DE3026516A1

DE3026516A1 - Heissgaserzeuger

Info

Publication number: DE3026516A1
Application number: DE19803026516
Authority: DE
Inventors: Dieter 5060 Bergisch Gladbach Popp
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-07-12
Filing date: 1980-07-12
Publication date: 1982-02-11
Also published as: EP0044063A1; WO1982000331A1

Description

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Bezeichnung: Heißgaserzeuger

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft einen Heißgaserzeuger mit einer in etwa konischen Brennkammer, die am weiten Konusende mit einer axial in die Brennkammer mündenden Brennereinrichtung und am entgegengesetzen Ende mit einer Luftzufuhreinrichtung versehen ist und die im Bereich des weiten Endes einen seitlichen Heißgasaustritt aufweist.

Brennkammern der eingangs bezeichneten Art sind für Triebwerke, d.h. also in kleinen Dimensionen und für den Betrieb mit flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen grundsätzlich bekannt.

Im industriellen Bereich, insbesondere für Trocknungszwecke oder die Bereitstellung von Prozeßwärme werden jedoch Brennkammern mit erheblich größeren Abmessungen benötigt. Darüber hinaus besteht vielfach das Erfordernis, für die tTärmeerzeugung auch vorhandene staubförmige Brennstoffe mit zu verwenden, insbe-

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sondere bei Fabrikationsprozessen., bei denen, wie beispielsweise in der holzverarbeitenden Industrie, brennbare Stäube anfallen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Heißgaserzeuger zu schaffen, dessen Brennereinrichtung auch mit staubförmigen Brennstoffen, insbesondere schwer brennbaren staubförmigen Stoffen betrieben werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Brennereinrichtung einen öl- oder gasbeaufschlagten Brenner und eine ringförmig hierzu angeordnete Düse für die Zufuhr von staubförmigen Brennstoffen, insbesondere von kunstharzhaltigen Holzstäuben sowie eine Düse für die Zufuhr von Primärluft aufweist. Der erfindungsgemäße Heißgaserzeuger hat den Vorteil, daß der Hauptanteil der Verbrennungsluft im Gegenstrom zum Brennstoff geführt wird, so daß sich lange Ausbrandwege und eine intensive Durchmischung des zugeführten staubförmigen Brennstoffs im Flammenbereich ergibt. Da der Kunstharzanteil, insbesondere bei phenolharzhaltigen Stäuben nur in einer direkten Flamme einwandfrei verbrennt, ist hierdurch ein nahezu vollständiger Ausbrand gewährleistet. Der vorgesehene öl- oder gasbeaufschlagte Brenner dient hier lediglich als Stütz- bzw. Zündbrenner .

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Brennkammer stehend angeordnet ist, die Brennereinrichtung

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nach unten weisend, am oberen Ende der Brennkammer angeordnet ist und das untere Brennkammerende eine Ascheaustrittsöffnung aufweist, die in einen Brennraum mit Ausbrennfläche mündet, der mit einer zusätzlichen Luftzufuhr sowie mit einer Zufuhreinrichtung für stückigen Brennstoff, insbesondere Holzabfälle sowie mit einem Zündbrenner im Mündungsbereich der Stoffzufuhreinrichtung versehen ist. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß zusätzlich zu den staubförmigen Abfallprodukten auch stückige, brennbare Abfallprodukte, beispielsweise in der holzverarbeitenden Industrie Holzabfälle, Rinde oder dgl. für die Heißgaserzeugung ausgenutzt werden können. Da durch die zusätzliche Brennstoffzufuhr auf der Ausbrennflache ein Glutbett gebildet wird, werden mit etwaigen Ascheanteilen aus der Brennkammer in den Brennraum gelangende, nicht ausgebrannte Partikel auf der Ausbrennflache vollständig verbrannt. Die Anordnung hat zudem den Vorteil, daß der in die Brennkammer in Form eines Staubes eingebrachte feste Brennstoff einen verhältnismäßig hohen Anteil an grobem Korn aufweisen kann, da diese in der Brennkammer nicht vollständig ausbrennenden grobkörnigen Anteile im Brennraum vollständig ausbrennen können. Der Zündbrenner für den Brennraum wird nur so lange eingeschaltet, bis die Ausmauerung des Brennraumes so weit aufgeheizt ist, daß die Verbrennung des zugeführten stückigen Brennstoffs selbsttätig abläuft. Die im Brennraum anfallenden heißen Abgase gelangen durch die Aschenaustrittsöffnung in die Brennkammer, werden dort weiter aufgeheizt. Die aus der Brennkammer am oberen Ende abgezogenen Heißgase stehen dann vollständig für den gewünschten Verwendungszweck, beispielsweise für die Durchführung eines Trocknungsprozesses zur Verfügung.

