DE19541958C1 - Ofen zur Feuerung von festem Brennstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ofen zur Feuerung von festem Brennstoff gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Sie bezieht sich insbesondere auf einen Ofen für den Einsatz in einer zentralen Heizungsanlage.

Im Vergleich zu flüssigen und gasförmigen Brennstoffen ist es bei der Feuerung von festen Brennstoffen wie beispielsweise Stückholz, Kohle, Torf, Holzschnitzel und Holzspäne sehr schwierig, einen gleichmäßigen und vollständigen Abbrand des Brennstoffes zu erzielen. Bekannte Heizkessel bzw. Öfen sind sogenannte Durchbrandkessel bzw. -öfen bei denen die gesamte in einem Brennraum befindliche Brennstoffmenge nach und nach in Glut gerät. Aus diesem Grund treten hier verschiedene Glutintensitäten auf, die folglich zu Leistungsschwankungen des Heizkessels bzw. Ofens führen, die eine Absenkung des Brennstoffnutzungsgrades und infolgedessen eine Verschlechte­ rung der Abgaswerte verursachen.

Ein weiterer Nachteil der oben genannten bekannten Kessel bzw. Öfen besteht darin, daß zur vollständigen Beseitigung der Asche aus dem Brennraum, die manuell vorgenommen werden muß, ein Unterbrechen der Brennstoff-Feuerung erforderlich ist. Aufgrunddessen entspricht auch der Bedienungskomfort von mit festem Brennstoff beschickten Heizkesseln trotz der Ver­ fügbarkeit von automatischen Brennstoff-Beschickungsvorrich­ tungen nicht dem heute geforderten Standard. Das Problem der automatischen Austragung der bei der Verbrennung von festem Brennstoff zurückbleibenden Asche aus dem Brennraum ist bis­ lang nicht zufriedenstellend gelöst.

Ein Ofen der eingangs genannten Art ist aus der DE-OS 21 17 798 bekannt. Bei dem in dieser Druckschrift beschriebenen Ofen werden durch Drehen eines Rostes Verbrennungsrückstände und ggf. Brennstoffverunreinigungen in eine einer Verbren­ nungszone nachgeordnete Verbrennungskammer transportiert. Aus dieser müssen die Verbrennungsrückstände und ggf. Brennstoff­ verunreinigungen mühsam über Putzöffnungen manuell entfernt werden. Dies bedingt Stillstandszeiten des Ofens und aufwen­ dige Reinigungsarbeiten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Ofen zur Feuerung von festem Brennstoff zu entwickeln, der einen gleichmäßigen und vollständigen Abbrand des Brennstoffes er­ möglicht. Darüberhinaus soll dieser Ofen einen den heute gel­ tenden Anforderungen genügenden Bedienungskomfort aufweisen und einen permanenten Heizbetrieb ohne manuellen Eingriff zu­ lassen.

Diese Aufgabe wird durch einen Ofen zur Feuerung von festem Brennstoff mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 9.

Ein Ofen gemäß der Erfindung eignet sich beispielsweise be­ vorzugt für Zentralheizungen in landwirtschaftlichen oder holzbe- und/oder -verarbeitenden Betrieben, d. h. überall dort, wo beispielsweise Holzschnitzel und/oder -späne ausrei­ chend verfügbar sind und Platz zu deren Lagerung vorhanden ist.

Mit dem erfindungsgemäßen Ofen ist ein gleichmäßiger Abbrand des Brennstoffes und damit eine nahezu konstante Leistungsab­ gabe an den Wärmetauscher realisierbar, wie sie bislang nur bei Verwendung von Öl- oder Gasbrennern möglich ist.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles in Ver­ bindung mit den Fig. 1 bis 5 näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines senkrechten Schnittes durch das Ausführungsbeispiel in Seitenansicht,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines waagrechten Schnittes durch das Ausführungsbeispiel entlang der in Fig. 1 eingezeichneten Linie A-A,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines senkrechten Schnittes durch das Ausführungsbeispiel entlang der in Fig. 1 eingezeichneten Linie B-B,

Fig. 4a eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform des Scheibenrostes,

Fig. 4b eine Draufsicht der zweiten Ausführungsform des Scheibenrostes,

Fig. 5a eine Seitenansicht einer dritten Ausführungsform des Scheibenrostes, und

Fig. 5b eine Draufsicht der dritten Ausführungsform des Scheibenrostes.

