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Die
Erfindung betrifft eine Verbrennungsvorrichtung mit einer Brennkammer,
einem Beschickungsbereich und einer Rauchgasführung, wobei der
Beschickungsbereich oberhalb der Brennkammer und benachbart zur
Rauchgasführung angeordnet ist. Die Rauchgasführung
wird dabei in Rauchgasströmungsrichtung durch einen ersten
Rauchgasströmungskanal, einen Umlenkbereich und einen zweiten
Rauchgasströmungskanal gebildet.
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Im
Stand der Technik sind Festbrennstoffkessel als Scheitholzkessel
und Kohlekessel bekannt, wobei der Begriff Festbrennstoffkessel
in Bezug auf Anlagen verwendet wird, die durch die Verbrennung von
Steinkohle, Koks, Braunkohlebriketts oder Holz Wärme für
verschiedene Anwendungen erzeugen.
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Die
bei der Verbrennung als Stoffumwandlungsprozess anfallenden Abgase,
die je nach Zusammenhang auch als Rauchgase oder Brandgase bezeichnet
werden, enthalten luftverschmutzende, umwelt- und gesundheitsschädliche
Schadstoffe. Aus Gründen des Umweltschutzes bestehen nunmehr
gesetzliche Vorschriften, die Schadstoffe durch Reinigung der Abgase
zu begrenzen. Gattungsgemäße Verbrennungsvorrichtungen
sind folglich zur Schadstoffbegrenzung mit einer Abgasreinigung
versehen, die insbesondere einen Katalysator aufweist.
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Die
Abgasentgiftungsverfahren unter Verwendung von Katalysatoren benötigen
dabei weder Strom, Gase, Wasser oder andere Aufwendungen für den
Reinigungsschritt. Allerdings müssen die Katalysatoren
regelmäßig gewartet werden.
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Die
Katalysatoren werden zur Unterstützung von Oxydationsprozessen
im Rauchgas der Verbrennungsanlagen eingesetzt. Um wiederum eine
Verunreinigung der Katalysatoren zu vermeiden, sollten die Katalysatoren
ausschließlich von Rauchgasen mit geeigneter Betriebstemperatur
durchströmt werden. Als Bestandteil des gesamten Reinigungsvorganges in
den Verbrennungsanlagen wird unter anderem die selektive katalytische
Reduktion der Stickoxide angewendet, die bei einer Temperatur des
Rauchgases im Bereich von 180°C bis 450°C abläuft.
Neben der katalytischen Reduktion der Stickoxide laufen jedoch auch
weitere Oxidationsvorgänge ab, bei denen zum Beispiel Kohlenstoffmonoxid
in Kohlenstoffdioxid umgewandelt wird.
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Die
Anordnung des Katalysators innerhalb der Verbrennungsvorrichtung,
insbesondere der Rauchgasführung, ist demzufolge nicht
nur vom zur Verfügung stehenden Platz, sondern entscheidend von
der Temperatur des Rauchgases in diesem Bereich abhängig.
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Zudem
wäre es wünschenswert, bestehende Verbrennungsvorrichtungen
zum Einhalten der gesetzlichen Vorschriften bezüglich der
Schadstoffemissionen mit Katalysatoren nachrüsten zu können.
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Eine
gattungsgemäße Katalysatoranordnung geht aus der
DE 296 02 928 U1 hervor.
Bei der Katalysatoranordnung, die für die Schadstoffreduzierung
von Rauchgasen, insbesondere für die Rauchgasentstickung
eines Dreizugkessels vorgesehen ist, wird das Rauchgas durch Wärmeübertragerrohre
geführt. Der Katalysator ist auf einem Trägerelement angeordnet,
das zumindest teilweise in mindestens eines der Wärmeübertragerrohre
eingeführt und dort mittig sowie verschiebbar gehalten
wird. Mit Hilfe der Verschiebung wird die Lage des Katalysators
innerhalb des Rauchgasstromes in Abhängigkeit von den Betriebsparametern
der jeweiligen Kesselanlage verändert, um den Katalysator
im Bereich mit optimalen Temperaturen des Rauchgasstromes anzuordnen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbrennungsvorrichtung
mit einer Katalysatoranordnung innerhalb der Rauchgasführung
derart weiterzubilden, dass die bei der Verbrennung anfallenden
Abgase gereinigt werden. Dabei sollte der Katalysator bei einer
optimalen Temperatur betrieben werden und innerhalb der Verbrennungsvorrichtung nur
wenig Platz beanspruchen. Zudem sollte die Verbrennungsvorrichtung
auch in Bezug auf den Katalysator einfach bedienbar sein. Der Katalysator
sollte aus Gründen der Wartung sowie des Austausches gut
zugänglich angeordnet und in bereits bestehende Anlagen
einfach nachrüstbar sein.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Verbrennungsvorrichtung
mit einer Brennkammer, einem Beschickungsbereich und einer Rauchgasführung
gelöst, wobei der Beschickungsbereich oberhalb der Brennkammer
und benachbart zur Rauchgasführung angeordnet ist. Die
Rauchgasführung wird in Rauchgasströmungsrichtung
durch einen ersten Rauchgasströmungskanal, einen Umlenkbereich
und einen zweiten Rauchgasströmungskanal gebildet. Nach
der Konzeption der Erfindung wird ein Katalysator innerhalb der
Rauchgasführung von Rauchgas durchströmbar und
vorteilhaft über den Beschickungsbereich für eine
Bedienperson aus der Rauchgasführung entnehmbar angeordnet.
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Die
Entnahme und das Einbringen des Katalysators aus und in die Verbrennungsvorrichtung
erfolgt durch die Beschickungstür, welche eine verschließbare Öffnung
des Beschickungsbereichs zum Umfeld der Verbrennungsvorrichtung
darstellt. Die Beschickungstür ist außerdem für
die Beschickung der Brennkammer mit festen Brennstoffen vorgesehen.
Der Katalysator ist im montierten Zustand starr mit einer Haltevorrichtung
innerhalb der Rauchgasführung verbunden und zur Entnahme
ohne zusätzlichen Aufwand von der Haltevorrichtung lösbar.
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Die
erfindungsgemäße Verbrennungsvorrichtung ist zudem
mit einem Bypass für den Katalysator innerhalb der Rauchgasführung
ausgebildet. Insbesondere während des Anheizvorgangs wird
der Bypass um den Katalysator geöffnet, sodass die Rauchgasströmung
durch den Katalysator verhindert beziehungsweise minimiert wird.
Im Gegensatz dazu wird der Bypass im Heizbetrieb geschlossen, sodass das
Rauchgas vollständig durch den Katalysator hindurch strömt.
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Nach
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Bypass für
den Katalysator durch eine Rauchgasleiteinrichtung zur Abtrennung
des Teils der Rauchgasführung mit dem Katalysator vom Rauchgasstrom
bereitgestellt. Als Alternative zur Rauchgasleiteinrichtung sind
Mittel zur Positionierung des Katalysators innerhalb der Rauchgasführung
vorgesehen, welche durch Veränderung der Position des Katalysators
innerhalb der Rauchgasführung den Bypass ausbilden.
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Die
Rauchgasleiteinrichtung weist dabei vorteilhaft verschiedene Verstellmöglichkeiten
auf. In Betriebsstellung bildet die Rauchgasleiteinrichtung den
Umlenkbereich für das Rauchgas aus, während die
Rauchgasleiteinrichtung in Bypassstellung für den Katalysator
derart angeordnet ist, dass das Rauchgas nicht durch den Katalysator
geleitet wird. Als weitere Verstellmöglichkeit ist die
Rauchgasleiteinrichtung in eine Revisionsstellung positionierbar, in
der vorteilhaft die Reinigung oder die Entnahme des Katalysators
einfach realisierbar sind.
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Der
Katalysator ist dabei innerhalb des Rauchgasströmungskanals
bevorzugt am Übergang zum Umlenkbereich angeordnet, wobei
der Umlenkbereich durch die Rauchgasleiteinrichtung zum Beschickungsbereich
hin begrenzt wird.
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Nach
einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist die Rauchgasleiteinrichtung
als Kurzschlussklappe und nach einer zweiten Ausgestaltung als Rauchgasklappschieber
jeweils um eine Drehachse drehbeweglich ausgebildet und weist ein
Bedienelement auf. Die Drehbewegung ist dabei bevorzugt stufenlos
realisiert.
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Alternativ
ist die Rauchgasleiteinrichtung auch als Rauchgasschieber ausbildbar,
wobei der Rauchgasschieber in einer Ebene bevorzugt stufenlos verschiebbar
ausgebildet ist und ebenfalls ein Bedienelement aufweist.
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Das
Bedienelement ist dabei als manuell zu betätigender Bedienhebel
starr mit der Kurzschlussklappe, dem Rauchgasklappschieber oder
dem Rauchgasschieber verbunden und aus der Brennkammer herausgeführt
angeordnet. Bei der Ausgestaltung der Rauchgasleiteinrichtung als
Kurzschlussklappe oder Rauchgasklappschieber ist die Drehachse bevorzugt
an einer Längsseite der Kurzschlussklappe oder des Rauchgasklappschiebers ausgebildet.
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Von
Vorteil ist, wenn das Bedienelement mit einem mechanischen oder
pneumatischen Vorspannelement, beispielsweise einem Federelement
oder einer Gasdruckfeder, versehen ist.
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Nach
einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung zur Ausbildung mit
einer Rauchgasleiteinrichtung sind die Mittel zur Positionierung
des Katalysators innerhalb der Rauchgasführung als eine
in den Rauchgasstrom bewegbare Haltevorrichtung für den Katalysator
vorgesehen. Die bewegliche Haltevorrichtung bildet durch die Veränderung
ihrer Position den Bypass um den Katalysator aus.
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Die
Haltevorrichtung ist in Verbindung mit dem Katalysator im Rauchgasströmungskanal
bevorzugt am Übergang zum Umlenkbereich angeordnet und
zwischen zwei Endpositionen bewegbar ausgebildet. In einer ersten
Endposition der Haltevorrichtung ist der Katalysator innerhalb der
Rauchgasführung derart anordnet, dass das Rauchgas durch
den Katalysator hindurchströmt, während in einer
zweiten Endposition der Katalysator nicht von Rauchgas durchströmt
wird. Das Rauchgas wird dabei im Bypass um den Katalysator herum
geleitet.