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In zweckraäßger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Ausbrennfläche als Vorschubrost mit weitgehend durchfallfreiem Rostbelag ausgebildet ist. Hierdurch ist gewährleistet, daß sich ein verhältnismäßig dichtes Glutbett auf der Ausbrennfläche bildet, das den Durchfall von staubförmigen Partikeln behindert.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Brennkammer doppelwandig ausgebildet ist und daß der freie Raum zwischen Innenwandung und Außenwandung im Bereich der Brennereinrichtung mit wenigstens einer Eintrittsöffnung für kalte Luft und am unteren Ende mit wenigstens einer Austrittsöffnung für die heiße Luft versehen ist und daß die Heißluftaustrittsöffnung mit der unteren Luftzufuhreinrichtung der Brennkammer in Verbindung steht. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß zum einen die Wandungen der Brennkammer gekühlt werden und daß die so erhitzte Luft am unteren Ende als aufgeheizte Verbrennungsluft eingeführt werden kann.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die untere Luftzufuhreinrichtung durch einen außen um das untere Brennkammerende herumgelegten Ringkanal gebildet wird, der mit wenigstens einer außen liegenden Lufteintrittsöffnung und einer Mehrzahl tangential in die Brennkammer mündenden 5 Luftdurchtrittsöffnungen versehen ist. Durch die tangentiale Einführung der Verbrennungsluft wird eine definierte Gegenstromführung von Luft und Brennstoff erreicht, durch die gleichzeitig sichergestellt ist, daß die Brennkammerwandung

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gegenüber der Flamme durch einen Luftschleier abgeschirmt ist. Die tangentiale Einführung der Hauptverbrennungsluft hat ferner den Vorteil, daß die durch die Ascheaustrittsöffnung aus dem Brennraum in die Brennkammer eintretenden heißen Abgase Bit in den erzeugten Luftwirbel einbezogen werden, so daß sich stabile Strömungsverhältnisse in der Brennkammer ergeben und eine bestmögliche Verbrennung des staubförmigen Brennstoffs sichergestellt ist. Die zugeführte Verbrennungsluft und die aus dem Brennraum austretenden heißen Abgase werden in einer Drallströmung entlang der Innenwandung der Brennkammer nach oben geführt. Hierbei werden nicht vollständig ausgebrannte Brennstoffteilchen wiederum mit nach oben gerissen und infolge der sich im oberen Teil der Brennkammer ausbildenden, toroidförmigen Sekundärströmung wieder in die Flamme zurückgeführt, wo sie vollständig ausbrennen können.Zweckmäßig ist es, wenn erfindungsgemäß die Luftdurchtrittsöffnungen mit Stellklappen versehen sind. Hierdurch ist eine optimale Einstellung der Oral1strömung möglich.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Ringkanal einen in Strömungsrichtung abnehmenden Querschnitt aufweist und an einem Ende gegenüber der Lufteintrittsöffnung abgeschlossen ist, das koaxial um den Ringkanal ein zweiter Ringkanal angeordnet ist, mit einem seitlich neben dem Lufteintritt des ersten Ringkanals liegenden Luftaustritt und daß der zweite Ringkanal mit einer Mehrzahl von Luftdurchtrittsöf fnungen versehen ist, die in den Raum zwischen Innen- und Außenwandung der ,Brennkammer münden. Da die Außen-

