DE19709173C1 - Ofen zur Feuerung von festem Brennstoff - Google Patents

Description

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

Die vorliegende Patentanmeldung ist ein Zusatz zum Patent 195 41 958.

Ein Ofen der eingangs genannten Art ist aus der DE-OS 21 17 798 bekannt. Bei dem in dieser Druckschrift beschriebenen Ofen wer­ den durch Drehen eines Rostes Verbrennungsrückstände und ggf. Brennstoffverunreinigungen in eine einer Verbrennungszone nach­ geordnete Verbrennungskammer transportiert. Aus dieser müssen die Verbrennungsrückstände und ggf. Brennstoffverunreinigungen mühsam über Putzöffnungen manuell entfernt werden. Dies bedingt Stillstandszeiten des Ofens und aufwendige Reinigungsarbeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ofen zur Feue­ rung von festem Brennstoff zu entwickeln, der einen gleichmäßi­ gen und vollständigen Abbrand des Brennstoffes bei gleichzeitig verbesserter Brennstoffnutzung und geringer Baugröße ermöglicht. Es sollte insbesondere ein Ofen entwickelt werden, der eine mit heutigen Öl- und Gasbrennern vergleichbare Baugröße aufweist.

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

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungs­ gemäßen Ofens sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche 2 bis 8.

Mit dem erfindungsgemäßen Ofen ist ein gleichmäßiger Abbrand des Brennstoffes und damit eine nahezu konstante Leistungsabgabe an den Wärmetauscher realisierbar, wie sie bislang nur bei Verwen­ dung von Öl- oder Gasbrennern möglich ist. Durch das schräg, insbesondere im wesentlichen senkrecht zur ursprünglichen Flamm­ richtung der vom Brennraum ausgehenden Flammen angeordnete Flam­ menrohr (das man auch als Wirbelkammer oder Nachbrennkammer be­ zeichnen kann) ist eine zu herkömmlichen Öl- oder Gasbrennern vergleichbare Baugröße des Ofens gewährleistet.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbin­ dung mit den Fig. 1 bis 7 näher erläutert. Es zeigen:

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

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines waagrechten Schnit­ tes durch das Ausführungsbeispiel entlang der in Fig. 1 einge­ zeichenten Linie A-A,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines senkrechten Schnit­ tes durch das Ausführungsbeispiel entlang der in Fig. 1 einge­ zeichenten Linie B-B,

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Draufsicht der zwei­ ten Ausführungsform des Scheibenrostes.

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines senkrechten Schnittes durch eine dritte Ausführungsform des Scheibenrostes,

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Draufsicht einer vierten Ausführungsform des Scheibenrostes und

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Draufsicht einer fünften Ausführungsform des Scheibenrostes.

Bei dem Ausführungsbeispiel des Ofens handelt es sich beispiels­ weise um einen sogenannten Vorofen für einen Wärmetauscher, bei­ spielsweise einen Heizkessel. 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 überein Flammenrohr miteinander verbunden, in welchem die im Brennraum erzeugten Flammen ausbrennen und durch das die bei der Verbrennung erzeugte Wärmeenergie in den Wärmetauscher transportiert wird.

Der Ofen kann aber ebenso, wie von Öl- oder Gasbrennern bekannt, in dem Wärmetauscher integriert ausgebildet sein. Hierbei ist beispielsweise ein Wärmetauscher seitlich an das Flammenrohr und den Brennraum angrenzend angeordnet.