Bei dem Ausführungsbeispiel des Ofens handelt es sich um ei­ nen sogenannten Vorofen für einen Wärmetauscher, beispiels­ weise einen Heizkessels. Ein Vorofen ist ein vor den Wärme­ tauscher geschalteter Ofen, in dessen Brennraum die Feuerung des Brennstoffes stattfindet. Der Brennraum des Vorofens und der Wärmetauscher sind über ein Flammenrohr miteinander ver­ bunden, in welchem die im Brennraum erzeugten Flammen aus­ brennen und durch das die bei der Verbrennung erzeugte Wär­ meenergie in den Wärmetauscher transportiert wird.

Der Vorofen 1 von Fig. 1 weist einen senkrecht angeordneten, von oben nach unten sich im Querschnitt vergrößernden Füll­ schacht 2 auf. Die Vergrößerung des Querschnitts von oben nach unten vermindert die Gefahr einer Verstopfung des Füll­ schachtes 2 durch sich verspreizende Brennstoffteile. Im un­ teren Endbereich des Füllschachtes 2 befindet sich ein Brenn­ raum 3, der über ein Flammenrohr 7 mit einem Wärmetauscher 42 verbunden ist und der an seiner Unterseite von einem Schei­ benrost 4 begrenzt ist. Dieser besteht beispielsweise, wie in Fig. 2 gezeigt, aus drei feuerfesten Scheiben 5, die auf ei­ ner gemeinsamen Achse 6 befestigt sind. Unterhalb des Brenn­ raumes 3 befindet sich eine Aschekammer 37. Die Wandungen des Füllschachtes 2, der Aschekammer 37 und des Flammenrohres 7 und die Scheiben 5 sind aus feuerfestem Material wie bei­ spielsweise Schamott, Gußeisen, Feuerfestbeton oder aus einem anderen dem Fachmann als geeignet bekannten Material ge­ fertigt. Die Achse 6 ist über ein Getriebe mit der Welle ei­ nes Elektromotors 39 (Fig. 2) oder eines anderen geeigneten Antriebsaggregats verbunden. Der Vorofen ist über ein Brenn­ stoffbeschickungsrohr 9 (Fig. 3), das durch die Öffnung 8 in den oberen Bereich des Füllschachtes 2 mündet, mit einer hier nicht gezeigten automatischen Brennstoffbeschickungsvorrich­ tung mit Brennstoffspeicher verbindbar. Als Brennstoff sind beispielsweise Holzschnitzel, Holzspäne und/oder Koks nutz­ bar. Am Füllschacht 2 ist zur Füllstandsüberwachung in einer vorbestimmten Füllhöhe eine aus einem Lichtsender 11 und ei­ nem Lichtempfänger 12 bestehende Lichtschranke angebracht. Oberhalb der Lichtschranke ist im Füllschacht 2 ein mechani­ scher Überfüllungsschutzschalter 10 (Fig. 3) angebracht, der bei einer aufgrund einer funktionalen Störung verursachten Überfüllung des Füllschachtes 2 die automatische Brennstoff­ zufuhr abschaltet. Der Füllschacht 2, der Scheibenrost 4 und das Flammenrohr 7 ist von einer weitgehend luftdicht abge­ schlossenen, aus Metall gefertigten Hülle 13 umgeben, derart, daß um den Füllschacht 2 bzw. das Flammenrohr 7 herum ein isolierender Hohlraum 14 ausgebildet ist. In diesen Hohlraum 14 wird beispielsweise mittels eines Ventilators 26 (Fig. 2) permanent Luft eingeblasen, die einerseits die Hülle 13 kühlt und andererseits durch die Öffnungen 15, 16 und 17 in den Wandungen des Füllschachtes 2, der Aschenkammer 37 bzw. des Flammenrohres 7 als Primärluft 18 der Glut 20 (schraffiert gezeichnet) bzw. als Sekundärluft 19 den Verbrennungsabgasen am Eingang des Flammenrohres 7 zugeführt wird. Die durch die Öffnungen 15 und anschließend durch den Füllschacht 2 hin­ durch zum Brennraum 3 geführte Primärluft 18, die im Hohlraum 14 bereits vorgewärmt wird, bewirkt zusätzlich eine Trocknung und Vorwärmung des über der Glut 20 liegenden unverbrannten Brennstoffes 21. Darüberhinaus wirkt sich diese Vorheizung der Primärluft positiv für die Verbrennung aus. Mittels einer Sekundärluftklappe 35, deren Einstellung über einen Bedienhe­ bel 36 veränderbar ist, kann die Sekundärluftzufuhr durch die Öffnung 17 prozeßabhängig eingestellt werden. Dieses Einstel­ len kann sowohl manuell als auch mittels einer geeigneten Einrichtung elektronisch geregelt sein.

Im Flammenrohr 7 sind in Abgasströmungsrichtung gesehen ver­ setzt zueinander drei aus feuerfestem Material bestehende Keile 22, 23 und 24 derart angeordnet, daß sie eine Luft­ schleuse ausbilden und für eine Verwirbelung der Verbren­ nungsabgase mit der Sekundärluft 19 sorgen. Diese Verwirbe­ lung bewirkt eine vollständigere Verbrennung der im Abgas be­ findlichen brennbaren Bestandteile und führt damit zu einer Verbesserung der Brennstoffausnutzung. Gleichzeitig verhin­ dert der Keil 22, daß Brennstoff in das Flammenrohr 7 ge­ langt. Die Breite der Keile 22, 23 und 24 entspricht bei­ spielsweise der Breite des Flammenrohres.

Im Betrieb wird von der automatischen Beschickungsvorrichtung Brennstoff, beispielsweise Holzschnitzel, durch die Öffnung 8 in den Füllschacht 2 transportiert, so lange, bis die durch die Anordnung der Lichtschranke vorgegebene Füllhöhe erreicht ist. Anschließend wird der auf dem Scheibenrost 4 aufliegende Brennstoff mittels eines Heißluftgebläses 25 (Fig. 2), das mittels eines Rohres 41 mit dem Brennraum verbunden ist und heiße Luft in den Brennraum bläst, oder mit einer anderen ge­ eigneten Zündvorrichtung entzündet. Die Primärluftzufuhr über die Primärluftkanäle 15 und 16 ist so eingestellt, daß sich die Glut lediglich über einen vorgegebenen Teilbereich 27 (schraffiert gezeichnet) der Brennstoffsäule im Füllschacht 2 ausbreitet, der darüberliegende Brennstoff verbrennt nicht. Bei Abbrand des im Brennraum 3 befindlichen Brennstoffes sinkt die Höhe der Brennstoffsäule im Füllschacht 2, so lange, bis die Lichtschranke ein Signal sendet, das die auto­ matische Brennstoffbeschickung einschaltet. Durch intervall­ weises oder permanentes Drehen des Scheibenrostes 4 in die durch den Pfeil 40 angegebene Richtung, werden größere Asche­ bestandteile und ggf. Brennstoffverunreinigungen (z. B. Steine) durch den Spalt 28 zwischen dem Scheibenrost 4 und dem Füllschacht 2 hindurch aus dem Brennraum 3 transportiert bzw. zerkleinert, so daß sie durch den Zwischenraum zwischen den Scheiben 5 hindurch in einen Ascheauffangbehälter 38 fal­ len.

Der Scheibenrost 4 kann, vorteilhafterweise bei Anlagen im Leistungsbereich bis 100 kW, wie in den Fig. 4a und 4b ge­ zeigt, aus zwei gegeneinander laufenden Scheibengruppen 29 und 30 bestehen.

Eine weitere Ausführungsform (Fig. 5a und 5b) des Schei­ benrostes, die bevorzugt für den Einsatz bei Großanlagen mit Leistungen über 100 kW geeignet ist, besteht aus drei Schei­ bengruppen 31, 32 und 33, deren Scheiben ineinandergreifen und dieselbe Drehrichtung 34 aufweisen. Bei diesem Scheiben­ rost handelt es sich um einen sogenannten Wanderglutrost.

Natürlich kann der Scheibenrost je nach Bedarf auch aus vier oder noch mehr Scheibengruppen zusammengesetzt sein, die alle die gleiche oder unterschiedliche Drehrichtung aufweisen.

Die oben beschriebene automatische Ascheaustragung in Verbin­ dung mit der automatischen Brennstoffbeschickung ermöglicht einen gleichmäßigen Dauerbetrieb der an den Vorofen angekop­ pelten Heizanlage ohne manuellen Eingriff. Der Bedienungskom­ fort einer solchen Heizungsanlage ist mit dem der heute ver­ breiteten Heizungsanlagen mit Öl- und/oder Gaskessel ver­ gleichbar.

Der gleichmäßige Dauerbetrieb in Verbindung mit der durch die aus feuerfestem Material (z. B. Schamott, Feuerfestbeton) be­ stehenden Keile 22, 23 und 24 hervorgerufenen Verwirbelung der Sekundärluft 19 mit den Rauchgasen bewirkt einen sehr ho­ hen Brennstoffnutzungsgrad und Abgaswerte die weit unterhalb der gesetzlich zugelassenen Höchstwerte liegen.

Die Beschränkung des Ausführungsbeispiels auf einen Vorofen für einen Wärmetauscher ist selbstverständlicherweise nicht als Beschränkung auf diesen Spezialfall zu betrachten. Die vorstehend beschriebenen technischen Einrichtungen sind vor­ teilhafterweise bei sämtlichen Öfen zur Feuerung von festen Brennstoffen verwendbar. Der Ofen ist beispielsweise auch bei solchen Heizungsanlagen einsetzbar, bei denen die Feuerung des Brennstoffes im Heizkessel erfolgt. In diesem Fall ist der Füllschacht, der Brennraum, der Scheibenrost, das Flam­ menrohr, die Primär- und Sekundärluftzuführungen und die Keile zur Verwirbelung der Abgase mit der Sekundärluft in den Heizkessel integriert. Ebenso können diese technischen Ein­ richtungen vorteilhafterweise auch bei Einzelöfen und Kachel­ öfen eingesetzt werden.

Claims (9)

1. Ofen zur Feuerung von festem Brennstoff, bei dem an einem unteren Ende eines Füllschachtes (2) ein Brennraum (3), der an ein Flammenrohr (7) grenzt, angeordnet ist, so daß der Brennraum (3) von oben mit Brennstoff versorgbar ist, und bei dem der Brennraum (3) von unten von einem Scheibenrost (4) begrenzt ist, wobei der Scheibenrost (4) aus einer Mehrzahl von feuerfesten Scheiben (5) gefertigt ist, die derart ange­ ordnet sind, daß eine im Brennraum (3) befindliche Brenn­ stoffglut (20) auf einem Teilbereich der Stirnflächen der feuerfesten Scheiben (5) aufliegt und die derart drehbar aus­ gebildet sind, daß sie während des Betriebes des Ofens Ver­ brennungsrückstände und gegebenenfalls Brennstoffverunreini­ gungen in eine unterhalb des Brennraumes (3) angeordnete Aschekammer (37) transportieren, dadurch gekenn­ zeichnet, daß durch Drehen des Scheibenrostes (4) in ent­ gegengesetzter Richtung zum Flammenrohr (7) Verbrennungsrück­ stände und ggf. Brennstoffverunreinigungen ausschließlich in die Aschekammer (37) transportierbar sind.

2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsrückstände und gegebenenfalls die Brenn­ stoffverunreinigungen teilweise durch einen Spalt (28) zwi­ schen dem Scheibenrost (4) und einer Seitenwand des Füll­ schachtes (2) hindurch in die Aschekammer (37) transportiert werden und teilweise derart zerkleinert werden, daß sie durch einen oder mehrere Zwischenräume zwischen den einzelnen feu­ erfesten Scheiben (5) in die Aschekammer (37) fallen.

3. Ofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß am Füllschacht (2) eine Füllstandsüberwachung (11, 12) angebracht ist, die ein Ingangsetzen einer automatischen Brennstoffbeschickungsvorrichtung bewirkt.

4. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Brennstoffglut (20) über Öffnun­ gen (15, 16) im Füllschacht (2) und in der Aschekammer (37) mit Primärluft (18) versorgt ist.

5. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Flammenrohr (7) in den Brennraum (3) mündet.

6. Ofen nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeich­ net, daß das Flammenrohr (7) über eine Öffnung (17) mit Se­ kundärluft (19) versorgt ist.

7. Ofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Flammenrohr (7) eine Mehrzahl von aus feuerfestem Ma­ terial gefertigte Keilen (22, 23, 24) angebracht sind, der­ art, daß sie eine Verwirbelung der Sekundärluft (19) mit dem Verbrennungsabgas bewirken.

8. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Ofen als Vorofen (1) ausgebildet ist, bei dem der Brennraum (3) über das Flammenrohr (7) mit einem Wärmetauscher (42) verbunden ist.

9. Ofen nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Öffnung (17) für die Sekundärluft (19) unmit­ telbar an der Einmündung des Flammenrohres (7) in den Brenn­ raum (3) angeordnet ist.