DE102010046858B4 - Boiler and solid fuel heat supply system and a process for burning solid fuels - Google Patents
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Abstract
Heizkessel mit einer Brennkammer zur Verbrennung von Festbrennstoffen und mit einer Rauchgasführung zur Abströmung des bei der Verbrennung entstehenden Rauchgases, welche einen Katalysator und wenigstens einen, in Strömungsrichtung des Rauchgases ersten Rauchgaszug aufweist, der aus wenigstens einem Wärmeübertragerkanal eines wassergeführten Wärmeübertragers gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Rauchgaszug (14) in Strömungsrichtung des Rauchgases (12) unmittelbar der Brennkammer (2) nachfolgend angeordnet ist, wobei der Katalysator (24, 25) innerhalb des ersten Rauchgaszuges (14), vorzugsweise in einem Einströmbereich des Rauchgases (12) in den ersten Rauchgaszug (14), angeordnet ist.A heating boiler with a combustion chamber for combustion of solid fuels and with a flue gas duct for outflow of flue gas produced during combustion, comprising a catalyst and at least one, in the flow direction of the flue gas first flue gas train, which is formed from at least one heat exchanger channel of a water-bearing heat exchanger, characterized in that the first flue gas duct (14) is arranged immediately downstream of the combustion chamber (2) in the flow direction of the flue gas (12), wherein the catalyst (24, 25) within the first flue gas duct (14), preferably in an inflow region of the flue gas (12) in the first flue gas duct (14) is arranged.
Description
Die Erfindung betrifft einen Heizkessel mit einer Brennkammer zur Verbrennung von Festbrennstoffen und mit einer Rauchgasführung zur Abströmung des bei der Verbrennung entstehenden Rauchgases, welche einen Katalysator und wenigstens einen, in Strömungsrichtung des Rauchgases ersten Rauchgaszug aufweist, der aus wenigstens einem Wärmeübertragerkanal eines wassergeführten Wärmeübertragers gebildet ist.The invention relates to a heating boiler with a combustion chamber for combustion of solid fuels and with a flue gas duct for outflow of the resulting during combustion flue gas, which has a catalyst and at least one, in the flow direction of the flue gas first flue, which is formed from at least one heat exchanger channel of a water-bearing heat exchanger ,
Die Erfindung betrifft zudem eine Wärmeversorgungsanlage mit einem Heizkessel der vorstehend genannten Art und ein Verfahren zur Verbrennung von Festbrennstoffen in einem eingangs genannten Heizkessel.The invention also relates to a heat supply system with a boiler of the aforementioned type and a method for burning solid fuels in a boiler mentioned above.
Ein Heizkessel der vorstehenden Art ist eine Feuerungsvorrichtung, die als Wärmequelle feste Brennstoffe, wie naturbelassenes Stückholz, Pellets, Holzschnitzel, Braunkohlebriketts oder andere brennbare stückige Biomasse nutzt. Die Verbrennung diese Festbrennstoffe findet in einer Brennkammer statt, die je nach der Art des Festbrennstoffes händisch oder über eine automatische Beschickungseinrichtung beschickt werden kann. Zur Abfuhr des bei der Verbrennung in der Brennkammer erzeugten Rauchgases schließt sich an diese eine Rauchgasführung an, die die Strömungsrichtung des Rauchgases vorgibt.A boiler of the above type is a firing device using solid fuels such as virgin firewood, pellets, wood chips, lignite briquettes or other combustible particulate biomass as the heat source. The combustion of these solid fuels takes place in a combustion chamber, which can be charged manually or via an automatic charging device, depending on the type of solid fuel. To remove the flue gas generated during combustion in the combustion chamber, this is followed by a flue gas guide, which predefines the flow direction of the flue gas.
Der Heizkessel dient vorrangig der Warmwasser- oder Heizwasserbereitung in einer Sanitär- bzw. Heizungsanlage zur Wärmeversorgung von Gebäuden. Dazu wird das erzeugte Rauchgas entlang der Rauchgasführung über einen Wärmeübertrager geleitet. Üblicherweise weist der in der Rauchgasführung eingebundene Wärmeübertrager einen oder mehrere aufeinander folgende Rauchgaszüge auf, durch die das Rauchgas nacheinander und im Wesentlichen geradlinig und turbulenzarm strömt.The boiler is primarily used for hot water or heating water in a sanitary or heating system for heat supply of buildings. For this purpose, the generated flue gas is passed along the flue gas duct via a heat exchanger. Usually, the heat exchanger incorporated in the flue gas duct has one or more successive flue gas passages, through which the flue gas flows successively and substantially rectilinearly and with low turbulence.
