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Gegenstand: Brennkammer für Späneheizanlagen
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angemeldet am: Unionspriorität: Österreich (A), 1977 06 14; 4167/77
Druckschriften, die zur Abgrenzung vom Stand der Technik in Betracht gezogen wurden:
A2-PS 265 487 DE-GM 7 608 646 Mawera-Prospekt (Ho chtemp eratur-Flugverbrennung)
Die
Erfindung bezieht sich auf eine Brennkammer für Späneheizanlagen mit einer Späneeinblaseinrichtung,
deren Austrittsmündung im bodennahen Bereich der Brennkammer angeordnet ist und
die Brennkammer eine Brennkammerdecke aufweist, auf welcher ein Wärmetauscher angeordnet
ist und für den Durchtritt der Heizgase aus der Brennkammer in den Wärmetauscher
eine Gasdurchtrittsöffnung in der Brennkamerdecke vorgesehen ist, welche derjenigen
Seitenwand der BrennImmer benachbart ist, an oder in der die Austrittsmündung der
Späneblaseinrichtung vorgesehen ist.
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Es ist ein Feststoffheizkessel zur Befeuerung mit Spänen bekannt.
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Der Feuerraum dieses Kessels hat an zwei einander gegenüberliegenden
Seiten gewölbte Kammerwände, um eine Umlenkung zu erzielen und in die Feuerkammer
mündet etwa tangential ein Kanal zur Zuführung der Späne. Die Späne werden dabei
mit Luft eingeblasen, wodurch für eine ausreichende Sauerstoffzufuhr gesorgt ist.
Die Feuerkammer kann dabei so ausgestaltet sein, daß die gewölbten Wandungen entweder
horizontal oder vertikal stehen. Unabhängig von der relativen Lagendieser gewölbten
Wandteile ist die Feuerkammer gegen den Kessel hin praktisch zur Gänze offen, so
daß die Rauchgase nicht nur unmittelbar, sondern darüberhinaus auch mit hohem Festkörperanteil
aus dieser Beuerkammer in den Feuerraum des Kessels und von hier in den Schornstein
gelangen. Eine solche Anlage kann nur mit geeigneten Staubabscheidern betrieben
werde damit die gesetzlich zulässigen Werte hinsichtlich der
Bestkörperanteile
im Rauchgas nicht überschritten werden. Diese liegen zur Zeit bei 300 Milligramm
pro Normkubikmeter Rauchgas, wobei sich auch hier von Seiten des Gesetzgebers eine
Tendenz bereits abzeichnet, diese Werte noch weiter zu reduzieren. Die Erfindung
zielt nun darauf ab, die in solchen Wirbelkammern sich voll ziehende Verbrennung
zu verbessern und damit den Wirkungsgrad der Brennkaimer zu erhöhen. Die Verbrennung
kann dadurch verbessert werden, daß der Anteil der nicht oder nur unvollständig
verbrannten Teilchen möglichst klein gehalten wird und daß die Temperatur in der
Brennkammer selbst erhöht wird.