Der Vorofen 1 von Fig. 1 weist einen senkrecht angeordneten, von oben nach unten sich im Querschnitt vergrößernden Füll­ schacht 2 für Brennstoff auf. Die Vergrößerung des Querschnitts von oben nach unten vermindert die Gefahr einer Verstopfung des Füllschachtes 2 durch sich verspreizende Brennstoffteile. Im un­ teren Endbereich des Füllschachtes 2 befindet sich ein Brennraum 3, der über ein Flammenrohr 7 mit einem Wärmetauscher verbunden ist und der an seiner Unterseite von einem Scheibenrost 4 be­ grenzt ist. Dieser besteht beispielsweise, wie in Fig. 2 ge­ zeigt, aus drei feuerfesten Scheiben 5, die auf einer gemeinsa­ men Achse 6 befestigt sind und auf dessen Stirnflächen 43 ein im Brennraum 3 befindlicher Brennstoff aufliegt. Unterhalb des Brennraumes 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 beispiels­ weise Schamott, Gußeisen, Feuerfestbeton oder aus einem anderen dem Fachmann als geeignet bekannten Material gefertigt. Die Ach­ se 6 ist über ein Getriebe mit der Welle eines Elektromotors 39 (Fig. 2) oder eines anderen geeigneten Antriebsaggregats ver­ bunden. Der Vorofen ist über ein Brennstoffbeschickungsrohr 9 (Fig. 3), das durch die Öffnung 8 in den oberen Bereich des Füllschachtes 2 mündet, mit einer hier nicht gezeigten automati­ schen Brennstoffbeschickungsvorrichtung mit Brennstoffspeicher verbindbar. Als Brennstoff sind beispielsweise Holzschnitzel, Holzspäne und/oder Koks nutzbar. Am Füllschacht 2 ist zur Füll­ standsüberwachung in einer vorbestimmten Füllhöhe eine einen Lichtsender 11 und einen Lichtempfänger 12 aufweisende Licht­ schranke angebracht. Oberhalb der Lichtschranke ist im Füll­ schacht 2 ein mechanischer Überfüllungsschutzschalter 10 (Fig. 3) angebracht, der bei einer aufgrund einer funktionalen Störung verursachten Überfüllung des Füllschachtes 2 die automatische Brennstoffzufuhr abschaltet. Der Füllschacht 2, der Scheibenrost und das Flammenrohr 7 ist von einer weitgehend luftdicht abge­ schlossenen, aus Metall gefertigten Hülle 13 umgeben, derart, daß um den Füllschacht 2 und das Flammenrohr 7 herum ein isolie­ render 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 anderer­ seits 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 Flammen­ rohres 7 zugeführt wird. Die durch die Öffnungen 15 und an­ schließend durch den Füllschacht 2 hindurch zum Brennraum 3 ge­ führte Primärluft 18, die im Hohlraum 14 bereits vorgewärmt wird, bewirkt zusätzlich eine Trocknung und Vorwärmung des über der Glut 20 liegenden unverbrannten Brennstoffes 21. Darüberhin­ aus wirkt sich diese Vorheizung der Primärluft positiv für die Verbrennung aus. Mittels einer Sekundärluftklappe 35, deren Ein­ stellung über einen Bedienhebel 36 veränderbar ist, kann die Se­ kundärluftzufuhr durch die Öffnung 17 prozeßabhängig eingestellt werden. Dieses Einstellen kann sowohl manuell als auch mittels einer geeigneten Einrichtung elektronisch geregelt sein.

Eine Längsachse 51 des Flammenrohres 7 verläuft, wie in Fig. 1 gezeigt, senkrecht zur ursprünglichen Flammenrichtung 42 der vom Brennraum 3 ausgehenden Flammen. Die Längsachse 51 des Flammen­ rohres 7 kann mit der ursprünglichen Flammenrichtung 42, die im Ausführungsbeispiel parallel zur Horizontalen verläuft, aber auch einen beliebigen anderen Winkel einschließen. Die Flamme wird von einer Seitenwand 48 des Flammenrohres 7 abgebogen und durch den Luftzug im Flammenrohr 7 in Richtung der Längsachse 51 des Flammenrohres 7 abgelenkt. Um eine möglichst gute Verwirbe­ lung der Abgase im Flammenrohr 7 und eine möglichst ideale, in diesem Fall annähernd schraubenförmige Flammablenkung zu errei­ chen, können am Brennraumausgang Flammführungswandungen 49 vor­ gesehen sein. Am dem Brennraum 3 abgewandten Ende des Flammen­ rohres 7 befindet sich der Flammenrohrausgang 52, der z. B. in einen Heizkessel oder, falls ein Wärmetauscher um das Flammen­ rohr 7 herum angeordnet ist, in einen Rauchgasabzug mündet. Das Flammenrohr 7 ist der jeweiligen Einsatzart anzupassen.

Bei dieser Ausgestaltung des Flammenrohres 7 ist eine verbesser­ te Brennstoffausnutzung bei gleichzeitig minimaler Baugröße des Ofens gewährleistet.

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 An­ ordnung der Lichtschranke vorgegebene Füllhöhe erreicht ist. An­ schließend wird der auf dem Scheibenrost 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 geeigneten Zündvorrich­ tung 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 be­ findlichen Brennstoffes sinkt die Höhe der Brennstoffsäule im Füllschacht 2, so lange, bis die Lichtschranke ein Signal sen­ det, das ein Einschalten der automatischen Brennstoffbeschickung bewirkt. Durch intervallweises oder permanentes Drehen des Scheibenrostes 4 im wesentlichen in entgegengesetzter Richtung zum Flammenrohr 7 (in Fig. 1 durch den Pfeil 40 angedeutet) und damit entgegengesetzt zur ursprünglichen Flammenrichtung 42, werden Verbrennungsrückstände und ggf. Brennstoffverunreinigun­ gen (z. B. Steine) durch den Spalt 28 zwischen dem Scheibenrost 4 und dem Füllschacht 2 hindurch aus dem Brennraum 3 in einen in der Aschekammer 37 befindlichen Ascheauffangbehälter 38 trans­ portiert bzw. zerkleinert, so daß sie durch den Zwischenraum zwischen den Scheiben 5 hindurch in den Ascheauffangbehälter 38 fallen.