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wandung des zweiten Ringkanals koaxial zu Innenwandung des ersten Ringkanals verläuft, ergibt sich zwangsläufig für den zweiten Ringkanal ein zur Luftaustrittsöffnung hin sich erweiternder Strömungsquerschnitt, so daß sich sowohl für den Abzug der durch den Zwischenraum zwischen Außenwandung und Innenwandung geführten Kühlluft als auch für die Zufuhr der Hauptverbrennungsluft ein konstruktiv einfaches Bauteil ergibt. Da der Querschnitt des ersten Ringkanals entsprechend der Abnahme der in die Brennkammer einzuführenden Luftmenge sich verringert, andererseits der Querschnitt des zweiten Ringkanals entsprechend der Zunahme der aus dem Zwischenraum abgezogenen Luftmenge sich vergrößert, wird ein über den Umfang gleichmäßig verteilter Luftdurchtritt sowohl für den ersten Ringkanal als auch für den zweiten Ringkanal erreicht.

Der Luftaustritt des zweiten Ringkanals kann nun mit der Saugseite und der Lufteintritt des ersten Ringkanals mit der Druckseite eines Heißgasventilators verbunden sein, so daß die durch den Zwischenraum zwischen Innen- und Außenwandung der Brennkammer hindurchgezogene Kühlluft unmittelbar als aufgeheizte Verbrennungsluft in die Brennkammer eingeführt werden kann.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die Innenwandung der Brennkammer durch Rohr-Steg-Rohre gebildet wird, die vertikal verlaufen und jeweils oben und unten in eine Ringleitung münden, wobei die obere Ringleitung mit dem Zulauf und die untere Ringleitung mit dem Rücklauf eines von einem Wärmeträger durchströmten Wärmever-

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brauchers in Verbindung stehen. Diese Ausgestaltung hat nicht nur den Vorteil, daß neben der Heißgaserzeugung auch noch die Aufheizung eines flüssigen und/oder dampfförir.igen Wärmeträgers möglich ist. Der bzw. die Wärmeverbraucher können nachgeschaltete Wärmetauscher sein, in denen Luft, Wasser oder auch im Falle der holzverarbeitenden Industrie Pressen aufgeheizt werden können. Die Ausgestaltung ist ferner bei der Verwendung von phenolhalzhaltigen Holzschleifstäuben vom Vorteil. Die bei dieser Ausfuhrungsform mögliche intensivere Kühlung der Brennkammerwände erlaubt es, Oberflächentemperaturen einzuhalten, die unterhalb des Schmelzpunktes des beim Verbrennen von Phenolhalz anfallenden Ätznatrons liegt. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn im Bereich der Heißgasaustrittsöffnung der Brennkammer die die Innenwandungen bildenden Rohre stegfrei ausgeführt und mit Abstand zueinander verlaufen. Die Rohre bilden hier eine Art Fanggitter, durch das die in der Brennkammer erzeugten Geißgase hindurchströmen müssen. Flugstaub, unverbrannte Brennstoffteilchen können sich hier anlagern und gleichzeitig führt die beim Durchströmen dieses Fanggitters einsetzende geringe Abkühlung des Gasstromes bei der Verwendung von Phenolharzstaub zum Löschen eines Teils dere/tl. noch glühend austretenden Phenolharzstaubteilchen. In den Abgasen enthaltene aggressive flüchtige Bestandteile der verbrannten Kunstharzanteile können sich ebenfalls infolge der bewirkten Abkühlung an diesem Fanggitter niederschlagen. Durch entsprechende Reinigungsöffnungen im Deckenbereich der Brennkammer können die Rohre ebenso wie die gesamte Innenwandung der Brennkammer von Zeit zu Zeit abgereinigt werden.

