DE202014103421U1

DE202014103421U1 - Heizkessel für Festbrennstoffe

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Publication number: DE202014103421U1
Application number: DE202014103421.8U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-07-24
Filing date: 2014-07-24
Publication date: 2014-08-06
Anticipated expiration: 2024-07-25

Abstract

Heizkessel, insbesondere für Festbrennstoffe, bestehend aus einem Gehäuse (1) mit einem eine regelbare Primärluftzufuhr (9) aufweisenden Brennstoff-Füllraum (3) mit einer ersten Vergasungs-und Brennzone, unter der, durch einen Rost (11) abgeteilt, ein von außen zugänglicher Aschfallsammelraum (13) angeordnet ist und einer sekundären Brennzone (15) dadurch gekennzeichnet, 1.1. dass die erste Vergasungs- und Brennzone oberhalb des Rostes (11) nach hinten von einer ersten Trennwand (6a, 10) begrenzt wird, die im unteren Teil aus einem Schamottekörper (10) und oberhalb des Schamottekörpers (10) durch eine Wassertasche (6a), die sich bis an die Oberseite des Gehäuses (1) erstreckt, gebildet ist, 1.2. dass hinter der ersten Trennwand (6a, 10) eine sekundäre Brennzone (15) angeordnet ist, die über einen Flammenkanal (14), der oberhalb des Rostes (11) und unterhalb der Trennwand (6a, 10) mit der ersten Vergasungs- und Brennzone verbunden ist, 1.2.1. dass die eine sekundäre Brennzone (15) in ihrem aus Schamotte gebildeten Boden eine Tertiärluftzuführungsöffnung (20) besitzt, 1.2.2. zu der ein Zuluftkanal führt, der über eine Tertiärzuluftklappe (7) in Abhängigkeit vom CO-Gehalt der Abluft geregelt ist, 1.3. dass hinter der sekundären Brennzone (15), von dieser durch eine weitere Wassertasche (6b) abgetrennt, eine Nachbrennzone (17) angeordnet ist, die oberhalb der Wassertasche (6b) mit der sekundären Brennzone (15) und im unteren Bereich mit einer Beruhigungskammmer (16) in Verbindung steht, 1.4. dass die Beruhigungskammer (16) an der Rückseite des Heizkessels angeordnet ist, 1.4.1. und im Inneren ein waagerecht gelagertes, gelochtes oder mit Schlitzen versehenes Prallblech (19) aufweist, 1.4.1.1. das oberhalb der Abgasaustrittsöffnung (21) angeordnet ist, 1.4.2. dass die Beruhigungskammer (16) an ihrer Oberseite einen Anschlussstutzen (5) für die Abgasableitung aufweist, unterhalb derer ein Gebläse (4) so angeordnet ist, dass das zur Abgasableitung strömende Abgas damit in Abhängigkeit vom Zug des Schornsteins beschleunigt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft einen Heizkessel für Festbrennstoffe, insbesondere für Holz, entsprechend dem Oberbegriff des Hauptanspruchs und ist geeignet, den Wirkungsgrad von Heizkesseln, in denen Holz oder ähnliche Brennstoffe mit langer Flammenausbildung verbrannt werden, zu verbessern. Gleichzeitig wird durch die Erfindung die Bildung von Ruß und anderen Feinstaubpartikeln wesentlich eingeschränkt, so dass die in den nächsten Jahren in Kraft tretenden Normen unterboten werden können.
Holz und andere Bio-Festbrennstoffe gasen bei der Erhitzung sehr stark aus und bilden damit eine lange Flamme. Bei ungenügender Sauerstoffzufuhr oder starker Abkühlung der Flamme kommt es dabei vielfach zur Rußbildung. Eine Erhöhung der Luftzufuhr über den Brennraum führt dazu, dass der Glutanteil des Brennstoffes noch stärker erhitzt wird, wodurch die Ausgasung der noch nicht durchgekohlten Anteile noch mehr verstärkt wird.
Aus diesem Grunde wurde in der als gattungsbildend anzusehenden DE 10 2006 009 335 A1 bereits ein Heizkessel, insbesondere für Bio-Festbrennstoffe vorgeschlagen. Dieser Heizkessel besteht aus einem Gehäuse mit einem oberen, eine Primärluftzufuhr aufweisenden Brennstoff-Füllraum, unter dem, durch einen Zwischenboden abgeteilt, ein von außen zugänglicher Aschfallsammelraum mit Rauchgasabzug angeordnet ist. Im Zwischenboden ist eine mit Sekundärluftzuführung versehene und zum Aschfallsammelraum führende Vergasungs- und Brennzone angeordnet. Nach der Erfindung ist die im Zwischenboden befindliche Vergasungs- und Brennzone in Form eines füllraumseitig mit einem Rost abgedeckten, zentrisch im Zwischenboden angeordneten Fallstromschachtes ausgebildet, dessen Wandung die Sekundärluftzuführung enthält. Von dessen unterem Ende aus geht ein im Wesentlichen quer zur Achse des Fallstromschachtes orientierter, in den Aschfallsammelraum ausmündender Ausbrandkanal ab.
Eine derartige Sekundärluftzuführung ist teilweise auch bei üblichen Heizkesseln zu finden, bei denen eine Luftklappe in der Klappe für die Ascheentnahme eingebaut ist.
Indem durch diese Luftklappe zusätzliche Luft eingeleitet wird, die nicht durch das Glutbett streicht, kann der Wirkungsgrad des Kessels beachtlich verbessert werden. Sobald sich ein solcher Kessel jedoch seiner Leistungsgrenze nähert, ist eine unvollständige Verbrennung, die mit einer Rußbildung und somit einem Feinstaubausstoß einhergeht, unvermeidbar. Als Verbesserung wurde bereits in der DE 20 2008 000 034 U1 vorgeschlagen, eine Nachbrennzone einzufügen, in der über eine gesonderte Luftzuführung erwärmte Frischluft zugemischt werden kann. Eine Strahlplatte, die einen Teil des wassergekühlten Rosts überdeckt, verhindert, dass die Flamme bis zum Erreichen der Nachbrennzone durch direkte Wärmeabgabe an diesen Rost so weit abgekühlt wird, dass die Gase nicht mehr mit dem Sauerstoff aus der über die Tertiärluftzufuhr eingeleiteten Luft reagieren können.
Nachteilig ist hierbei, dass insbesondere in der Anheizphase die Verbrennung nicht optimal ist und dass die Feinstaubemissionswerte bei einigen Brennstoffen nahe dem zulässigen Grenzbereich liegen.
Aufgabe der Erfindung ist es somit, einen Heizkessel für Bio-Festbrennstoffe, insbesondere für Holz, vorzuschlagen, der sowohl in der Anheizphase als auch bei Erreichung seiner Leistungsgrenze eine vollständige Verbrennung erlaubt, die Feistaubemission weiter senkt und somit einen optimalen Wirkungsgrad hat.
Ein erfindungsgemäßer Heizkessel, insbesondere für Festbrennstoffe, besteht aus einem Gehäuse (1), das einen wassergefüllten Mantel (2) umschließt.
Der Brennstoff-Füllraum (3) befindet sich im vorderen Teil des Kessels und ist nach hinten durch eine wassergefüllte Zwischenwand (6a) und nach unten durch einen Rost (11) abgeschlossen. In dem Brennstoff-Füllraum (3) mit regelbarer Primärluftzufuhr (9) befindet sich eine erste Vergasungs- und Brennzone.
Unter dieser ist, durch einen Rost (11) abgeteilt, ein von außen zugänglicher Aschfallsammelraum (13) angeordnet. Dieser Rost (11) wird vorzugsweise als Drehrost ausgebildet.
Hinter der wassergefüllten Zwischenwand (6a) ist eine zweite wassergefüllte Zwischenwand (6b) parallel zu dieser angeordnet. Der Zwischenraum zwischen beiden wassergefüllten Zwischenwänden (6a/b) ist teilweise mit Schamotte ausgekleidet und bildet eine sich senkrecht erstreckende sekundäre Brennzone (15).
Wie vielfach bei Heizkesseln üblich, sind die Primärluftzufuhr (9) und Sekundärluftzufuhr (12a) als regelbare Klappen in die Brennstoffzuführklappe (8) und die Ascheaustragstür (12) integriert.
Die Tertiärluftzufuhr (7, 20) besteht aus einem oder mehreren Führungskanälen (24) und einer oder mehreren Einströmöffnungen (20).
Ein Führungskanal (24) kann einen rechteckigen Querschnitt aufweisen oder aus einer Anzahl von Röhren bestehen, von einer Öffnung in der Rückwand ausgehen und sich bis in die Nähe der Einströmöffnungen (20) erstrecken.
Diese Einströmöffnungen (20) sind als Schlitz oder kreisförmige Öffnungen in den Schamotteplatten (10) ausgebildet, die die sekundäre Brennzone (15) auskleiden. Sie werden vorteilhaft in der Nähe des Flammenkanals (14) vom Brennstoff-Füllraum (3) zur Nachbrennzone (15) angeordnet.
Zur Regulierung des Schornsteinzuges, insbesondere in der Anheizphase, ist in der Nähe des Anschlussstutzens (5) ein Gebläse (4) vorgesehen, das in Abhängigkeit vom Schornsteinzug gesteuert wird. Beim Erreichen eines ausreichend hohen Soges durch den Schornstein wir dieses Gebläse (4) abgeschaltet.
Hinter der sekundären Brennzone (15) ist eine Nachbrennzone (17) angeordnet, die von dieser durch eine weitere Wassertasche (6b) abgetrennt ist. Diese steht oberhalb der Wassertasche (6b) mit der sekundären Brennzone (15) und im unteren Bereich mit einer Beruhigungskammmer (16) in Verbindung.
Schließlich ist an der Rückseite des Heizkessels eine Beruhigungskammer (16) angeordnet. Im Inneren dieser Beruhigungskammer (16) befindet sich oberhalb der Abgasaustrittsöffnung (21) ein waagerecht gelagertes, gelochtes oder mit Schlitzen versehenes Prallblech (19).
Diese Beruhigungskammer (16) hat an ihrer Oberseite einen Anschlussstutzen (5) für die Abgasableitung.
Unter den Anschlussstutzen (5) ist ein Gebläse (4) so angeordnet, dass das zur Abgasableitung strömende Abgas damit in Abhängigkeit vom Zug des Schornsteins beschleunigt werden kann. Dieses Gebläse (4) wird beim Anheizen des Kessels eingeschaltet und mit der Zunahme des Zuges heruntergeregelt.
Das Gehäuse (1) des Heizkessels umschließt einen wassergefüllten Mantel (2).
Bei dem Heizkessel sind die Primärluftzufuhr (9) und Sekundärluftzufuhr als regelbare Klappen (8, 12a) in die Brennstoffzuführklappe (8) und die Ascheaustragstür (12) integriert.
Die Tertiärluftzufuhr (7, 20) besteht aus einer Tertiärzuluftklappe (7) und einer oder mehreren Tertiärluftzuführungsöffnungen (20). Dabei wird die Tertiärzuluftklappe (7) mit einer λ-Sonde (18), die sich im Abluftbereich befindet, gesteuert.
Zur Kontrolle der Verbrennung in der sekundären Brennzone (15) ist im Gehäuse (1) oberhalb der sekundären Brennzone (15) ein Kontrollfenster (22) eingefügt.
Für die Reinigung der Beruhigungskammmer (16) ist vorzugsweise die Rückwand der Beruhigungskammmer (16) als Reinigungsklappe (23) ausgebildet.
Die Erfindung soll im Folgenden anhand der Zeichnung 1 durch ein Ausführungsbeispiel erläutert werden. Dabei zeigt
1 einen senkrechten Querschnitt durch einen erfindungsgemäß ausgestalteten Heizkessel.
Ein erfindungsgemäßer Heizkessel, insbesondere für Festbrennstoffe, besteht aus einem Gehäuse 1, das einen wassergefüllten Mantel 2 umschließt.
In einen oberen Brennstoff-Füllraum 3 mit einer regelbaren Primärluftzufuhr 9 werden die stückigen Brennstoffe eingefüllt und in der ersten Vergasungs- und Brennzone verbrannt.
Dabei liegen die Brennstoffe auf einem Rost 11 auf.
Die Asche fällt anschließend durch den Rost 11 in einen von außen zugänglichen Aschfallsammelraum 13.
Diese erste Vergasungs- und Brennzone wird oberhalb des Rostes 11 nach hinten von einer ersten Trennwand 6a/10 begrenzt. Diese Trennwand ist im unteren Teil aus einem Schamottekörper 10 und oberhalb des Schamottekörpers 10 durch eine Wassertasche 6a gebildet, wobei sich die Wassertasche 6a bis an die Oberseite des Gehäuses 1 erstreckt.
Hinter dieser ersten Trennwand 6a/10 ist die sekundäre Brennzone 15 angeordnet, die über einen Flammenkanal 14, der oberhalb des Rostes 11 und unterhalb der Trennwand 6a/10 verläuft und mit der ersten Vergasungs- und Brennzone verbunden ist. In dieser sekundären Brennzone 15 wird der Flamme durch eine Tertiärluftzuführungsöffnung 20 in ihrem aus Schamotte gebildeten Boden zusätzliche Luft zugeführt, sodass in der ersten Vergasungs- und Brennzone entstehendes Kohlenmonoxid vollständig umgesetzt wird. Dazu wird die Zuluftmenge über eine Tertiärzuluftklappe 7 in Abhängigkeit vom CO-Gehalt der Abluft geregelt.
In einer Nachbrennzone 17, die hinter der sekundären Brennzone 15 angeordnet und von dieser durch eine weitere Wassertasche 6b abgetrennt ist, verbrennen die letzten Gase und Rußpartikel vollständig. Diese Nachbrennzone 17 steht oberhalb der Wassertasche 6b mit der sekundären Brennzone 15 und im unteren Bereich mit einer Beruhigungskammmer 16 in Verbindung.
In der Beruhigungskammer 16, die an der Rückseite des Heizkessels angeordnet ist, werden die Abgase soweit abgebremst, dass bis dahin mitgeführte Feinstaubpartikel ausfallen können. Dazu ist im Inneren ein waagerecht gelagertes, gelochtes oder mit Schlitzen versehenes Prallblech 19 vorhanden, das oberhalb der Abgasaustrittsöffnung 21 angeordnet ist.
An der Oberseite der Beruhigungskammer 16 befindet sich der Anschlussstutzen 5 für die Abgasableitung. Unterhalb des Anschlussstutzens 5 ist ein Gebläse 4 so angeordnet, dass das zur Abgasableitung strömende Abgas damit in Abhängigkeit vom Zug des Schornsteins, insbesondere in der Anheizphase, beschleunigt werden kann.
In einem so ausgestalteten Heizkessel werden in der Nachbrennzone 17 Temperaturen über 1000 °C erreicht, wodurch die Rußbildung vollständig unterbunden werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2: Mantel
3: Brennstoff-Füllraum
4: Gebläse
5: Anschlussstutzen
6a: Wassertasche
6b: Wassertasche
7: Tertiärzuluftklappe
8: Brennstoffzuführklappe
9: Primärluftzufuhr
10: Schamottekörper
11: Rost
12a: Sekundärluftzufuhr
12: Ascheaustragstür
13: Aschfallsammelraum
14: Flammenkanal
15: Sekundäre Brennzone
16: Beruhigungskammmer
17: Nachbrennzone
18: λ-Sonde
19: Prallblech
21: Abgasaustrittsöffnung
20: Einströmöffnung
22: Kontrollfenster
23: Reinigungsklappe
24: Führungskanal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006009335 A1 [0003]
DE 202008000034 U1 [0005]

Claims

Heizkessel, insbesondere für Festbrennstoffe, bestehend aus einem Gehäuse (1) mit einem eine regelbare Primärluftzufuhr (9) aufweisenden Brennstoff-Füllraum (3) mit einer ersten Vergasungs-und Brennzone, unter der, durch einen Rost (11) abgeteilt, ein von außen zugänglicher Aschfallsammelraum (13) angeordnet ist und einer sekundären Brennzone (15) dadurch gekennzeichnet, 1.1. dass die erste Vergasungs- und Brennzone oberhalb des Rostes (11) nach hinten von einer ersten Trennwand (6a, 10) begrenzt wird, die im unteren Teil aus einem Schamottekörper (10) und oberhalb des Schamottekörpers (10) durch eine Wassertasche (6a), die sich bis an die Oberseite des Gehäuses (1) erstreckt, gebildet ist, 1.2. dass hinter der ersten Trennwand (6a, 10) eine sekundäre Brennzone (15) angeordnet ist, die über einen Flammenkanal (14), der oberhalb des Rostes (11) und unterhalb der Trennwand (6a, 10) mit der ersten Vergasungs- und Brennzone verbunden ist, 1.2.1. dass die eine sekundäre Brennzone (15) in ihrem aus Schamotte gebildeten Boden eine Tertiärluftzuführungsöffnung (20) besitzt, 1.2.2. zu der ein Zuluftkanal führt, der über eine Tertiärzuluftklappe (7) in Abhängigkeit vom CO-Gehalt der Abluft geregelt ist, 1.3. dass hinter der sekundären Brennzone (15), von dieser durch eine weitere Wassertasche (6b) abgetrennt, eine Nachbrennzone (17) angeordnet ist, die oberhalb der Wassertasche (6b) mit der sekundären Brennzone (15) und im unteren Bereich mit einer Beruhigungskammmer (16) in Verbindung steht, 1.4. dass die Beruhigungskammer (16) an der Rückseite des Heizkessels angeordnet ist, 1.4.1. und im Inneren ein waagerecht gelagertes, gelochtes oder mit Schlitzen versehenes Prallblech (19) aufweist, 1.4.1.1. das oberhalb der Abgasaustrittsöffnung (21) angeordnet ist, 1.4.2. dass die Beruhigungskammer (16) an ihrer Oberseite einen Anschlussstutzen (5) für die Abgasableitung aufweist, unterhalb derer ein Gebläse (4) so angeordnet ist, dass das zur Abgasableitung strömende Abgas damit in Abhängigkeit vom Zug des Schornsteins beschleunigt werden kann.
Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) einen wassergefüllten Mantel (2) umschließt.
Heizkessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rost (11) als Drehrost ausgebildet ist.
Heizkessel nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärluftzufuhr (9) und Sekundärluftzufuhr als regelbare Klappen (8, 12a) in die Brennstoffzuführklappe (8) und die Ascheaustragstür (12) integriert sind.
Heizkessel nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tertiärluftzufuhr (7, 20) aus einer Tertiärzuluftklappe (7) und einer oder mehreren Tertiärluftzuführungsöffnungen (20) besteht und dass die Tertiärzuluftklappe (7) mit einer λ-Sonde (18), die im Abluftbereich angeordnet ist, gesteuert ist.
Heizkessel nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (1) oberhalb der sekundären Brennzone (15) ein Kontrollfenster (22) eingefügt ist.
Heizkessel nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückwand der Beruhigungskammmer (16) als Reinigungsklappe (23) ausgebildet ist.