Jeder der Rauchgaszüge kann aus einem Wärmeübertragerkanal oder aus mehreren, parallelen Wärmeübertragerkanälen gebildet sein, wobei sich im letzteren Fall der Rauchgasstrom in die entsprechenden Rauchgasteilströme aufteilt.Each of the flues may be formed from a heat exchanger channel or from a plurality of parallel heat exchanger channels, in the latter case, the flue gas stream is divided into the corresponding flue gas partial streams.
Zur Platzoptimierung sind die in Strömungsrichtung des Rauchgases aufeinander folgenden Rauchgaszüge entlang der Rauchgasführung gewöhnlich benachbart angeordnet und über Umlenkkammern miteinander verbunden.To optimize space, the flue gas passages following one another in the flow direction of the flue gas are usually arranged adjacent to one another along the flue gas duct and are connected to one another via deflecting chambers.
Ein Festbrennstoffkessel der vorstehend genannten Art ist aus der Druckschrift
Es ist außerdem bekannt, dass die bei der Verbrennung der Festbrennstoffe in derartigen Heizkessel auftretende Schadstoffemission durch den Einsatz von Katalysatoren gemindert werden kann. Die bei der Verbrennung von Festbrennstoffen angewandten Katalysatoren bestehen aus einem hochtemperaturbeständigen Trägermaterial mit einer Edelmetallbeschichtung, die eine Oxydation der giftigen Kohlenmonoxide zu Kohlendioxiden bewirkt. Die optimale Betriebstemperatur dieser Katalysatoren liegt bei ca. 250°C bis 600°C.It is also known that the emission of pollutants occurring in the combustion of solid fuels in such boilers can be reduced by the use of catalysts. The catalysts used in the combustion of solid fuels consist of a high temperature resistant substrate with a noble metal coating which causes oxidation of the toxic carbon monoxide to carbon dioxide. The optimum operating temperature of these catalysts is about 250 ° C to 600 ° C.
Diese Betriebstemperatur des Katalysators wird in herkömmlichen Heizkesseln erst nach einer längeren Anheizphase des Heizkessels erreicht. Die Anheizphase ist bei den gattungsgemäßen Heizkesseln mit Festbrennstoff beschickten Brennkammern und wassergeführten Wärmeübertragern besonders ausgeprägt und oft mit sehr ungleichmäßiger Heizgüte verbunden, weshalb die bei diesen Heizkesseln eingesetzten Katalysatoren bisher eine unbefriedigende Wirksamkeit erzielt haben. Die ausgeprägte Anheizphase ergibt sich insbesondere durch den relativ niedrigen Heizwert der Festbrennstoffe und die Wassermasse der Wärmeübertrager. Außerdem ergeben sich durch die unterschiedliche Qualität der Festbrennstoffe und deren diskontinuierliche Beschickung in die Brennkammer unbeständige Verbrennungsparameter, und das nicht nur in der Anheizphase. So kann sich bei derartigen Heizkesseln der Katalysator leicht mit unverbrannten Rauchpartikeln zusetzen und die Rauchgasströmung nachhaltig stören. Zur Vermeidung dieses Problems kann entsprechend verschiedener Ausführungen nach dem Stand der Technik eine manuell oder automatisch gesteuerte Anheiz- oder Bypassklappe vorgesehen sein, mit der die Rauchgase in der Art eines Zweiwegeventils temporär über eine zweite, parallel geschaltete Rauchgasführung an dem Katalysator vorbei in die Atmosphäre leitet werden, bis der Katalysator die gewünschte Betriebstemperatur erreicht hat. Erst dann werden die Rauchgase durch die Rauchgasführung mit dem Katalysator geführt.This operating temperature of the catalyst is achieved in conventional boilers only after a long heating phase of the boiler. The Anheizphase is particularly pronounced in the generic boilers with solid fuel-loaded combustion chambers and water-guided heat exchangers and often associated with very uneven heating quality, which is why the catalysts used in these boilers have achieved an unsatisfactory effectiveness. The pronounced heating phase results in particular from the relatively low calorific value of the solid fuels and the water mass of the heat exchanger. In addition, due to the different quality of the solid fuels and their discontinuous feed into the combustion chamber inconsistent combustion parameters, and not only in the Anheizphase. Thus, in such boilers, the catalyst can easily clog with unburned smoke particles and disrupt the flue gas flow lasting. To avoid this problem, according to various embodiments of the prior art, a manually or automatically controlled Anheiz- or bypass damper can be provided with the flue gases in the manner of a two-way valve temporarily passes via a second, parallel flue gas duct past the catalyst into the atmosphere until the catalyst has reached the desired operating temperature. Only then are the flue gases passed through the flue gas duct with the catalyst.