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In einer bevorzugten weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß im oberen Bereich der Brennkammer ein Heißgaskanal vorgesehen ist, der sich über einen Teil der Brennkammerinnenwandung erstreckt und dessen Wandung aus Rohr-Steg-Rohren gebildet ist, die mit den übrigen Rohr-Steg-Rohren der Innenwandung verbunden sind und daß der Kanal mit einem Ende gegen die Rotation der Gasströmung zum Brennkammerinnenraum hin offen ist und mit seinem anderen Ende in einen absperrbaren Gasabzug mündet. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Brennkammer auch im Teillastbereich betrieben werden kann, wenn keine Heißgase für einen beispielsweise nachgeschalteten Trocknungsprozeß benötigt werden, gleichwohl über den flüssigen bzw. dampfförmigen Wärmeträger entsprechende Wärmemengen zur Verfügung gestellt werden müssen. In diesem Fall wird der Heißgasaustritt der Brennkammer abgesperrt, so daß die nunmehr bei verringerter Brennstoffzufuhr erzeugten heißen Abgase durch den entlang der Innenwandung im oberen Bereich geführten Heißgaskanal abgezogen werden können, wobei sie ihren Wärmeinhalt weitgehend an die aus Rohr-Steg-Rohren gebildeten Kanalwandungen abgeben. Die abgekühlten Abgase können dann über eine Entstaubungsvorrichtung ins Freie abgeblasen werden.

In vorteilhafter weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß an die Heißgasaustrittsöffnung der Brennkammer ein nach Art eines Venturi-Rohres ausgebildeter Teil einer Heißgasabzugsleitung angeschlossen ist und daß an den Bereich des engsten Querschnitts ein diesen Teil umfassender Ringkanal

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angeordnet ist, der mit vorzugsweise tangenrxai in die Abzagyleitung mündenden Luftdurchtrittsöffnungen und wenigstens einem Lufteintritt verbunden ist. Durch diesen Ringkanal ist es möglich, den heißen Abgasen zu Regelungszwecken zusätzlich Luft zuzuführen, und zwar um sowohl Temperaturspitzen ausregeln zu können als auch beim nachgeschalteten Verbraucher auftretende Abnahmeschwankungen hinsichtlich der Heißgasmenge ausregulieren zu können. Entsprechend kann hier Kaltluft oder aber auch über die Kühlung der Brennkammerwandung anfallende Heißluft eingeführt werden. Diese Heißluft kann entweder unmittelbar bei einer luftgekühlten Brennkammer zur Verfügung stehen oder aber bei einer flüssigkeitsgekühlten Brennkammer über einen Wärmetauscher durch den Wärmeträger der Kühlung der Brennkammerinnenwandung aufgeheizt werden.

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen von Ausführungs beispielen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt eines Heißgaserzeugers

Fig. 2 in größerem Maßstab einen Horizontalschnitt gemäß der Linie II - II in Fig. 1

Fig. 3 eine andere Ausführungsform des Heißgaserzeugers im Vertikalschnitt

Fig. 4 einen Horizontalschnitt gemäß der Linie IV-IV in Fig. 3

Fig. 5 in größerem Maßstab einen Schnitt durch die aus Rohr-Steg-Rohren gebildete Innenwand der Ausfuhrungsform gemäß Fig.3

Fig. 6 eine Ausführungsform mit zusätzlicher Luftkühlung der Brennkammerwandung

Fig. 7 einen Ringkanal für die Ausführungsform gemäß Fig. 6 Fig. 8a,b eine Umlenkfläche für den Heißgasaustritt.