Mit entgegengesetzter Richtung zum Flammenrohr 7 ist auf dieje­ nige Richtung des Flammenrohres 7 Bezug genommen, in welche sich dieses ausgehend vom Brennraum 3 erstreckt.

Der Scheibenrost 4 kann, wie in Fig. 4 gezeigt, eine einzige feuerfeste Scheibe in Form einer Walze oder Trommel 44 aufwei­ sen. Diese ist beispielsweise aus Gußeisen, Edelstahl oder aus einem anderem dem Fachmann zu diesem Zweck geeigneten bekannten Material gefertigt. Die Scheiben 5 bzw. die Walze oder Trommel 44 kann eine glatte oder, evtl. zur Verbesserung des Aschetrans­ ports, eine strukturierte Oberfläche aufweisen.

Weiterhin kann vorteilhafterweise, wie in Fig. 5 gezeigt, der Scheibenrost 4 mittels einer exzentrischen Achse 45 angetrieben sein. Eine derartige exzentrische Achse 45 ist beispielsweise eine im Querschnitt kreisförmige Achse deren Drehachse nicht mit der Längssymmetrieachse zusammenfällt. Ebenso kann beispielswei­ se eine im Querschnitt ovale oder elliptische Achse 45 verwendet sein, deren Drehachse 50 nicht durch den Mittelpunkt des Quer­ schnitts verläuft. Dadurch wird eine Variation der Breite des Spaltes 28 zwischen dem Scheibenrost 4 und dem Füllschacht 2 so­ wie eine Öffung eines Spaltes 47 zwischen dem Scheibenrost und einer Seitenwandung des Ofens, in diesem Fall eine Seitenwandung der Aschekammer 37, bewirkt. Dies verringert die Gefahr, daß Brennstoffverungreinigungen, die beispielsweise in dem V- förmigen Spalt 47 zwischen dem Scheibenrost und einer Seitenwan­ dung zu liegen kommen oder die sich im Spalt 28 zwischen dem Scheibenrost 4 und dem Füllschacht 2 verspreizen, im Brennraum verbleiben und eventuell den Scheibenrost beschädigen. Die Brennstoffreinheit ist dadurch weniger kritisch. Weiterhin kann beispielsweise von Vorteil sein, wenn die Achse 6 nicht fest mit dem Scheibenrost verbunden ist, so daß sich bei Hemmung der Scheiben- oder Trommelrotation die Achse 6 in der Achsbohrung weiterdrehen kann. Die Achsbohrung 46 der Scheiben 5 bzw. der Trommel 44 ist dazu beispielsweise größer als die Querschnitts­ fläche der Achse 45.

Der mit der exzentrischen Achse verfolgte Zweck kann auch da­ durch erzielt werden, daß die Achsbohrung 46 nicht-zentrisch in den Scheiben 5 oder in der Trommel 44 angeordnet ist.

Weiterhin ist bei der Ausführungsform von Fig. 5 die Öffnung 16 für die in die Aschekammer 37 einzuleitende Primärluft 18 bei­ spielhaft unmittelbar am Spalt 28 zwischen dem Scheibenrost 4 und dem Füllschacht 2 angeordnet.

Wie in der Fig. 6 gezeigt, kann der Scheibenrost 4 auch aus zwei Scheibengruppen 29 und 30 bestehen. Dieser ist bevorzugt bei Anlagen im Leistungsbereich bis 100 kW einzusetzen. Anstelle der Scheiben können auch hier Trommeln oder Walzen verwendet sein.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform (Fig. 7) des Scheiben­ rostes, die bevorzugt für den Einsatz bei Großanlagen mit Lei­ stungen über 100 kW geeignet ist, besteht aus drei Scheibengrup­ pen 31, 32 und 33, deren Scheiben ineinandergreifen und dieselbe Drehrichtung 34 aufweisen. Bei diesem Scheibenrost handelt es sich um einen sogenannten Wanderglutrost. Auch hier können an Stelle der Scheiben Walzen oder Trommeln eingesetzt werden.

Natürlich kann der Scheibenrost je nach Bedarf auch aus vier oder noch mehr Scheibengruppen zusammengesetzt sein, die alle die gleiche oder unterschiedliche Drehrichtung aufweisen, der­ art, daß die Verbrennungsrückstände und ggf. Brennstoffverunrei­ nigungen, wie bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel von Fig. 1, im wesentlichen entgegengesetzt zur Flammenrichtung 42 aus dem Brennraum 3 transportiert werden.

Die oben beschriebene automatische Ascheaustragung in Verbindung mit der automatischen Brennstoffbeschickung ermöglicht einen gleichmäßigen Dauerbetrieb der an den Ofen angekoppelten Heizan­ lage ohne manuellen Eingriff. Der Bedienungskomfort einer sol­ chen Heizungsanlage ist mit dem der heute verbreiteten Heizungs­ anlagen mit Öl- und/oder Gaskessel vergleichbar.

Der gleichmäßige Dauerbetrieb in Verbindung mit der durch die spezielle Formgebung des Flammenrohres hervorgerufenen Verwirbe­ lung der Sekundärluft 19 mit den Rauchgasen bewirkt einen sehr hohen 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 Be­ schränkung der Erfindung auf diesen Spezialfall zu betrachten. Die vorbeschriebene Ausführung ist vorteilhafterweise bei sämt­ lichen Öfen zur Feuerung von festen Brennstoffen verwendbar. Sie ist beispielsweise auch bei solchen Heizungsanlagen einsetzbar, bei denen die Feuerung des Brennstoffes im Heizkessel erfolgt. In diesem Fall sind der Füllschacht, der Brennraum, der Schei­ benrost, das Flammenrohr und die Primär- und Sekundärluftzufüh­ rungen in den Heizkessel integriert. Ebenso ist die Ausführung vorteilhafterweise auch bei Einzelöfen und Kachelöfen einsetz­ bar.

Claims (8)

1. Ofen zur Feuerung von festem Brennstoff, bei dem an einem un­ teren 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 Brenn­ raum (3) von unten von einem Scheibenrost (4) begrenzt ist, wo­ bei der Scheibenrost (4) aus einer Mehrzahl von feuerfesten Scheiben (5) gefertigt ist, die derart angeordnet sind, daß eine im Brennraum (3) befindliche Brennstoffglut (20) auf einem Teil­ bereich der Stirnflächen der feuerfesten Scheiben (5) aufliegt und die derart drehbar ausgebildet sind, daß sie während des Be­ triebes des Ofens Verbrennungsrückstände und gegebenenfalls Brennstoffverunreinigungen in eine unterhalb des Brennraumes (3) angeordnete Aschekammer (37) transportieren, wobei durch Drehen des Scheibenrostes (4) im wesentlichen in entgegengesetzter Richtung zum Flammenrohr (7) Verbrennungsrückstände und ggf. Brennstoffverunreinigungen ausschließlich in die Aschekammer (37) transportierbar sind, nach dem deutschen Patent 19541958, dadurch gekennzeichnet, daß eine Längsmittelachse (51) des Flammenrohres (7) schräg zu einer ursprünglichen Flammen­ richtung (42) der vom Brennraum (3) ausgehenden Flammen ver­ läuft.

2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsmittelachse (51) des Flammenrohres (7) im wesentlichen senkrecht zur ursprünglichen Flammenrichtung (42) der vom Brenn­ raum (3) ausgehenden Flammen verläuft.

3. Ofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang des Brennraumes (3) Flammenführungswandungen (49) vorgesehen sind, die in das Flammenrohr (7) hineinreichen und die eine schraubenförmige Ablenkung der Flammen im Flammenrohr (7) bewirken.

4. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Scheibenrost (4) mehrere feuerfeste Schei­ ben (5) aufweist, die auf einer gemeinsamen Achse (6) angeordnet sind.

5. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Scheibenrost (4) an Stelle der Mehrzahl von feuerfesten Scheiben (5) eine einzige aus feuerfestem Material gefertigte Walze oder Trommel (44) aufweist.

6. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Scheibenrost (4) eine exzentrische Achse (45) aufweist, die eine Variation der Größe des Spaltes (28) zwischen dem Scheibenrost (4) und einer Seitenwand des Füll­ schachtes (2) bewirkt.

7. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Öffnung (17) für die Sekundärluft (19) unmittelbar an der Einmündung des Flammenrohres (7) in den Brennraum (3) angeordnet ist.

8. Ofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Flammenrohr (7) eine Mehrzahl von aus feuerfestem Material ge­ fertigten Teilen angebracht sind, derart, daß sie eine Verwirbe­ lung der Sekundärluft (19) mit dem Verbrennungsabgas bewirken.