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Zur Erreichung dieses Zieles wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß
die Brennkammerdecke vor ihrem Ubergang in die Gasdurchtrittsöffnung durch eine
abfallende Schürze nach unten gezogen ist. Zweckmäßigerweise ist die Höhe dieser
Schürze ca. 5 bis 15 % der inneren Höhe der Brennkammer, vorzugsweise jedoch 8 bis
10 %. Durch diese baulich relativ einfache Maßnahme werden, wie Versuche zeigen,
überraschende Vorteile erzielt. Der von unten nach oben strömende Teilchenfluß wird
durch die nach unten gezogene Schürze abgelenkt und führt die noch spezifisch schweren,
unvollständig oder gar unverbrannten Teilchen zurück in die heiße Brennzone, wogegen
die bereits verbrannten, leichten Aschenteilchen durch die Öffnung in der Decke
der Brennkammer nach oben abgezogen werden und zusammen mit den heißen Brenngasen
in den Wärmetauscher gelangen. Durch die herabgezogene Schürze wird -terner ein
Wärmestau in der Brennksmmer erzielt, wohl bedingt durch dievlaeXei yg2 zeit der
heißen Brenngase,
wodurch wiederum die Temperatur in der Brennkammer
beträchtlich erhöht werden kann. Wurde bei Brennkammern der bisherigen Bauart Gempera'aren
von ca. 700 Grad gemessen, so konnte durch die erfindungsgemäße Maßnahme die Temperatur
um ca. 1500, also auf 8500 gesteigert werden. Der Nutzungsgrad der Brennkammer steigt
dadurch ganz erheblich an. Ferner ist hier noch darauf hinzuweisen, daß mit der
erfindungsgemäßen Maßnahme allein ohne zusätzliche Staubabscheider die gesetzlich
vorgeschriebenen, oben angeführten Werte hinsichtlich des Staubanteiles im Rauchgas
nicht nur ohne Mühe erreicht, sondern ganz erheblich unterboten werden. Unter Berücksichtigung
der hohen Auflagen, die zur Schonung der so gefährdeten Umwelt zu berücksichtigen
sind und unter Berücksichtigung der Tatsache, daß Staubabscheider, wie sie von der
Technik angeboten werden, einen erheblichen Investitions-, Betriebs- und EnergieauSwand
erfordern, bildet die erfindungsgemäß beanspruchte Maßnahme einen außerordentlich
großen und für den Fachmann zwifelsohne nicht zu erweartenden technischen Fortschritt,
der mit einer relativ einfaden Einrichtung erzielbar ist, die darüberhinaus für
einen Betrieb keinen Aufwand erfordert.
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Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher beschrieben und
erläutert. Es zeigen: Die Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Späneheizkessel
mit Flugverbrennung und die Fig. 2 eine Ansicht, teilweise im Schnitt; die Fig.
3, 4 und 5 zeigen Längsschnitte durch je einen Späneheizkessel mit Flugverbrennung
und mit jeweils unterschiedlicher Gestaltung der
Brennkammer. In
den Zeichnungen sind gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern ausgestatet, welchen
jeweils zur Unterscheidung ein Indexstrich hinzugefügt wurde.
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Der Spänehexzkessel mit Flugverbrennung nach den Fig. 1 und 2 besteht
aus der eigentlichen Brennkammer 1 und den auf dieser Brennkammer angeordneten Wärmetauscher
2. Die Brennkammer 1 besitzt an ihrer einen Stirnseite 3 eine Aschentüre 4. Unterhalb
dieser Aschentüre 4 mündet die Späneeinblasleitung 5 in die Brennkammer. Die Späneeinblasleitung
5 führt zu einem Spänevorratsbehälter und einer Spänedosiereinrichtung, die hier
jedoch nicht dargestellt sind. Die Zündung 6 der Späneeinblasleitung 5 ist gegen
den Boden 7 der Brennkammer 1 gerichtet. Dieser Boden 7 steigt nach hinten an, geht
in den vertikalen Wandabschnitt 8 über, an die die Brennkammerdecke 9 anschließt.
Oberhalb der Einblasmündung 6 ist in dieser Decke 9 eine Durchtrittsöffnung 10 für
den Durchtritt der heißen Rauchgase vorgesehen, die beim Betrieb des Kessels durch
diese Öffnung 10 in den eigentlichen Wärmetauscher 2 strömen. Der Fluß der heißen
Rauchgase ist durch die Pfeile 11 angedeutet. Im Wärmetauscher 2 sind Anschlußstutzen
12 und 13 für Wasservorlauf und Wasserrücklauf eingeschweißt. Eine stirnseitig am
Wärmetauscher 2 angeordnete Türe 14 ermöglicht den Zugang zu dem vom Rauchgas durchströmten
Inneren des Wärmetauschers, so daß der Wärmetauscher gereinigt und entrußt werden
kann. Als zusätzliche Heizquelle kann an der
Stirnseite des Wärmetauschers
2 ein Ölbrenner 15 angeflanscht werden. Um Sekundärluft in die Brennkammer einzuführen
ist seitlich der Brennkammer ein zusätzlicher Ventilator 16 angeflanscht, von welchem
aus BuStführungsleitungen in das Innere der Brennkammer führen, diese sind hier
jedoch nicht dargestellt. Der Kessel ist wie bei solchen Anlagen üblich, von einer
Wärmeisolation 17 eingehüllt und von einem Mantel überdeckt.
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Wesentlich für die Erfindung ist nun, daß die Brennkammerdecke 9 (Fig.
1) vor ihrem Ubergang in die Durchtrittsöffnung 10 durch eine Schürze 18 nach unten
gezogen ist. Die Höhe h dieser Schürze 18 beträgt ca. 8 bis 10 % der inneren Höhe
H der Brernikammer. Die Anströmfläche 19 der Schürze 18 ist so geneigt, daß ihre
nach unten verlängert gedachte Ebene den Boden 7 der BreruGkammer schneidet und
diese Schnittlinie vorzugsweise hinter der Mündung 6 der Späneeinblasleitung 5 liegt.
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Dadurch wird vermieden, daß sich Flugasche im Schacht 20 unmittelbar
hinter der Aschentüre 4 ansammelt, der dann beim Öffnen dieser Türe herausfLlen
könnte. Die Schürze 18 ist hier durch die nach unten gezogene Ausmauerung der Brennkammer
gebildet.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig.3 entspricht in allen wesentlichen
Punkten jenem nach Fig. 1. Sind bei der Brennkammer nach
Fig. 1
die einzelnen inneren Wandabschnitt durch im wesentlichen ebene Flächen begrenzt,
so weist die Brennkammer 1' beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 eine bogenförmig
verlaufende Begrenzungswand auf, wie aus Fig. 3 unmittelbar ersichtlich. Die Ausmauerung
der Brennkammer in dieser Form ist zwar aufwendiger als jene nach Fig. 1, doch werden
dadurch die Stromungsverhältnisse günstig beeinflußt, die ja bei einer Hochtemparatur-Blugverbrennung
doch von wesentlicher Bedeutung sind. Durch diese Ausgestaltung der Brennkammer
nach Fig. 3 wird ein besonders intensiver Wirbeleffekt erzielt. Auch hier beim Ausführungsbeispiel
nach Fig. 3 ist die Brennkammerdecke 9' durch eine Schürze 18' nach unten gezogen,
so daß auch bei dieser Ausgestaltung der Brennkammer die eingangs erwähnten Vorteile
erzielt werden können.
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Das Ausfünrungsbeispiel nach Big. 4 ist anstelle einer festen gemauerten
Schürze eine Klappe 18" vorgesehen, die zweckmäßigerweise aus Eisenblech besteht
und welche schwenkbar gelagert wird, so daß sie vnn außen verstellt werden kann.
Die Schürze 18" oder Klappe kann so dem jeweiligen Verbrennungsvorgang optimal angepaßt
werden. Beim Anfahren des Kessels kann beispielsweise die Schürze 18" oder Klappe
völlig umgelegt werden, so daß der innere Strömungswiderstand der Brennkammer verringert
wird, was wiederum den Anheizvorgang begünstigt. Ist der Kessel dann auf seine volle
Betriebstemperatur gefahren, so wird die
Schürze 18" oder Klappe
in diejenige Stellung eingeschwenkt, die den Verbrennungsvorgang optimiert und der
eingangs erläutert worden ist. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 kann die Schwenklagerung
so ausgebildet sein, daß die Schürze oder Klappe 18" sogar gegen die rückwärtige
Wand 8" der Brennkammer verstellt werden kann, wenn eine besonders intensive Verwirbelung
angestrebt wird, die durch die Art des verwendeten Brennstoffes gefordert sein kann.
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Eine derartige intensive Verwirbelung kann auch durch die entsprechende
Gestaltung der Ausmauerung des Brennraumes erzielt werden, wie dies nun die Fig.
5 veranschaulicht. Die Schürze ist hier so ausgebildet, daß ihre Anströmfläche 19"'
bzw. deren unmittelbare Verlängerung gegen den rückwärtigen Teil der Brennkammer
gerichtet ist.
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Diese relativ einfachen vorstehend geschilderten Maßnahmen erbringen
überraschende Vorteile: Verbesserte Ausnützung des Brennstoffes durch Verringerung
des un- oder nur teilweise verbrannten Anteiles; beachtliche Erhöhung der Betriebstemperatur
bei gleichen Luftdurchsatz und gleicher Brennstoffmenge; dadurch Erhöhung des Nutzungsgrades
der Kesselanlage; Vergrößerung des in der Brennkammer zurück gehaltenen Aschenanteiles
und dadurch pro Zeiteinheit verringerte Verrußdng und Verschmutzung des Wärmetauschers.
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