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Die in Fig.1 in einem Vertikalschnitt dargestellte Ausführungsform des Heißgaserzeugers weist eine vertikal ausgerichtete, im wesentlichen konisch ausgebildete Brennkammer 1 auf. In diese Brennkammer ragt von oben in den erweiterten Bereich eine Brennereinrichtung 2 herein, die einen öl- oder gasbeaufschlagten Brenner 3 üblicher Bauart aufweist, dem eine Ringdüse 4 für die Zufuhr eines staubförmigen Brennstoffes sowie eine weitere Ringdüse 5 für die Zufuhr von Primärverbrennungsluft zugeordnet sind.

Auf der der Brennereinrichtung entgegengesetzten Seite weist die Brennkammer 1 eine Aschenaustrittsöffnung 6 auf, die in einen Brennraum 7 mit einer als Stufenrost ausgebildeten, geneigten Ausbrenntlache 8 mündet. Am oberen Ende des Brennraums 7 ist eine Zufuhröffnung 9 für einen stückigen Brennstoff, beispielsweise Holzabfälle oder Rinde vorgesehen, die in üblicher Weise mittels einer nicht mehr dargestellten Doppelklappenschleuse gegen die Außenluft abgeschlossen ist. Im Bereich des oberen Endes der Ausbrennfläche 8 ist ein Zündbrenner 10 angeordnet, durch den die Verbrennung des auf die Ausbrennfläche 8 aufgebrachten Brennstoffs eingeleitet werden kann.

Die Hauptverbrennungsluft wird über einen außen um das untere Brennkammerende herumgelegten Ringkanal 11 zugeführt, der mit einer Mehrzahl tangential in die Brennkammer mündender Luftdurchtrittsöffnungen 12 versehen ist. Die vorzugsweise aufgeheizte Verbrennungsluft wird über eine außen liegende

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Lufteintrittsöffnung 13 zugeführt, die an einen entsprechenden Zufuhrkanal 14 angeschlossen ist, über den die Hauptmenge der Verbrennungsluft von einem Lufterhitzer zugeführt wird. Von dem Zufuhrkanal 14 zweigt ein Mischluftkanal 15 ab, der zu einem weiteren Ringkanal 16 geführt ist, der um die an die Heißgasaustrittsöffnung 17 der Brennkammer 1 angeschlossene Heißgasabzugsleitung 18 herumgelegt ist. Auch der Ringkanal 16 ist mit einer Reihe von Luftdurchtrittsöffnungen 19 versehen, die tangential in die Heißgasabzugsleitung 18 einmünden. Im Bereich der Heißgasaustrittsöffnung 17 ist die Heißgasabzugsleitung 18 nach Art eines Venturi-Rohres ausgebildet, so daß der Ringkanal 16 im Bereich des engsten Querschnittes dieses Teils der Heißgasabzugsleitung 18 angeordnet ist.

Die Brennkammer 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist doppelwandig ausgeführt, so daß zwischen der Innenwandung 20, die beispielsweise durch eine feuerfeste Ausmauerung gebildet wird, und der Außenwandung 21, die beispielsweise aus Isoliermaterial besteht, ein freier Zwischenraum 22 verbleibt. Der Zwischen-

!0 raum 22 ist im Bereich des oberen Endes der Brennkammer mit einer Eintrittsöffnung 23 für Kaltluft und im Bereich des unteren Endes mit einer Austrittsöffnung 24 für die Heißluft versehen. Mit Hilfe der durch den Zwischenraum geführten Kaltluft kann so die Innenwandung 20 der Brennkammer ständig ge- kühlt werden, wobei die Kaltluft in den Bereich mit der höchsten Temperatur eingeführt wird, so daß ein ausreichender Schutz der Ausmauerung erreicht wird.

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Die bei der Kühlung der Brennkammerwandung gewonnene Heißluft kann nun vorteilhaft bereits als aufgeheizte Verbrennungsluft wieder in die Brennkammer zurückgeführt werden. Dies geschieht zweckitiäßigerweise über einen Ringkanal 11', wie er im Horizontalschnitt in Fig. 2 dargestellt ist. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist um einen als Luftzufuhr zur Brennkammer dienenden Ringkanal 11a mit in Strömungsrichtung der Heißluft (Pfeil 25) abnehmenden Querschnitt ein zweiter als Luftabzug für den Zwischenraum 22 dienender Ringkanal 11b koaxial herumgelegt. Dieser Ringkanal weist entsprechend in Strömungsrichtung der eingeführten Luft (Pfeil 26) einen zunehmenden Querschnitt auf. An seiner Oberseite ist der Ringkanal 11b mit einer Vielzahl von Luftdurchtrittsöffnungen 27 versehen, die in den Zwischenraum 22 der Brennkammer 1 münden. Die in die Brennkammer einmündenden Luftdurchtrittsöffnungen 12 des Ringkanals 11a sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils mit einer Stellklappe 28 versehen, die über einen nicht näher dargestellten zentralen Stellantrieb üblicher Bauart verstellt werden können.

Die Lufteintrittsöffnung 13 des Ringkanals 11a und die Luftaustrittsöffnung 29 stehen über entsprechende Rohrleitungen mit einem Heißgasventilator 30 in Verbindung. Hierbei ist der Luftaustritt 29 mit der Saugseite und der Lufteintritt 13 mit der Druckseite des Heißgasventilators verbunden. An die druckseitige Leitung, die der Rohrleitung 14 in Fig. 1 entspricht, kann entsprechend eine Zweigleitung 15 ebenfalls entsprechend Fig. 1 angeschlossen werden.' Die Rohrleitung 14 und auch die

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Rohrleitung 15 kann durch entsprechende Schieber 31, 32 entsprechend abgeschiebert werden.

In Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heißgaserzeugers dargestellt. Die Form sowie der verfahrenstechnische Aufbau entsprechen der Ausführungsform gemäß Fig. 1. Die Brennereinrichtung 2 entsprechend Fig. 1 ist durch einen Pfeil angedeutet.

Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist jedoch bei der Fig. 3 die Innenwandung der Brennkammer 1 durch sogenannte Rohr-Steg-Rohre 33 gebildet, die jeweils mit ihrem unteren Ende und mit ihrem oberen Ende in eine Ringleitung 34 bzw. 35 münden. Ein über die Ringleitungen und die Rohr-Steg-Rohre von unten nach oben geführter flüssiger bzw. dampfförmiger Wärmeträger wird vorzugsweise im Kreislauf über einen nicht häher dargestellten Wärmeverbraucher geführt, wobei die untere Ringleitung 34 mit dem Rücklauf 36 und die obere Ringleitung 35 mit dem Zulauf 37 des Wärmeverbrauchers verbunden sind. Die Auskleidung mittels Rohr-Steg-Rohren stellt eine vollständig geschlossene gasdichte Auskleidung dar, weil, wie der Schnitt gemäß Fig. 5. zeigt, die einzelnen Rohre 38, die einen runden oder ovalen Querschnitt haben können, durch Zwischenstege 39 fest miteinander verbunden sind, so daß eine geschlossene, aus einer Vielzahl nebeneinander verlaufender Rohre gebildete Wand entsteht. Lediglich im Bereich der Gasdurchtrittsöffnung werden die entsprechenden Stege weggelassen, so daß in diesem Bereich durch die Rohre 38 eine Art Fanggitter

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für etwaige Feststoffteilchen gebildet wird.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist die aus Rohr-Steg-Rohren gebildete Innenwandung 3 3 auf ihrer Außenseite mit einer wärmeisolierenden Außenschicht 40 versehen. Der Ringkanal 11 mit seinen Luftdurchtrittsöffnungen 12 ist an ein nicht näher dargestelltes Gebläse angeschlossen, durch das aufgeheizte Verbrennungsluft zugeführt werden kann. Die Aufheizung der Verbrennungsluft kann beispielsweise in der Weise erfolgen, daß der über die Rohr-Steg-Rohre geführte Wärmeträger durch einen Wärmetauscher geführt wird, mit dessen Hilfe die Verbrennungsluft aufgeheizt wird· Durch die Wärmeabgabe beim Wärmeverbraucher, es können auch mehrere Wärmeverbraucher sein, wird die Innenwandung der Brennkammer 1 im gewünschten Maße gekühlt.

Da die aus Rohr-Steg-Rohren gebildete Innenwandung 3 3 mit den Ringleitungen 34 und 35 ein in sich geschlossenes Bauteil darstellt, kann ebenso wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1, zwischen der Innenwandung 33 und der isolierenden Außenwandung ein entsprechender Zwischenraum vorgesehen werden, durch den dann mit Hilfe eines Gebläses Luft hindurchgeführt wird, die unmittelbar als aufgeheizte Verbrennungsluft über den Ringkanal 11, der in diesem Fall entsprechend der Darstellung gemäß Fig. 2 ausgebildet sein kann, in die Brennkammer als Verbrennungsluft eingeführt werden. Je nach der Bemessung der Gebläseleistung und der geforderten Luftmenge kann bei entsprechender Auslegung ein gesonderter Wärmetauscher zur Aufheizung der Verbrennungsluft entfallen, da über die durch den Zwischenraum zwischen der

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Innenwandung 33 und der isolierenden Außenwandung 4 0 die erforderlichen Luftmengen auf die gewünschte Temperatur aufgeheizt werden können.

Da bei der im Zusammenhang mit Fig. 2 erläuterten Luftführung durch den Zwischenraum die aufgeheizte Luft gefördert werden muß und dementsprechend ein hoher Volumenstrom zu fördern ist, wird anhand der Figuren 6 und 7 eine modifizierte Ausführungsform für die Ausbildung des Zwischenraums zwischen Innenwandung und Außenwandung erläutert, die es erlaubt, die kalte Luft unter Druck durch den Zwischenraum hindurchzuführen. In Fig. 6 ist die Brennkammerwand teilweise im Schnitt, teilweise in Form einer Abwicklung dargestellt. Fig. 7 zeigt die entsprechende Ausbildung des zugehörigen unteren Ringkanals

Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausfuhrungsform ist der Zwischenraum 22 zwischen einer beispielsweise aus Rohr-Steg-Rohren gebildeten Innenwandung 3 3 und einer isolierten Außenwandung 40 durch vertikal verlaufende Stege in eine Vielzahl von nebeneinander verlaufenden Teilkanälen 41, 42 unterteilt. Die Stege sind so ausgebildet, daß jeweils jeder zweite Steg etwas kürzer ist, so daß eine Überströmöffnung 43 jeweils oben zwischen den Kanälen 41 und 42 verbleibt. Das untere Ende eines jeden Kanals 41 ist dementsprechend an eine Luftdurchtrittsöffnung 44 des äußeren Ringkanals 45 angeschlossen, während das untere Ende des danebenliegenden Kanals 42 an eine Luftdurchtrittsöffnung 46 des inneren Ringkanals 47 angeschlossen ist. Wird nun unter Druck über die mit dem äußeren

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Ringkanal 4 5 verbundene Lufteintrittsöffnung 48 Kaltluft in den Ringkanal eingepreßt, so strömt diese durch die Luftdurchtrittsöffnungen 44 und den zugehörigen Kanal 41 im Zwischenraum 22 zunächst nach oben und strömt dann über die Luftübertrittsöffnung 4 3 im danebenliegenden Kanal 42 nach unten und kann dann über die Luftdurchtrittsöffnung 46 in den inneren Ringkanal 47 und von da über die Luftdurchtrxttsoffnungen 12 in die Brennkammer eintreten.

Wie aus der Schnittdarstellung in Fig. 6 ersichtlich, ist es zweckmäßig, wenn die Außenseite der aus Rohr-Steg-Rohren ge-

54/ bildeten Innenwandung 3 3 mit VorSprüngen in Form von Zapfen, Warzen, Stegen oder dgl. versehen ist, durch die die Wärmeübertragungsfläche vergrößert wird, so daß die Wärmeübertragung von der Innenwandung 33 auf die durch die Kanäle 41, 42 geführte Luft noch erhöht wird. Hierdurch wird die Wirksamkeit der gleichzeitig der Lufterhitzung dienenden Kühlluftführung zur Kühlung der Brennkammer verbessert.

Da die Bauform gemäß Fig. 3 mit einer Innenwandung aus Rohr-Steg-Rohren aufgrund der möglichen Verwendung von Wasser als Wärmeträger neben der Heißgaserzeugung auch zur Heißwasser- bzw. Dampferzeugung verwendet werden kann, muß für manche Einsatzfälle auch eine Möglichkeit geschaffen werden, die Brennkammer 5 auch dann zu betreiben, wenn zwar kein Bedarf an Heißgas besteht, jedoch Heißwasser bzw. Dampf zur Verfügung gestellt werden muß. Da hierbei die Brennereinrichtung 2 nur noch mit verminderter Leistung gefahren zu werden -braucht, gleichwohl aber der Wunsch

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besteht, auch bei reduzierter Brennerleistung den staubförmigen Brennstoff, insbesondere staubförmigen brennbaren Abfall auszubrennen, zeigt die Ausführungsform gemäß Fig. 3 eine Einrichtung, die einen derartigen reinen Heißwasser- bzw. Dampfbetrieb ermöglicht. Zu diesem Zweck ist in der Flammzone im oberen Bereich der Brennkammer von jedem zur Innenwand 3 3 gehörenden Rohr ein Parallelrohr 49 in der dargestellten Weise vorgesehen. Diese nebeneinanderliegenden Parallelrohre 4 9 sind wiederum durch Stege zu einer dichten Wand verbunden, so daß zwischen den in diesem Bereich wandseits verlaufenden Rohrstücken 50 und den Parallelrohren ein Kanal gebildet wird, wie dies aus der Schnittdarstellung gemäß Fig. 4 ersichtlich ist. Dieser Kanal 50' erstreckt sich über einen Teil des Brennkammerumfanges in diesem Bereich und läßt lediglich den zur Gasdurchtrittsöffnung 17 gehörigen Bereich frei. Ein Ende dieses Kanals ist zum Brennkammerinnenraum hin offen, während das andere Ende des Kanals gegenüber dem Brennkammerinnenraum abgeschlossen ist und über eine nicht näher dargestellte Filtereinrichtung an einen ibgaskamin angeschlossen ist. Ggf. können im Kanal zusätzliche Parallelrohre angeordnet sein, die jedoch in größerem Abstand zueinander angeordnet sind, durch die die Wärmeübertragungsfläche im Bereich des Kanals 50' vergrößert wird.

Falls nun kein Bedarf an Heißgasen für etwaige nachgeschaltete Trockner oder dgl. besteht, wird über einen nicht näher dargestellten Schieber die Heißgasaustrittsöffnung 17 abgesperrt und die Austrittsöffnung 52 'des Kanals 50'zum Abgaskamin geöffnet.

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Zur Überwindung der Strömungswiderstände, insbesondere der Entstaubungsanlage, ist es zweckmäßig, wenn hinter der Entstaubungsanlage noch ein im Saugzug arbeitender Abgasventilator angeordnet ist. Da die bei der Verbrennung erzeugten heißen Abgase nicht mehr durch die abgesperrte Heißgasaustrittsöffnung 17 austreten können, strömen sie durch den Kanal 50' und werden dann über die Filteranlage und den Abgaskamin abgezogen. Auf diesem Wege geben sie ihre Wärme an die Zusatzrohre 51 sowie an die an die Parallelrohre 49 und 50 ab, die den Kanal 50' begrenzen.

Zum besseren Verständnis sei erwähnt, daß in der Darstellung gemäß Fig. 3 lediglich die in der Schnittebene liegenden Rohre der Innenwand 33 dargestellt sind. