DE19612045A1 - Heizkessel und Verfahren zu seinem Betreiben - Google Patents
Heizkessel und Verfahren zu seinem BetreibenInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23B—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING ONLY SOLID FUEL
- F23B5/00—Combustion apparatus with arrangements for burning uncombusted material from primary combustion
- F23B5/04—Combustion apparatus with arrangements for burning uncombusted material from primary combustion in separate combustion chamber; on separate grate
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23B—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING ONLY SOLID FUEL
- F23B7/00—Combustion techniques; Other solid-fuel combustion apparatus
- F23B7/002—Combustion techniques; Other solid-fuel combustion apparatus characterised by gas flow arrangements
- F23B7/005—Combustion techniques; Other solid-fuel combustion apparatus characterised by gas flow arrangements with downdraught through fuel bed and grate
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren z um Betreiben eines
Heizkessels, wobei feste Brennstoffe unter Zugabe von Pri
märluft pyrolysiert und die entstehenden Rauchgase unter Zu
gabe von Sekundärluft und unter Verwirbelung axial durch
eine langgestreckte, im wesentlichen horizontale Brennkammer
hindurchgesaugt werden.
Ferner betrifft die Erfindung einen Heizkessel zum Ver
brennen von festen Brennstoffen, mit
- - einem Füllraum zum Pyrolysieren der Brennstoffe,
- - einer im Füllraum mündenden Primärluftführung,
- - einer langgestreckten Brennkammer mit im wesentlichen horizontaler Achse,
- - einer Rauchgasführung, die den unteren Bereich des Füllraumes mit dem einen Ende der Brennkammer verbindet,
- - einem mit dem anderen Ende der Brennkammer in Verbin dung stehenden Saugzuggebläse und
- - einer die Brennkammer versorgenden Sekundärluftfüh rung.
Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung
sind aus der AT 400 180 B bekannt. Das Saugzuggebläse sorgt
dafür, daß die Primärluft in die Füllkammer gelangt, in der
die Pyrolysierung stattfindet. Zur Erzielung einer möglichst
schadstoffarmen Nachverbrennung werden die bei der Pyrolyse
entstehenden Rauchgase tangential in die zylindrische Brenn
kammer eingesaugt. Dort entsteht ein zyklonartiger Längswir
bel, in den die Sekundärluft eingesaugt wird.
Es wurde gefunden, daß die Nachverbrennung unter dem Ge
sichtspunkt der Schadstoffemissionen verbesserungsfähig
ist, und der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese
Verbesserung zu erzielen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist das eingangs genannte Ver
fahren erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Se
kundärluft den Rauchgasen vor Eintritt in die Brennkammer
zugegeben wird und daß in der Brennkammer zwei gegenläufige,
im wesentlichen parallelachsige Längswirbel erzeugt werden.
Das Einsaugen der Sekundärluft in die Rauchgase vor de
ren Eintritt in die Brennkammer bewirkt bereits eine sehr
innige Durchmischung, bevor die eigentliche Nachverbrennung
beginnt. In der Brennkammer kommt es dann zu einer sehr in
tensiven Verwirbelung, da die beiden gegenläufigen Längswir
bel ineinandergreifen und ineinander übergehen. Die Nachver
brennung erfolgt entsprechend gleichmäßig, mit der Folge,
daß die Schadstoffemissionen minimiert werden.
Dabei kann es besonders vorteilhaft sein, die Rauchgase
nach ihrer Verwirbelung in zwei im wesentlichen axialen und
parallelen Längsströmen aus der Brennkammer herauszusaugen.
Die eingangs genannte Vorrichtung ist zur Lösung der ge
stellten Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet,
- - daß die Sekundärluftführung in der Rauchgasführung mündet,
- - daß die Rauchgasführung radial in der Brennkammer mün det und
- - daß die Brennkammer eine der Rauchgasführung gegen überliegende axiale Innenrippe aufweist.
Die Rauchgasführung bildet sozusagen einen engsten Quer
schnitt des Systems, in dem eine entsprechend hohe Geschwin
digkeit herrscht. Dies führt zu einer sehr guten Einmischung
der Sekundärluft in die Pyrolyse-Rauchgase. Das Gemisch
tritt sodann radial in die Brennkammer ein und trifft an der
gegenüberliegenden Brennkammerwand auf die axiale Innen
rippe. Hier teilt sich die Gemischströmung und bildet die
beiden gegenläufigen Längswirbel, die sich bei ihrer axialen
Wanderung durch die Brennkammer gegenseitig durchdringen und
dadurch eine äußerst gleichmäßig und schadstoffarme Verbren
nung bewirken.
Die Entstehung der gegenläufigen Längswirbel läßt sich
dadurch fördern, daß die axiale Innenrippe einen scharfkan
tigen Rücken aufweist und gerundet in die Brennkammerwand
übergeht.
Ferner ist es vorteilhaft, daß die Rauchgasführung als
Axialschlitz in der Brennkammer mündet. Dadurch wird an die
sem Ende der Brennkammer, das in Axialrichtung geschlossen
ist, bereits eine gewisse axiale Länge der Brennkammer mit
dem aus den Rauchgasen und der Sekundärluft bestehenden Ge
misch beaufschlagt, und zwar mit einem relativ dünnen,
breitbandigen Gasstrom, der sich in entsprechend breitban
dige, noch dünnere Längswirbelströme spaltet. Auch dies
trägt dazu bei, die Verbrennung gleichmäßig zu gestalten.
Dabei besteht ein weiteres bevorzugtes Merkmal darin,
daß die Sekundärluftführung mindestens zu einer Seite des
Axialschlitzes im wesentlichen parallel zu diesem verläuft
und durch mindestens eine Schlitzdüse mit ihm verbunden ist.
Die auf diese Weise vorgewärmte Sekundärluft wird durch die
Schlitzdüse mit relativ hoher Geschwindigkeit in die Rauch
gasführung eingesaugt, und zwar an einer Stelle, an der in
dieser ebenfalls eine relativ hohe Strömungsgeschwindigkeit
herrscht. Bereits vor Eintritt in die Brennkammer kommt es
also zu einer sehr guten Durchmischung, die noch dadurch ge
fördert werden kann, daß die Schlitzdüse in Strömungsrich
tung der Rauchgase geneigt ist.
Vorteilhafterweise sind die Ränder des Axialschlitzes
gerundet nach innen eingezogen, so daß die gegenläufigen
Wirbel im oberen Bereich gegen das Zentrum der Brennkammer
hin nach unten gedrückt werden und somit im Bereich des
Brennkammerzentrums aufeinandertreffen. Auch dies fördert
die Durchmischung.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß
der Querschnitt der Brennkammer mindestens im Bereich der
Rauchgasführung im wesentlichen kreisförmig oder elliptisch
ausgebildet ist. Besonders mit kreisförmigen Querschnitten
wurden hervorragende Ergebnisse erzielt. Aber auch die
elliptische Form führt zu einer sehr guten Durchmischung.
Die axiale Innenrippe erstreckt sich vorteilhafterweise
im wesentlichen über die gesamte Länge der Brennkammer, so
daß die gegenläufige Wirbelbildung bis zum Ende der Brenn
kammer anhält.
Alternativ dazu besteht die ebenfalls vorteilhafte Mög
lichkeit, daß sich an den im wesentlichen elliptischen, der
Rauchgasführung zugeordneten Bereich der Brennkammer stromab
zwei im wesentlichen zylindrische Bereiche anschließen, die
beidseitig der von der axialen Innenrippe definierten Ebene
parallel zueinander bis zum Ende der Brennkammer verlaufen.
Die Gasströmung wird also innerhalb der Brennkammer nach
ihrer Durchmischung in zwei parallele Brennzonen aufgeteilt,
in denen sich die Verwirbelung fortsetzt.
Vorzugsweise ist die Brennkammer unterhalb des Füllrau
mes angeordnet, wobei die Rauchgasführung im wesentlichen
vertikal verläuft. Auf diese Weise ergibt sich eine beson
ders günstige Bauform und eine gleichmäßige Gasströmung im
Fußraum des Füllraums, insbesondere wenn die Rauchgasführung
vom Zentrum des Füllraumbodens ausgeht.
Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Aus
führungsbeispiele im Zusammenhang mit der beiliegenden
Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch einen Heizkessel;
Fig. 2 einen Teilschnitt entlang der Linie II-II in
Fig. 1;
Fig. 3 eine abgewandelte Ausführungsform in einer
Darstellung nach Fig. 2;
Fig. 4 eine weitere abgewandelte Ausführungsform in
einer Darstellung nach Fig. 2.
Der Heizkessel nach den Fig. 1 und 2 weist einen Füll
raum 1 auf, in welchem fester Brennstoff 2 pyrolysiert wird.
Hierzu mündet im Füllraum 1 eine Primärluftführung 3, die
hier nur schematisch angedeutet ist. Unterhalb des Füllraum
befindet sich eine langgestreckte Brennkammer 4 mit horizon
taler Achse. Die Brennkammer 4 ist mit dem Füllraum 1 über
eine Rauchgasführung 5 verbunden. Die Mündung der Rauchgas
führung 5 liegt am rechten Ende der Brennkammer 4, an wel
chem diese geschlossen ist. Die Rauchgase verlassen die
Brennkammer 4 an deren linkem offenem Ende. Die Brennkammer
4 wird außerdem mit Sekundärluft versorgt, und zwar über
eine Sekundärluftführung 6, die in Fig. 1 nur schematisch
dargestellt ist, sich aber deutlicher aus Fig. 2 ergibt.
Ein Saugzuggebläse 7 erzeugt einen Unterdruck in demje
nigen Raum, in dem die Brennkammer 4 mündet. Dies führt da
zu, daß Rauchgase aus dem Füllraum 1 durch die Rauchgasfüh
rung 5 hindurch in die Brennkammer 4 eingesaugt werden.
Gleichzeitig wird Primärluft durch die Primärluftführung 3
hindurch in den Füllraum 1 eingesaugt. Ferner wird Sekundär
luft durch die Sekundärluftführung 6 angesaugt.
Fig. 2 zeigt, daß die Sekundärluftführung 6 aus zwei Ka
nälen besteht, die beidseitig der Rauchgasführung 5 parallel
zu dieser verlaufen, wobei die Rauchgasführung 5 in diesem
Bereich als Axialschlitz ausgebildet ist. Die Verbindung der
Sekundärluftführung 6 mit der Rauchgasführung 5 besteht aus
Schlitzdüsen 8, die in Strömungsrichtung des Rauchgases ge
neigt sind. Vor Eintritt in die Brennkammer 4 kommt es also
zu einer innigen Durchmischung der Rauchgase mit der Sekun
därluft.
Die Rauchgasführung 5 mündet radial in der Brennkammer
4. Ihr gegenüber weist die Brennkammer eine axiale Innen
rippe 9 auf, die einen scharfkantigen Rücken besitzt und ge
rundet in die Brennkammerwand übergeht. Der Innenraum der
Brennkammer ist im übrigen kreisförmig ausgebildet.
Wenn das mit der Sekundärluft gemischte Rauchgas am Ort
der axialen Innenrippe auf die Brennkammerwand auftritt,
teilt es sich in zwei gegenläufige Längswirbel, wie dies in
Fig. 2 durch Pfeile angedeutet ist. Diese Art der Strömungs
führung bewirkt eine sehr intensive Durchmischung und Ver
wirbelung, woraus eine sehr gleichmäßige und dementsprechend
schadstoffarme Nachverbrennung resultiert.
Die Ausführungsform nach Fig. 3 unterscheidet sich von
der nach Fig. 2 dadurch, daß die Brennkammer 4 im wesent
lichen elliptisch ausgebildet ist, abgesehen von der axialen
Innenrippe 9 und abgesehen davon, daß die Ränder 10 der
schlitzförmigen Abgasführung 5 gerundet nach innen eingezo
gen sind. Die gegenläufigen Längswirbel werden also im obe
ren Bereich stärker in Richtung auf das Zentrum der Brenn
kammer gelenkt, wo es zu einer besonders intensiven Durch
mischung kommt.
Gemeinsam ist den Ausführungen nach den Fig. 2 und 3,
daß sich die axialen Innenrippen 9 über die gesamte Länge
der Brennkammer erstrecken.
Dies ist bei der Ausführungsform nach Fig. 4 nicht der
Fall. Vielmehr ist hier die Brennkammer 4 lediglich in dem
jenigen Bereich elliptisch ausgebildet, der der Rauchgasfüh
rung 5 zugeordnet ist. An diesen Bereich schließen sich
stromab zwei zylindrische Bereiche 11 an, die den wirbelnden
Rauchgasstrom in zwei Teilströme unterteilen. Letztere ver
laufen parallel zueinander beidseitig zu der von der axialen
Innenrippe 9 definierten Ebene.
Bei allen Ausführungsbeispielen ist die Brennkammer 4
zentral unterhalb des Füllraums 1 angeordnet, da dies zu
einer günstigen schmalen Bauform und zu einer gleichmäßigen
Gasabsaugung aus dem Füllraum führt.
Hingegen sind durchaus Abwandlungsmöglichkeiten gegeben.
So kann die Brennkammer auch seitlich zum Füllraum liegen.
Ferner besteht die Möglichkeit, den Querschnitt der Brennkam
mer über deren Länge zu verändern und auch die Achse der
Brennkammer gegenüber der Horizontalen begrenzt zu neigen.
Außerdem kommen abweichende Querschnittsformen der Brennkam
mer in Frage, beispielsweise vieleckige Polygone, wenn sich
auch insbesondere die Kreisform besonders bewährt hat. Ände
rungen sind ferner hinsichtlich der Querschnittsform der
axialen Innenrippe denkbar.
Claims (12)
1. Verfahren zum Betreiben eines Heizkessels, wobei
feste Brennstoffe unter Zugabe von Primärluft pyrolysiert
und die entstehenden Rauchgase unter Zugabe von Sekundärluft
und unter Verwirbelung axial durch eine langgestreckte, im
wesentlichen horizontale Brennkammer hindurchgesaugt werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Sekundärluft den Rauchgasen vor Eintritt in die
Brennkammer zugegeben wird und daß in der Brennkammer zwei
gegenläufige, im wesentlichen parallelachsige Längswirbel
erzeugt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Rauchgase nach ihrer Verwirbelung in zwei im wesent
lichen axialen und parallelen Längsströmen aus der Brennkam
mer herausgesaugt werden.
3. Heizkessel zum Verbrennen von festen Brennstoffen,
mit
- - einem Füllraum (1) zum Pyrolysieren der Brennstoffe,
- - einer im Füllraum mündenden Primärluftführung (3),
- - einer langgestreckten Brennkammer (4) mit im wesentli chen horizontalen Achse,
- - einer Rauchgasführung (5), die das untere Ende des Füllraums (1) mit dem einen Ende der Brennkammer (4) verbin det,
- - einem mit dem anderen Ende der Brennkammer (4) in Ver bindung stehenden Saugzuggebläse (7) und
- - einer die Brennkammer (4) versorgenden Sekundärluft führung (6), dadurch gekennzeichnet,
- - daß die Sekundärluftführung (6) in der Rauchgasführung (5) mündet,
- - daß die Rauchgasführung (5) radial in der Brennkammer (4) mündet und
- - daß die Brennkammer (4) eine der Rauchgasführung (5) gegenüberliegende axiale Innenrippe (9) aufweist.
4. Heizkessel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die axiale Innenrippe (9) einen scharfkantigen Rücken
aufweist und gerundet in die Brennkammerwand übergeht.
5. Heizkessel nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Rauchgasführung (5) als Axialschlitz in
der Brennkammer (4) mündet.
6. Heizkessel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sekundärluftführung (6) mindestens zu einer Seite
des Axialschlitzes im wesentlichen parallel zu diesem ver
läuft und durch mindestens eine Schlitzdüse (8) mit ihm ver
bunden ist.
7. Heizkessel nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Schlitzdüse (8) in Strömungsrichtung der
Rauchgase geneigt ist.
8. Heizkessel nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ränder (10) des Axialschlitzes ge
rundet nach innen eingezogen sind.
9. Heizkessel nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Brennkammer (4) min
destens im Bereich der Rauchgasführung (5) im wesentlichen
kreisförmig oder elliptisch ausgebildet ist.
10. Heizkessel nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß sich die axiale Innenrippe (9) im we
sentlichen über die gesamte Länge der Brennkammer (4) er
streckt.
11. Heizkessel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß sich an den im wesentlichen elliptischen, der Rauchgas
führung (5) zugeordneten Bereich der Brennkammer (4) stromab
zwei im wesentlichen zylindrische Bereiche (11) anschließen,
die beidseitig der von der axialen Innenrippe (9) definier
ten Ebene parallel zueinander bis zum Ende der Brennkammer
(4) verlaufen.
12. Heizkessel nach einem der Ansprüche 3 bis 11, da
durch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (4) unterhalb des
Füllraums (1) angeordnet ist, wobei die Rauchgasführung (5)
im wesentlichen vertikal verläuft.
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