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Besonders
vorteilhaft ist, wenn die Haltevorrichtung aus dem Rauchgasstrom
herausschwenkbar ist, wobei die Haltevorrichtung um eine Drehachse
drehbeweglich gehaltert ist. Nach einer ersten Alternative ist der
Katalysator innerhalb des Rauchgasstromes drehbar angeordnet. Die
Drehachse verläuft dabei durch den Katalysator, sodass
das Rauchgas in einer Endposition durch den Katalysator hindurchströmt,
während das Rauchgas in einer zweiten Endposition beiderseitig
am Katalysator vorbeiströmt. Nach einer weiteren Alternative
ist die Haltevorrichtung in einer Ebene verschiebbar ausgebildet.
Die Haltevorrichtung wird mit dem Katalysator jeweils den Bypass öffnend
oder schließend bewegt.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin,
dass die Rauchgasleiteinrichtung oder die Mittel zur Positionierung
des Katalysators innerhalb der Rauchgasführung mit einem Stellantrieb
gekoppelt und über eine automatische Regeleinrichtung in
Abhängigkeit der Rauchgastemperatur bedienbar ausgebildet
sind.
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Als
weitere Ausgestaltung ist innerhalb des ersten Rauchgasströmungskanals
der Rauchgasführung ein Turbolator angeordnet, welcher
aus abgewinkelten Lochblechen mit Durchbrüchen ausgebildet
ist. Die abgewinkelten Kanten der Lochbleche des Turbolators sind
wärmeleitend mit den Längsseiten der den Rauchgasströmungskanal
bildenden Wärmeübertrager verbunden.
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Weitere
Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
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1:
Verbrennungsvorrichtung mit Rauchgasführung (Stand der
Technik),
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2:
Verbrennungsvorrichtung mit Katalysator und Kurzschlussklappe innerhalb
der Rauchgasführung in Betriebsstellung,
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3a:
Verbrennungsvorrichtung mit Katalysator und Rauchgasklappschieber
innerhalb der Rauchgasführung – Rauchgasklappschieber
in Betriebsstellung und
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3b:
Verbrennungsvorrichtung mit Katalysator und Rauchgasklappschieber
innerhalb der Rauchgasführung – Rauchgasklappschieber
in Bypassstellung sowie
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4:
Verbrennungsvorrichtung mit Katalysator und Rauchgasschieber innerhalb
der Rauchgasführung in Bypassstellung.
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In 1 ist
ein Festbrennstoffkessel 1 als eine aus dem Stand der Technik
bekannte Verbrennungsvorrichtung 1 mit Rauchgasführung 4 dargestellt.
Der Festbrennstoffkessel 1 wird durch eine geöffnete
Beschickungstür 10 mit festen Brennstoffen, wie
Holz, Kohle oder Koks, beschickt. Der Bereich des Festbrennstoffkessels 1,
der durch die Beschickungstür 10 zur Umwelt abgeschlossen
wird oder mit der Umwelt in Verbindung steht, wird im Folgenden
als Beschickungsbereich 3 bezeichnet.
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Durch
den Beschickungsbereich 3 hindurch gelangen die Brennstoffe
in die sich an den Beschickungsbereich 3 anschließende
Brennkammer 2, die auf der Unterseite durch ein Feuerrost 11 begrenzt ist.
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Die
bei der Verbrennung entstehenden Rauchgase steigen innerhalb der
Brennkammer 2 auf und werden durch die Rauchgasführung 4 aus dem
Festbrennstoffkessel 1 abgeleitet. Die Brennkammer 2 weist
seitliche Wandungen auf und wird auf der Oberseite durch Wärmeübertrager 9 begrenzt.
Die Oberseite der Brennkammer entspricht dabei der unteren Längsseite
des Wärmeübertragers 9a. Eine Schmalseite
des Wärmeübertragers 9a bildet die Begrenzung
des Beschickungsbereiches 3, während die gegenüberliegende
Schmalseite in Verbindung mit einer Seitenwand der Verbrennungsvorrichtung 1 die Öffnung
der Rauchgasführung 4 definiert.
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In
vertikaler Richtung nach oben ist beabstandet zum Wärmeübertrager 9a ein
weiterer Wärmeübertrager 9b angeordnet.
Durch die beabstandete Anordnung bilden die parallel zueinander
gerichteten Längsseiten der Wärmeübertrager 9a, 9b einen ersten
Rauchgasströmungskanal 6 aus. Nach dem Eintritt
des aufsteigend strömenden Rauchgases durch die Öffnung
der Rauchgasführung 4 wird das Rauchgas in den
horizontal ausgerichteten Rauchgasströmungskanal 6 umgelenkt.
Der Bereich zwischen der Öffnung der Rauchgasführung 4 und
dem ersten Rauchgasströmungskanal 6 wird auch
als erster Umlenkbereich 5 bezeichnet.
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Die
Rauchgase werden in Strömungsrichtung nach Umlenkung im
ersten Umlenkbereich 5 und Durchqueren des ersten Rauchgasströmungskanals 6 in einem
zweiten Umlenkbereich 7 erneut umgelenkt und strömen
nunmehr in entgegengesetzter Richtung der Strömung im ersten
Rauchgasströmungskanal 6 durch den zweiten Rauchgasströmungskanal 8.
Der zweite Rauchgasströmungskanal 8 wird durch
die obere Längsseite des Wärmeübertragers 9b und
die obere Begrenzung der Verbrennungsvorrichtung 1 gebildet,
wobei die obere Begrenzung der Verbrennungsvorrichtung 1 ebenso
als Wärmeübertrager ausgestaltet sein kann.
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Das
Rauchgas durchströmt die Rauchgasführung 4,
insbesondere die durch die zueinander beabstandet angeordneten Wärmeübertrager 9a, 9b ausgebildeten
Rauchgasströmungskanäle 6, 8 und die
Umlenkbereiche 5, 7, unter Wärmeabgabe.
Die in den Wärmeübertragern 9a, 9b übertragene
Wärme wird bevorzugt zur Erhitzung von Wasser oder zur Dampferzeugung
genutzt.
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Der
zweite Umlenkbereich 7 wird in vertikaler Ausdehnung durch
den unteren Wärmeübertrager 9a sowie
die obere Begrenzung der Verbrennungsvorrichtung 1 gebildet.
In horizontaler Richtung wird der zweite Umlenkbereich 7 einerseits
durch die Schmalseite des oberen Wärmeübertragers 9b sowie
andererseits durch eine Trennwand 12 begrenzt. Die Trennwand 12 stellt
zudem eine Begrenzungsseite des Beschickungsbereiches 3 dar
und trennt somit den Beschickungsbereich 3 vom zweiten
Umlenkbereich 7 der Rauchgasführung 4 ab.
Die Trennwand 12 ist im Umlenkbereich 7 im Eingriff
der Beschickungstür 10 des Festbrennstoffkessels 1 angeordnet
und starr mit den Wandungen, das heißt der oberen Begrenzung
der Verbrennungsvorrichtung 1 und der Schmalseite des Wärmeübertragers 9a,
verbunden.
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2 zeigt
eine erfindungsgemäße Verbrennungsvorrichtung 1 mit
einem Katalysator 16 und einer Kurzschlussklappe 13 als
Rauchgasleiteinrichtung innerhalb der Rauchgasführung 4.
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In
Strömungsrichtung des Rauchgases ist am Ende des ersten
Rauchgasströmungskanals 6 am Eintritt in den zweiten
Umlenkbereich 7 zur Reinigung des Rauchgases ein Katalysator 16 angeordnet.
Der somit im Übergangsbereich zwischen dem ersten Rauchgasströmungskanal 6 und
dem zweiten Umlenkbereich 7 angeordnete Katalysator 16 ist
in Bezug zur Horizontalen derart schräg ausgerichtet, dass
das Rauchgas vor dem Scheitelpunkt der 180°-Umlenkung durch
den Katalysator 16 strömt. Der Katalysator 16 ist
dabei in einem Winkelbereich von 35° bis 60° gegenüber
der horizontalen Ebene angestellt. Zur optimalen Durchströmung
weist der Katalysator eine Schrägstellung mit einem Winkel von
45° gegenüber der Horizontalen auf.
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Der
Katalysator 16 erstreckt sich dabei über den gesamten
Strömungsquerschnitt der Rauchgasführung 4 und
ist in seiner äußeren Form als Quader, das heißt
mit einer rechteckigen Grundfläche und über der
Grundfläche konstanter Höhe, ausgebildet. Der
Querschnitt der Rauchgasführung 4 weist im Bereich
der Anordnung des Katalysators 16 eine Haltevorrichtung 20 auf,
in welcher der Katalysator 16 gehaltert angeordnet ist.
Der Katalysator 16 wird während der Montage innerhalb
der Haltevorrichtung 20 fixiert und ist zum Austausch oder
der Reinigung ohne aufwändige Hilfsmittel von der Haltevorrichtung 20 lösbar
und durch die Beschickungstür 10 aus der Verbrennungsvorrichtung 1 entnehmbar.
Die in umgekehrter Reihenfolge ablaufende Montage des Katalysators 16,
die aus den Schritten Einführen des Katalysators 16 durch
die Beschickungstür 10 in die Haltevorrichtung 20 und
Befestigen des Katalysators 16 innerhalb beziehungsweise
an der Haltevorrichtung 20 besteht, ist ebenfalls sehr
einfach, wenig zeitintensiv und ohne aufwändige Hilfsmittel
möglich.
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Anstelle
der Trennwand 12 aus 1 ist die erfindungsgemäße
Verbrennungsvorrichtung 1 mit einer Kurzschlussklappe 13 als
Rauchgasleiteinrichtung versehen. Die Kurzschlussklappe 13,
die die Form einer ebenen Platte aufweist, ist nunmehr im Gegensatz
zur Trennwand 12 drehbeweglich ausgebildet. Die Drehachse 14 ist
horizontal ausgerichtet und befindet sich am unteren Ende der Kurzschlussklappe 13,
wobei das untere Ende die Verbindung zum Katalysator 16 beziehungsweise
dessen Haltevorrichtung 20 darstellt. Die Kurzschlussklappe 13 ist folglich
an einer Längsseite mit der Begrenzung der Rauchgasführung 4 verbunden
und in einem vorgegebenen Bereich um die Drehachse 14 beweglich. Die
Drehbewegung ist im Betrieb der Verbrennungsvorrichtung 1 zwischen
zwei Endpositionen stufenlos möglich.
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Bei
Einnahme der ersten Endposition, der Betriebsstellung, liegt die
Kurzschlussklappe 13 an der oberen Begrenzung der Verbrennungsvorrichtung 1 an
und nimmt dabei die gleiche Position wie die Trennwand 12 aus 1 ein.
Die obere Begrenzung der Verbrennungsvorrichtung 1 weist
im Kontaktbereich mit der Kurzschlussklappe 13 einen Anschlag 15 auf.
Mittels des Anschlages 15 wird ein Wiederlager für
eine feste Positionierung der Kurzschlussklappe 13 bereitgestellt.
Dadurch besteht vorteilhaft die Möglichkeit, die Berührungsflächen
der Kurzschlussklappe 13 und der oberen sowie seitlichen
Begrenzungen der Verbrennungsvorrichtung 1 mit Dichtungen
zu versehen, was eine gegenüber der Brennkammer 2 und
dem Beschickungsbereich 3 dichte Rauchgasführung 4 gewährleistet.
Ungewollte Querströmungen aufgrund von Undichtigkeiten
innerhalb der Rauchgasführung 4 werden minimiert. Das
Rauchgas wird folglich durch den Katalysator 16 geleitet
und dort gereinigt.
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Durch
eine Drehbewegung in Drehrichtung 19 um die Drehachse 14 ist
die Kurzschlussklappe 13 in die zweite Endposition, die
Bypassstellung, überführbar, in der die Kurzschlussklappe 13 auf
dem Katalysator 16 beziehungsweise der dazugehörigen Haltevorrichtung 20 aufliegt
und die Rauchgasführung 4 dicht verschließt.
Dabei wird gleichzeitig ein Bypass geöffnet, sodass das
Rauchgas von der Brennkammer 2 kommend durch den Beschickungsbereich 3 und
um die Kurzschlussklappe 13 in den zweiten Rauchströmungskanal 8 geleitet
wird. Der erste Rauchströmungskanal 6 sowie der
erste Umlenkbereich 5 werden nicht von Rauchgas durchströmt.
Dadurch wird auch der Katalysator 16 nicht mit strömendem
Rauchgas beaufschlagt, das über den Bypass um den Katalysator 16 in
die Umgebung strömt. Die Rauchgasführung 4,
in der der Katalysator 16 angeordnet ist, ist folglich
vorteilhaft mit einem Bypass ausgebildet, der abhängig
von der Rauchgastemperatur manuell oder motorisch geschlossen oder
geöffnet wird. Die Steuerung von Schließen und Öffnen
wird über die Kurzschlussklappe 13 realisiert.
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Wenn
die Verbrennungsvorrichtung 1 außer Betrieb gestellt
ist, ist die Kurzschlussklappe 13 neben den genannten Endpositionen
während des Betriebs in eine weitere Stellung, die sogenannte
Revisionsstellung, positionierbar, in der die Reinigung und/oder
die Entnahme des Katalysators 16 einfach realisierbar ist.
Nach Öffnen der Beschickungstür 10 ist
der Anschlag 15 der Kurzschlussklappe 13, der nach 2 mittels
Schraubverbindungen mit dem Gehäuse der Verbrennungsvorrichtung 1 verbunden ist,
zu entfernen. Danach lässt sich die Kurzschlussklappe 13 in
Drehrichtung 19 über die ursprüngliche erste
Endposition hinaus bewegen und in die Revisionsstellung verbringen.
Damit wird der Katalysator 16 mit der Haltevorrichtung 20 innerhalb
der Rauchgasführung 4 frei zugänglich.
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Die
mechanische Schließbewegung oder Öffnungsbewegung
des Bypasses beziehungsweise der Rauchgasführung 4 mit
Katalysator 16 wird mittels eines Bedienelementes 17 in
Form eines Bedienhebels 17 umgesetzt.
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Der
an seinem festen Ende über eine mechanische Verbindung
mit der Kurzschlussklappe 13 starr gekoppelte Bedienhebel 17 ragt
seitlich aus der Verbrennungsvorrichtung 1 heraus und wird
in der Ausgestaltung nach 2 durch
Umfassen seines losen Endes manuell bewegt. Da der Bedienhebel 17 in
gleicher Richtung zur Kurzschlussklappe 13 ausgerichtet
ist, ist die Stellung der Kurzschlussklappe 13 auch bei
geschlossener Beschickungstür 10 für eine
Bedienperson von außen sichtbar. Der Bedienhebel 17 steht
senkrecht auf der Drehachse 14 der Kurzschlussklappe 13,
sodass deren Drehbewegung mit geringem Kraftaufwand möglich
ist.
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Der
Bedienhebel 17 ist nach weiteren Ausgestaltungen durch
einen mechanischen oder pneumatischen Energiespeicher beziehungsweise
ein mechanisches oder pneumatisches Vorspannelement, wie ein Federelement
oder eine Gasdruckfeder, vorspannbar ausgebildet. Damit kann nach
Erreichen der Betriebstemperatur des Katalysators 16 ein
geringer mechanischer Auslöseimpuls den gewünschten
Stellvorgang der Kurzschlussklappe 13 und damit das Zuschalten
oder Abschalten der Rauchgasströmung durch den Katalysator 16 bewirkt
werden.
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Die
Bewegung der Kurzschlussklappe 13 erfolgt entweder manuell
mittels des Bedienelementes 17 oder wird durch einen Stellantrieb
veranlasst. Der Antrieb ist dabei als thermohydraulischer Stellantrieb,
als thermomechanischer Stellantrieb, insbesondere in Form eines
Bimetalls, oder als ein motorischer Stellantrieb ausgebildet. Bei
der Ausgestaltung des Kurzschlussklappe 13 in Verbindung
mit einem thermohydraulischen oder thermomechanischen Stellantrieb
ist kein zusätzlicher Sensor notwendig. Bei manuellem Verstellen
des Bedienelementes 17 ist dagegen ein Thermometer beziehungsweise
ein Temperatursensor mit einer Anzeige vorzusehen. Der motorische
Stellantrieb veranlasst die Bewegung der Kurzschlussklappe 13 in
Kombination mit einem Temperatursensor.
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Beim
Anheizvorgang wird das Bedienelement 17 an der Seitenfläche
der Verbrennungsvorrichtung 1 beziehungsweise die Kurzschlussklappe 13 derart
ausgerichtet, dass der Bypass um den Katalysator 16 geöffnet
ist und die Rauchgasströmung durch den Katalysator 16 verhindert
wird. Die Kurzschlussklappe 13 befindet sich in der Bypassstellung.
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Da
beim Anheizvorgang die Temperaturen des Rauchgases noch nicht bis
in den optimalen Betriebsbereich des Katalysators 16 angestiegen
sind, würde das kalte Rauchgas beim Durchströmen
zur Funktionsminderung des Katalysators 16 führen.
Der Abbrand findet während des Anheizvorganges unter Bildung
von Schwefelgasen statt, die den Katalysator 16 zusetzen
würden und damit die Zufuhr ausreichender Verbrennungsluft
verhindern. Es besteht somit die Gefahr, dass der Katalysator 16 durch
Ablagerungen inaktiv wird. Gleichzeitig ist es von großem Vorteil,
dass der Katalysator 16 durch seine Anordnung während
des Anheizvorganges vor der Durchströmung mit Rauchgas
vorwärmbar ist.
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Bei
ausreichend hoher Temperatur des Rauchgasstromes, das heißt
bei Temperaturen oberhalb von 200°C wird das Bedienelement 17 beziehungsweise
die Kurzschlussklappe 13 auf die Stellung „Heizbetrieb” beziehungsweise
in die Betriebsstellung umgelegt. Dabei wird der Bypass um den Katalysator 16 geschlossen
und das gesamte Rauchgas strömt durch den nunmehr zudem
vorgewärmten Katalysator 16.
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Der
Austausch der starren Trennwand 12 aus 1 gegen
die drehbewegliche Kurzschlussklappe 13 zeigt den problemlosen
Umbau herkömmlicher Festbrennstoffkessel 1 in
die erfindungsgemäße Verbrennungsvorrichtung 1,
bei der die Rauchgasführung 4 nunmehr zudem mit
einem Katalysator 16 ausgebildet ist. Die die Rauchgasführung 4 begrenzenden
Flächen der Wärmeübertrager 9a, 9b sowie
die seitlichen und oberen Begrenzungen der Verbrennungsvorrichtung 1 bleiben
unverändert.
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Auch
die je nach verwendetem Brennstoff in regelmäßigen
Zeitabständen durchzuführende Reinigung und Überprüfung
der Verbrennungsvorrichtung 1 ist ebenso wie das Nachrüsten
herkömmlicher Festbrennstoffkessel 1 einfach möglich.
Nach dem Öffnen der Beschickungstür 10,
dem Lösen des Anschlages 15 der Kurzschlussklappe 13 sowie
dem Bewegen der Kurzschlussklappe 13 in Revisionsstellung
und dem anschließenden Lösen von Befestigungen
ist der Katalysator 16 entnehmbar und kann außerhalb
der Verbrennungsvorrichtung 1 gereinigt werden, wobei unter
Reinigung insbesondere Abfegen und/oder Absaugen zu verstehen ist.
Durch den vorteilhaften Einbau im durch die Beschickungstür 10 sehr
gut zugänglichen Übergang vom Beschickungsbereich 3 in
den Umlenkbereich 7 beziehungsweise die Rauchgasführung 4 ist
nicht nur die Entnahme und der Einbau des Katalysators 16 zur
Reinigung oder zum Nachrüsten sehr einfach.
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Der
Katalysator 16 ist zudem auch im eingebauten Zustand gut
zu reinigen, insbesondere abzusaugen.
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Als
zusätzliche Weiterbildung gegenüber dem Festbrennstoffkessel 1 aus
dem Stand der Technik aus 1 ist die
Verbrennungsvorrichtung 1 in 2 mit einem
Turbolator 18 versehen. Der Turbolator 18 ist
dabei innerhalb des ersten Rauchgasströmungskanals 6 angeordnet
und aus abgewinkelten Lochblechen ausgebildet. Die regelmäßige
Anordnung der Durchbrüche innerhalb des Bleches ermöglicht
eine Rauchgasströmung ohne nennenswerten Anstieg der Druckverluste
bei guter Verwirbelung des Rauchgasstromes. Die Verwirbelung des
Rauchgases erhöht den Wärmeübergang vom
Rauchgas an das Fluid im Wärmeübertrager 9a, 9b.
Zudem ist das Lochblech an den abgewinkelten Kanten wärmeleitend
mit den Längsseiten der Wärmeübertrager 9a, 9b verbunden,
sodass das Lochblech außerdem als Rippen ausgebildet ist
und damit die Wärmeübertragungsfläche
vergrößert wird. Beide Effekte, sowohl die Verwirbelung
des Rauchgasstromes beim Durchströmen der Durchbrüche
als Stolperkanten als auch die wärmeleitende Verbindung
des Lochbleches mit den Wärmeübertragern 9a, 9b erhöhen
die Effizienz des Wärmeübertragungsvorganges der
Verbrennungseinrichtung 1.
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In
den 3a, 3b und 4 wird in Analogie
zu 2 die Verbrennungsvorrichtung 1 mit einem
Katalysator 16 und einem Rauchgasklappschieber 21 (3a, 3b)
beziehungsweise einem Rauchgasschieber 23 (4)
anstelle einer Kurzschlussklappe 13 als Rauchgasleiteinrichtung innerhalb
der Rauchgasführung 4 dargestellt. Im Folgenden
werden im Wesentlichen die Unterschiede zur Ausgestaltung nach 2 beschrieben.
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Ähnlich
der in 2 gezeigten Ausgestaltung der Verbrennungsvorrichtung 1 ist
der Katalysator 16 in den Anordnungen nach den 3a, 3b und 4 in
Strömungsrichtung des Rauchgases nach dem ersten Rauchgasströmungskanal 6 nunmehr
innerhalb des zweiten Umlenkbereichs 7 angeordnet. Im Gegensatz
zur Ausgestaltung nach 2 grenzt der sich in Höhe
des Scheitelpunktes des Umlenkbereiches 7 befindliche Katalysator 16 mit
einer Schmalseite an der Schmalseite des Wärmeübertragers 9b an
und ist horizontal ausgerichtet.
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Der
Katalysator 16 ist wiederum in der Haltevorrichtung 20 gehaltert,
in welcher er während der Montage fixiert wird.
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Anstelle
der Kurzschlussklappe 13 ist die Verbrennungsvorrichtung 1 in
den 3a, 3b mit einem um die horizontal
ausgerichtete Drehachse 14 drehbeweglichen Rauchgasklappschieber 21 als Rauchgasleiteinrichtung
ausgebildet. Der Rauchgasklappschieber 21 weist die Form
eines abgewinkelten Bleches, bestehend aus zwei ebenen Platten beziehungsweise
Blechbereichen, auf. Die ebenen Platten stehen dabei senkrecht,
das heißt in einem Winkel von 90°, zueinander.
Die Drehachse 14 ist einerseits an einer Längsseite
des Rauchgasklappschiebers 21 und andererseits im Beschickungsbereich 3 der
Verbrennungsvorrichtung 1 angeordnet. Eine der Platten
ist mit einer Längsseite somit mit der Verbrennungsvorrichtung 1 im
Bereich der Drehachse 14 verbunden, während die
zweite ebene Platte eine freie Längsseite aufweist.
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Der
Rauchgasklappschieber 21 ist wiederum zwischen zwei Endpositionen
und in einem vorgegebenen Bereich um die Drehachse 14 beweglich
ausgebildet.
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Wie 3a zu
entnehmen ist, liegt der Rauchgasklappschieber 21 innerhalb
der ersten Endposition, der Betriebsstellung, an der Beschickungstür 10 an
und verschließt den Bypass um den Katalysator 16.
Das Rauchgas strömt durch den Katalysator 16 hindurch.
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Durch
die Drehbewegung in Drehrichtung 22 um die Drehachse 14 wird
der Rauchgasklappschieber 21 in die zweite Endposition überführt,
in der der Rauchgasklappschieber 21 auf dem Katalysator 16 beziehungsweise
der Haltevorrichtung 20 aufliegt und die Rauchgasführung 4 verschließt.
Die zweite Endposition des Rauchgasklappschiebers 21, die Bypassstellung,
wird in 3b gezeigt. Während
der Drehbewegung wird die das freie Ende aufweisende, abgewinkelte
Platte über den Katalysator 16 geschoben. Aus
diesem Grund wird die derart ausgebildete Rauchgasleiteinrichtung
als Rauchgasklappschieber 21 bezeichnet.
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In
der zweiten Endposition ist der Bypass um den Katalysator 16 geöffnet.
Das Rauchgas strömt ausgehend von der Brennkammer 2 durch
den Beschickungsbereich 3 um den Rauchgasklappschieber 21 und
am Katalysator 16 vorbei in den zweiten Rauchströmungskanal 8,
sodass der erste Rauchströmungskanal 6 sowie der
erste Umlenkbereich 5 nicht von Rauchgas durchströmt
werden. Der Katalysator 16 wird nicht mit strömendem
Rauchgas beaufschlagt. Der Rauchgasklappschieber 21 wird
abhängig von der Rauchgastemperatur manuell oder motorisch
bewegt, wobei die Steuerung der Bewegung das Schließen
und Öffnen des Bypasses realisiert.