Eine derartige Katalysatoreinheit mit automatischer Bypassklappe für mit Festbrennstoffen betriebene Feuerungsanlagen ist aus der Druckschrift
Damit wird allerdings der Heizkessel über eine längere Zeit ohne Emissionsschutz betrieben, bevor der Rauchgasstrom zur Schadstoffbeseitigung über den Katalysator geführt wird.This, however, the boiler is operated for a long time without emission protection, before the flue gas flow is conducted over the catalyst for pollutant removal.
Der konstruktive Aufwand für die Gestaltung einer zweiten Rauchgasführung mit Bypassklappenregelung ist im Vergleich zum erzielten Effekt sehr hoch. The design effort for the design of a second flue gas duct with bypass flap control is very high compared to the effect achieved.
Außerdem können Bedienungsfehler bei händisch betriebenen Bypassklappen oder Störungen bei elektrisch betriebenen Klappensteuerungen dazu führen, dass sich der Zeitraum, in dem die Rauchgase ungereinigt in die Umwelt gelangen, noch zusätzlich und unnötig verlängert.In addition, operating errors with manually operated bypass flaps or faults in electrically operated flap controls can lead to the period in which the flue gases pass untreated into the environment, additionally and unnecessarily extended.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Heizkessel für Festbrennstoffe bereitzustellen, bei dem die Rauchgase mit einfachen konstruktiven Mitteln zuverlässig und effizient gereinigt werden.The invention is therefore based on the object to provide a boiler for solid fuels, in which the flue gases are cleaned reliably and efficiently with simple structural means.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der erste Rauchgaszug in Strömungsrichtung des Rauchgases unmittelbar der Brennkammer nachfolgend angeordnet ist, wobei der Katalysator innerhalb des ersten Rauchgaszuges, vorzugsweise in einem Einströmbereich des Rauchgases in den ersten Rauchgaszug, angeordnet ist.The object is achieved in that the first flue is arranged in the flow direction of the flue gas immediately downstream of the combustion chamber, wherein the catalyst is disposed within the first flue, preferably in an inflow region of the flue gas in the first flue.
Wesentlich ist hierbei, dass der Katalysator in der vorbeschriebenen Weise dem ersten Rauchgaszug zugeordnet ist. Der erste Rauchgaszug bezeichnet den entlang der Rauchgasführung einzigen Rauchgaszug oder beim Vorhandensein mehrerer Rauchgaszüge, denjenigen Rauchgaszug, den das aus dem Brennraum entlang der Rauchgasführung abströmende Rauchgas zuerst erreicht. In dem Einströmbereich des Rauchgases in den ersten Rauchgaszug konzentriert sich das in der Brennkammer erzeugte Rauchgas erstmalig und es bildet sich allmählich eine turbulenzarme, stabile Rauchgasströmung aus, die durch den ersten Rauchgaszug gefördert wird. Die Erfindung definiert den Einströmbereich, in dem sich eine stabile Rauchgasströmung ausbildet, bis in etwa die Hälfte der Förderstrecke des Rauchgases durch den ersten Rauchgaszug.It is essential here that the catalyst is assigned to the first flue gas pass in the manner described above. The first flue means the flue gas duct along the flue gas duct, or in the presence of a plurality of flues, the smoke flue which the flue gas flowing out of the combustion chamber along the flue gas duct first reaches. In the inflow region of the flue gas into the first flue, the flue gas generated in the combustion chamber concentrates for the first time and it gradually forms a low-turbulence, stable flue gas flow, which is promoted by the first flue. The invention defines the inflow region, in which a stable flue gas flow is formed, into approximately half of the conveying path of the flue gas through the first flue gas pass.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird erreicht, dass das erzeugte Rauchgas vollständig und auf dem kürzesten Weg aus der Brennkammer direkt auf den Katalysator trifft, und zwar bevor dem Rauchgas in der Rauchgasführung Verlust- bzw. Nutzwärme entzogen wird.With the arrangement according to the invention it is achieved that the generated flue gas hits the catalyst completely and in the shortest path from the combustion chamber directly, namely before the flue gas in the flue gas duct is deprived of lost or useful heat.
Durch die Nähe des ersten Rauchgaszuges zum Brenngut in der Brennkammer kann das Rauchgas mit höchstmöglicher Temperatur und auf kürzestem Weg dem Katalysator zugeführt werden, so dass die Betriebstemperatur in kürzester Zeit erreicht und mithin die katalytische Verbrennung der Schadstoffe des Rauchgases schnellstmöglich eingeleitet wird.Due to the proximity of the first flue gas to Brenngut in the combustion chamber, the flue gas can be supplied to the catalyst with the highest possible temperature and the shortest path, so that the operating temperature reached in no time and thus the catalytic combustion of the pollutants of the flue gas is initiated as soon as possible.