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In
Revisionsstellung zur Reinigung und/oder die Entnahme des Katalysators 16 wird
der Rauchgasklappschieber 21 nach Öffnen der Beschickungstür 10 nach
unten gedreht, das heißt in Drehrichtung 22 über
die ursprüngliche erste Endposition hinaus bewegt. Damit
wird der Katalysator 16 mit der Haltevorrichtung 20 innerhalb
der Rauchgasführung 4 von außen frei
zugänglich.
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Die
Verbrennungsvorrichtung 1 in 4 ist anstelle
der Kurzschlussklappe 13 oder dem Rauchgasklappschieber 21 mit
einem in einer Ebene verschiebbaren Rauchgasschieber 23 als
Rauchgasleiteinrichtung in Form eines geraden Bleches ausgebildet.
Der Rauchgasschieber 23 ist wiederum zwischen zwei Endpositionen
beweglich ausgebildet.
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In 4 ist
der Rauchgasschieber 23 in der zweiten Endposition, der
Bypassstellung, gezeigt. Durch Verschieben in Bewegungsrichtung 24 wird der
Rauchgasschieber 23 in die Betriebsstellung überführt,
in der der Rauchgasschieber 23 einerseits an der Beschickungstür 10 und
andererseits am Rand des Katalysators 16, den Katalysator 16 freigebend
und den Bypass um den Katalysator 16 verschließend,
anliegt, sodass das Rauchgas durch den Katalysator 16 hindurchströmt.
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In
Bypassstellung liegt der Rauchgasschieber 23, ebenso wie
der Rauchgasklappschieber 21 aus 3b, auf
dem Katalysator 16 beziehungsweise der Haltevorrichtung 20 auf
und verschließt die Rauchgasführung 4.
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Auch
der Rauchgasschieber 23 wird abhängig von der
Rauchgastemperatur manuell oder motorisch zwischen den Endpositionen
bewegt.
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Zur
Reinigung und/oder der Entnahme des Katalysators 16 wird
der Rauchgasschieber 23 nach dem Öffnen der Beschickungstür 10 in
Revisionsstellung verbracht, das heißt nach der Bewegung
in die Bypasstellung über die ursprüngliche zweite
Endposition hinaus bewegt. Der Rauchgasschieber 23 ist
in dieser Revisionsstellung innerhalb des zweiten Rauchgasströmungskanals 8 angeordnet.
Alternativ ist der Rauchgasschieber 23 nach dem Bewegen
in die erste Endposition, die Betriebsstellung, durch die geöffnete
Beschickungstür 10 entnehmbar. Damit wird der
Katalysator 16 mit der Haltevorrichtung 20 innerhalb
der Rauchgasführung 4 jeweils von außen frei
zugänglich.
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Die
mechanischen Bewegungen des Rauchgasklappschiebers 21 oder
des Rauchgasschiebers 23 werden, wie die Bewegung der Kurzschlussklappe 13 aus 2,
mittels eines nicht dargestellten Bedienelementes 17, welches
seitlich aus der Verbrennungsvorrichtung 1 herausragt, übertragen.
Allerdings wird der Bedienhebel bei der Ausgestaltung nach 4 im
Gegensatz zu den Ausgestaltungen nach den 2 und 3a, 3b nicht
um die Drehachse 14 gedreht, sondern in Richtung der Bewegungsrichtung 24 verschoben.
An der Position des Bedienhebels 17 ist dabei die Stellung
des Rauchgasschiebers 23 auch bei geschlossener Beschickungstür 10 für
eine Bedienperson von außen gut sichtbar.
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Die
Ausgestaltungen der Antriebselemente sind den Ausführungen
zu 2 zu entnehmen. Auch die Reinigung und die Überprüfung
der Verbrennungsvorrichtung 1 ist ebenso wie das Nachrüsten
herkömmlicher Festbrennstoffkessel 1 mit einem Katalysator 16 sowie
dem Austausch der starren Trennwand 12 aus 1 gegen
den drehbeweglich ausgebildeten Rauchgasklappschieber 21 oder
den verschiebbaren Rauchgasschieber 23 einfach möglich.
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- 1
- Verbrennungsvorrichtung,
Festbrennstoffkessel
- 2
- Brennkammer
- 3
- Beschickungsbereich,
Füllbereich
- 4
- Rauchgasführung
- 5
- erster
Umlenkbereich
- 6
- erster
Rauchgasströmungskanal
- 7
- zweiter
Umlenkbereich
- 8
- zweiter
Rauchgasströmungskanal
- 9,
9a, 9b
- Wärmeübertrager
- 10
- Fülltür,
Beschickungstür
- 11
- Feuerrost
- 12
- Trennwand
- 13
- Rauchgasleiteinrichtung,
Kurzschlussklappe
- 14
- Drehachse
- 15
- Anschlag
- 16
- Katalysator
- 17
- Bedienelement,
Bedienhebel
- 18
- Turbolator
- 19
- Drehrichtung
der Kurzschlussklappe
- 20
- Haltevorrichtung
- 21
- Rauchgasleiteinrichtung,
Rauchgasklappschieber
- 22
- Drehrichtung
des Rauchgasklappschiebers
- 23
- Rauchgasleiteinrichtung,
Rauchgasschieber
- 24
- Bewegungsrichtung
des Rauchgasklappschiebers
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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