Es hat sich überraschender Weise herausgestellt, dass mit einer derartigen Ausführung des Heizkessels die Betriebstemperatur des Katalysators eher erreicht werden kann, als bei herkömmlichen Heizkesseln mit Bypassregelung.It has surprisingly been found that with such a design of the boiler, the operating temperature of the catalyst can be achieved rather than in conventional boilers with bypass control.
Die schnelle Erreichung der Betriebstemperatur des Katalysators erlaubt es, auf eine herkömmliche Rauchgasführung mit Bypassregung zu verzichten. Abgesehen von der konstruktiven Vereinfachung der technischen Ausstattung des Heizkessels werden mit Wegfall der Bypassregung der Weg des Rauchgases und dessen katalytische Verbrennung nicht durch äußere Regelungseingriffe beeinflusst.The rapid achievement of the operating temperature of the catalyst makes it possible to dispense with a conventional flue gas guide with bypass excitation. Apart from the structural simplification of the technical equipment of the boiler are omitted by eliminating the bypass excitation the path of the flue gas and its catalytic combustion is not affected by external control intervention.
Mit dem vorgegebenen stetigen Weg der Rauchgase durch die erfindungsgemäße Rauchgasführung kann die katalytische Verbrennung der Schadstoffe zuverlässiger, frühestmöglich und weitestgehend vollständig erfolgen. Im Ergebnis wird eine effiziente Schadstoffreduktion aus dem Rauchgas erzielt.With the given continuous path of the flue gases through the flue gas guide according to the invention, the catalytic combustion of the pollutants can be done more reliably, as early as possible and as far as possible completely. As a result, an efficient pollutant reduction is achieved from the flue gas.
Die in der Anheizphase anfänglich am Katalysator anfallenden Rauchgaspartikel, werden durch die herrschende hohe Temperatur in der Nähe zur Brennkammer in kurzer Zeit wieder verbrannt, so dass hierdurch nur temporäre Ablagerungen entstehen, die keinen derartigen Strömungswiderstand erzeugen, der die Rauchgasströmung behindern könnte.The initially incurred in the heating phase of the catalyst flue gas particles are burned again by the prevailing high temperature in the vicinity of the combustion chamber in a short time, so that only temporary deposits arise that produce no such flow resistance that could hinder the flue gas flow.
Im Ergebnis wird eine einfache und sichere Funktion des Heizkessels bei zugleich geringer Umweltbelastung gewährleistet.As a result, a simple and safe operation of the boiler is guaranteed at the same time low environmental impact.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Heizkessels gehen aus den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 12, der nachfolgenden Beschreibung und der zugehörigen Zeichnung hervor.Advantageous embodiments and further developments of the boiler according to the invention will become apparent from the
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Rauchgasführung mit dem ersten Rauchgaszug in der Brennkammer angeordnet. Damit wird der Wasserinhalt und der Wärmeübertragerkanal des wassergeführten Wärmetauschers beim Anfahrvorgang des Heizkessels direkt durch das in der Brennkammer befindliche Brenngut beheizt, was infolge der Wärmeleitung über die Wandungen des Wärmeübertragerkanals die frühzeitige Temperierung des Katalysators unterstützt.In an advantageous embodiment, the flue gas duct is arranged with the first flue gas duct in the combustion chamber. Thus, the water content and the heat exchanger channel of the water-guided heat exchanger is heated during startup of the boiler directly through the combustion material located in the combustion chamber, which supports the early tempering of the catalyst due to the heat conduction through the walls of the heat exchanger.
Ist der Katalysator im Wärmeübertragerkanal des ersten Rauchgaszuges angeordnet, gestaltet sich auch eine nachträgliche Montage des Katalysators in den Rauchgaszug eines bestehenden Heizkessels einfach und platzsparend.If the catalyst is arranged in the heat exchanger channel of the first flue, a subsequent installation of the catalyst in the flue of an existing boiler is simple and space-saving.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn dabei der Katalysator in einer Position nahe einer Einströmöffnung des Rauchgases in den Wärmeübertragerkanal angeordnet ist. Nach einer anfänglichen Strömungsberuhigung der eintretenden Rauchgasströmung wird der Katalysator in dieser beabstandeten Position zur Einströmöffnung weitestgehend gleichmäßig und widerstandsarm mit dem Rauchgas beaufschlagt, was die Wirksamkeit des Katalysators begünstigt. Zudem schützt eine derartige Positionierung den Katalysator vor dem direkten Kontakt mit dem Flammenschlag in der Brennkammer. It is particularly advantageous if the catalyst is arranged in a position near an inflow opening of the flue gas into the heat exchanger channel. After an initial flow calming the incoming flue gas flow, the catalyst is applied in this spaced position to the inlet largely uniform and low resistance with the flue gas, which favors the effectiveness of the catalyst. In addition, such positioning protects the catalyst from direct contact with the flame impact in the combustion chamber.
Ist der Anströmquerschnitt des Katalysators im Wesentlichen kongruent mit dem Strömungsquerschnitt des Wärmeübertragerkanals ausgebildet, nimmt der Anströmquerschnitt des Katalysators, welcher senkrecht zur vorgesehenen Anströmrichtung des Rauchgases ausgebildet ist, den Strömungsquerschnitt des Wärmeübertragerkanals vollständig ein, so dass kein Rauchgasstrom unbehandelt am Katalysator vorbeiströmen kann. Damit kann die katalytische Verbrennung weiter verbessert werden.If the inflow cross-section of the catalytic converter is substantially congruent with the flow cross-section of the heat exchanger duct, the inflow cross-section of the catalytic converter, which is formed perpendicular to the intended inflow direction of the flue gas, completely takes up the flow cross-section of the heat exchanger duct, so that no flue gas flow can flow past the catalyst untreated. Thus, the catalytic combustion can be further improved.
Die Erfindung geht dabei von der überraschenden Erkenntnis aus, dass die für Festbrennstoffkessel üblicherweise angewandten Katalysatoren auch bei einer vollständigen Beaufschlagung durch die in der Anheizphase des Heizkessels entstehenden Rauchgase keinen derartigen Druckverlust erzeugen, der die Rauchgasströmung beeinträchtigen könnte.The invention is based on the surprising finding that the catalysts normally used for solid fuel boilers do not produce such a pressure loss even when completely exposed to the flue gases produced in the heating phase of the boiler, which could impair the flue gas flow.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist im ersten Rauchgaszug ein zweiter Katalysator angeordnet, der dem ersten Katalysator in Strömungsrichtung des Rauchgases nachfolgend angeordnet ist.In a particularly advantageous embodiment, a second catalyst is arranged in the first flue gas, which is arranged downstream of the first catalyst in the flow direction of the flue gas.
Dabei macht sich die Erfindung den Gedanken zu Nutze, dass bei einer katalytischen Verbrennung selbstständig Wärme erzeugt wird. Somit kann die im ersten Katalysator entstehende Wärme zusätzlich für die Beheizung des in Strömungsrichtung nachfolgenden zweiten Katalysators genutzt werden, welcher das Rauchgas in einer zweiten katalytischen Verbrennungsstufe nachreinigt. Im Ergebnis werden die Schadstoffe im Rauchgase noch mehr reduziert. Von der Erfindung ist mit selben vorteilhaftem Effekt umfasst, innerhalb des ersten Rauchgaszuges weitere Katalysatoren in Folge anzuordnen. Somit schützt und erwärmt jeweils der vorausgehende Katalysator den ihm nachfolgenden Katalysator.In this case, the invention takes advantage of the idea that heat is automatically generated in a catalytic combustion. Thus, the heat generated in the first catalyst can be used in addition for the heating of the subsequent in the flow direction of the second catalyst, which nachreinigt the flue gas in a second catalytic combustion stage. As a result, the pollutants in the flue gases are reduced even more. From the invention is included with the same advantageous effect to arrange further catalysts in a row within the first flue. Thus, each of the preceding catalyst protects and heats the catalyst following it.
Sind die aufeinander folgenden Katalysatoren zueinander beabstandet angeordnet, kann eine Mischzone bereitgestellt werden, in der eine erneute Vermischung der Rauchgase stattfindet. Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass die katalytische Verbrennung in den äußeren Randzonen des Anströmquerschnittes des Katalysators weniger wirksam ist als im Zentrum des Anströmquerschnittes. In der Mischzone kann das ungleichmäßig vorgereinigte Rauchgas homogenisiert werden, wodurch die Wirkung der Nachverbrennung im zweiten Katalysator erhöht und die Schadstoffreduzierung weiter verbessert wird.If the successive catalysts are arranged at a distance from each other, a mixing zone can be provided in which a renewed mixing of the flue gases takes place. The invention is based on the recognition that the catalytic combustion in the outer edge zones of the flow cross-section of the catalyst is less effective than in the center of the flow cross-section. In the mixing zone, the non-uniformly pre-cleaned flue gas can be homogenized, whereby the effect of post-combustion in the second catalyst increases and the pollutant reduction is further improved.
Weist die Rauchgasführung einen Turbulator auf, so ist dieser erfindungsgemäß in Strömungsrichtung des Rauchgases dem Rauchgaszug nachfolgend angeordnet. Der Turbulator besteht aus einem oder mehreren Leitblechen, die in der Rauchgasführung eingebracht sind. Mit Hilfe des Turbulators kann der Kessel- bzw. Schornsteinwiderstand wie gewünscht angepasst werden, und damit die Verweilzeit und die Temperatur der Rauchgase beeinflusst werden. Die dabei am Turbulator erzeugte Verwirbelung des Rauchgases kann sich in dieser bevorzugten Anordnung in jedem Falle nicht temperaturmindernd auf den Katalysator auswirken.If the flue gas duct has a turbulator, then according to the invention it is arranged downstream of the flue gas duct in the flow direction of the flue gas. The turbulator consists of one or more baffles, which are introduced in the flue gas guide. By means of the turbulator, the boiler or chimney resistance can be adjusted as desired, and thus the residence time and the temperature of the flue gases can be influenced. The swirling of the flue gas generated at the turbulator can in any case not have a temperature-reducing effect on the catalyst in this preferred arrangement.
Ist der Turbulator verstellbar ausgebildet, kann der Kessel- bzw. Schornsteinwiderstand variiert werden und unter anderem auch der anfängliche Druckverlust im Kaltzustand des Kessels optimal eingestellt werden, wodurch die Rauchgasströmung durch den Katalysator in der Anfahrphase des Heizkessels besser gestützt werden kann.If the turbulator is designed to be adjustable, the boiler or chimney resistance can be varied and, inter alia, the initial pressure loss in the cold state of the boiler can be optimally adjusted, whereby the flue gas flow through the catalyst in the start-up phase of the boiler can be better supported.
Vorzugsweise ist der Katalysator oder sind die Katalysatoren lösbar mit dem Wärmeübertragerkanal verbunden. Davon ausgehend, dass der Katalysator einen Verschleiß unterworfen ist, da sich die auf dem Trägermaterial aufgebrachte Edelmetallbeschichtung mit der Zeit aufbraucht, ist es vorteilhaft, dass eine Befestigung oder Fixierung des Katalysators an dem länger beständigen Wärmeübertragerkanal zerstörungsfrei gelöst werden kann, so dass der Katalysator in den entsprechenden Verbrauchinterwallen problemlos ausgetauscht werden kann.Preferably, the catalyst or catalysts are releasably connected to the heat transfer channel. Assuming that the catalyst is subject to wear, since the applied on the substrate noble metal coating expended over time, it is advantageous that a fixing or fixing of the catalyst on the longer-lasting heat transfer channel can be solved without destruction, so that the catalyst the corresponding consumption Intervals can be easily replaced.
Der Katalysator ist sehr praktisch revisionierbar und für einen Austausch zugänglich, wenn eine dem ersten Rauchgaszug nachfolgend angeordnete Umlenkkammer eine verschließbare Revisionsöffnung aufweist. Davon abgesehen, dass der Katalysator von vorn über die Einströmöffnung in den Wärmeübertragerkanal zugänglich sein kann, kann es in Abhängigkeit der Konstruktion des Heizkessels und der Befestigungsart des Katalysators günstig sein, den Katalysator auch rückseitig des Wärmeübertragerkanals, nämlich über die Revisionsöffnung in der Umlenkkammer zugänglich zu machen.The catalyst is very practically revisable and accessible for exchange when a deflection chamber arranged downstream of the first flue gas duct has a closable access opening. Apart from the fact that the catalyst can be accessible from the front via the inlet opening in the heat exchanger channel, it may be favorable depending on the construction of the boiler and the mounting of the catalyst, the catalyst also on the back of the heat exchanger channel, namely accessible via the access opening in the deflection chamber do.
Von großem Vorteil ist, dass die Revisionsöffnung derart angeordnet ist, dass sie über eine Einfüllöffnung der Brennkammer bedienbar ist. Somit kann der Katalysator über die zur händischen Beschickung der Brennkammer mit Brennstoffen ohnehin vorhandene Öffnung erreicht und ausgetauscht werden. Der Austausch des Katalysators kann so einerseits mit geringem Aufwand erfolgen. Andererseits ist mithin eine zusätzliche verschließbare Öffnung im Kesselgehäuse zur Erreichung der des Katalysators konstruktiv entbehrlich.Of great advantage is that the inspection opening is arranged such that it can be operated via a filling opening of the combustion chamber. Thus, the catalyst over the manual feed of the combustion chamber with fuels anyway existing opening can be reached and replaced. The replacement of the catalyst can be done so on the one hand with little effort. On the other hand, therefore, an additional closable opening in the boiler housing to achieve the catalyst is structurally unnecessary.
In einer günstigen Ausgestaltung ist die Revisionsöffnung mittels einer verstellbaren Verschlussklappe verschließbar. Diese Verstellbarkeit der Verschlussklappe ermöglicht die Bereitstellung eines verschieden großen Öffnungsquerschnittes der Revisionsöffnung. Obwohl die Erfindung normalerweise einen Betrieb des Heizkessels ohne Bypassfunktion für den Katalysator ermöglicht, kann bei besonders außergewöhnlichen Situationen, wie z. B. bei sehr ungünstigen Witterungsbedingungen, der erforderliche Kesselzug (rauchgasseitige Druckdifferenz) in der Anfahrphase zu gering sein. In diesem Fall ermöglicht die verstellbare Verschlussklappe der Revisionsöffnung mit einfachen Mitteln einen Notfallbetrieb über eine zweite Rauchgasführung, welche das Rauchgas an dem ersten Rauchgaszug mit dem Katalysator kurzzeitig vorbeileitet und damit den Strömungswiderstand im Heizkessel herabsetzt, bis sich der notwendige Kesselzug eingestellt hat.In a favorable embodiment, the inspection opening can be closed by means of an adjustable closure flap. This adjustability of the closure flap allows the provision of a different sized opening cross-section of the inspection opening. Although the invention normally allows operation of the boiler without bypass function for the catalyst, in particularly exceptional situations, such. B. in very unfavorable weather conditions, the required boiler train (flue gas pressure difference) in the start-up phase to be low. In this case, the adjustable flap of the inspection opening allows simple means an emergency operation via a second flue gas duct, which briefly bypasses the flue gas on the first flue with the catalyst and thus reduces the flow resistance in the boiler until the necessary boiler draft has set.
Die Aufgabe wird auch durch eine Wärmeversorgungsanlage gelöst, welche den erfindungsgemäßen Heizkessel enthält, wobei der wassergeführte Wärmeübertrager und/oder ein Wassermantel des Heizkessels mit einem Heizwasserkreislauf verbunden ist, der eine Bypassschaltung zur Rücklauftemperaturanhebung aufweist.The object is also achieved by a heat supply system containing the boiler according to the invention, wherein the water-guided heat exchanger and / or a water jacket of the boiler is connected to a Heizwasserkreislauf having a bypass circuit for return temperature increase.
Mit dieser Bypassschaltung kann in der Anheizphase des Heizkessels die Wassertemperatur des in den Wärmetauscher einströmenden Rücklaufwassers in kurzer Zeit erhöht werden. Die Taupunkttemperatur des Rauchgases in der Brennkammer, die ungefähr bei 54°C zu erwarten ist, kann somit schnell überwunden werden. Auch kann die Temperatur der Gasflammen des Brenngutes zügiger ansteigen. Dadurch fällt an der Oberfläche des Wärmeübertragerkanals so gut wie kein Kondensat an, was die Funktionsweise des Katalysators sichert und Schädigungen des Katalysators vermeidet.With this bypass circuit, the water temperature of the inflowing into the heat exchanger return water can be increased in a short time in the heating phase of the boiler. The dew point temperature of the flue gas in the combustion chamber, which is expected to be around 54 ° C, can thus be overcome quickly. Also, the temperature of the gas flames of the fuel increase more quickly. As a result, almost no condensate is deposited on the surface of the heat exchanger channel, which ensures the functioning of the catalyst and avoids damage to the catalyst.
Außerdem werden durch die Rücklauftemperaturanhebung die durch den Wärmetauscher begrenzten Wandungen des Brennraumes schneller temperiert, was den Abbrand der Festbrennstoffe verbessert und beschleunigt. Das erhöht zusätzlich die Effizienz des Katalysators in der Anheizphase des Heizkessels.In addition, the limited by the heat exchanger walls of the combustion chamber are tempered faster by the return temperature increase, which improves the burning of solid fuels and accelerated. This additionally increases the efficiency of the catalyst in the heating phase of the boiler.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Wärmeversorgungsanlage ist an den Heizwasserkreislauf ein an sich bekannter Pufferspeicher angeschlossen. Dadurch kann der Heizkessel seine erzeugte Wärme permanent an den Pufferspeicher abgeben und damit weitestgehend im Volllastbetrieb betrieben werden, womit eine gleichmäßige Verbrennung mit einer konstant hohen Rauchgastemperatur erfolgen kann, die stets den Betrieb des Katalysators im günstigen Betriebstemperaturbereich gewährleistet.According to an advantageous embodiment of the heat supply system is connected to the Heizwasserkreislauf a known buffer memory. As a result, the boiler permanently emit its heat generated to the buffer memory and thus operated as far as possible in full load operation, whereby a uniform combustion can be done with a constant high flue gas temperature, which always ensures the operation of the catalyst in the favorable operating temperature range.
Die Aufgabe wird außerdem durch ein Verfahren nach dem Patentanspruch 15 gelöst, bei dem die Verbrennung in dem erfindungsgemäßen Heizkessel im oberen Bereich der in der Brennkammer eingebrachten Festbrennstoffe gezündet wird und die Verbrennung der Festbrennstoffe über einen oberen Abbrand erfolgt.The object is also achieved by a method according to
Bei dieser Verfahrensweise werden von Anbeginn der Verbrennung sehr reine Gasflammen mit geringem Wasserdampfgehalt erzeugt, was sich besonders vorteilhaft auf die frühzeitige Erreichung der Betriebstemperatur des Katalysators auswirkt. Die Erfindung berücksichtigt dabei, dass andernfalls in der Anfahrphase des Heizkessels in erheblichen Mengen wasserhaltige Rauchgase entstehen, die infolge der Verdampfung die Temperatur des Rauchgases mindern.In this procedure, very pure gas flames are generated with low water vapor content from the beginning of the combustion, which has a particularly advantageous effect on the early achievement of the operating temperature of the catalyst. The invention takes into account that otherwise arise in the start-up phase of the boiler in significant amounts of water-containing flue gases, which reduce the temperature of the flue gas as a result of evaporation.
Diese und weitere, aus den Patentansprüchen, der Beschreibung des Ausführungsbeispiels und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale können jeweils für sich oder in Kombination als vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung verwirklicht sein, für die hier Schutz beansprucht wird.These and other features arising from the patent claims, the description of the embodiment and the drawings can be implemented individually or in combination as advantageous embodiments of the invention, for which protection is claimed here.
Der erfindungsgemäße Heizkessel wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die zugehörige Zeichnung nach
Der Heizkessel
Im oberen Bereich der Brennkammer
Rauchgasseitig sind der erste und der zweite Rauchgaszug
Die Position des Katalysators
Mit einem Abstand zum ersten Katalysator
Die nicht näher dargestellten Katalysatoren
Die äußeren Umfangsmaße der Trägerstruktur der Katalysatoren
Über die Einfüllöffnung
Zum Anfeuern des Heizkessels
Nach dem Anfeuern übernimmt ein üblicher temperaturgesteuerter Feuerzugregler
Das Rauchgas
Mit dem vorbeschriebenen Heizkessel
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Heizkesselboiler
- 22
- Brennkammercombustion chamber
- 33
- Heizmantelheating jacket
- 44
- Wärmeisolierungthermal insulation
- 55
- Einfüllöffnungfill opening
- 66
- Fülltürloading door
- 77
- Scheitholz, fester Brennstoff, BrenngutLogs, solid fuel, kiln
- 88th
- Einlegerostgrid insert
- 99
- Entnahmeöffnungremoval opening
- 1010
- Entnahmetürremoval door
- 1111
- RauchgasführungExhaust gas line
- 1212
- Rauchgas, RauchgasstromFlue gas, flue gas flow
- 1313
- RauchrohranschlussFlue pipe connection
- 1414
- erster Rauchgaszugfirst flue
- 1515
- zweiter Rauchgaszugsecond flue
- 1616
- Heiztaschenheating pockets
- 1717
- WärmeübertragerHeat exchanger
- 1818
- Wärmeübertragerkanalheat exchanger duct
- 1919
- Wärmeübertragerkanalheat exchanger duct
- 2020
- VorlaufleitungsstutzenSupply pipe fitting
- 2121
- RücklaufleitungsstutzenReturn pipe fitting
- 2222
- Umlenkkammerdeflection
- 2323
- Einströmöffnunginflow
- 2424
- erster Katalysatorfirst catalyst
- 2525
- zweiter Katalysatorsecond catalyst
- 2626
- Wirbelzonevortex zone
- 2727
- Revisionsöffnunginspection opening
- 2828
- PrimärluftklappePrimary air flap
- 2929
- SekundärluftklappeSecondary air flap
- 3030
- FeuerzugreglerDraft regulator
Claims (15)
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- 2010-09-29 DE DE102010046858.4A patent/DE102010046858B4/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: KOCH-POLLACK, ANDREA, DIPL.-ING., DE |
|
R020 | Patent grant now final | ||
R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20141017 |
|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |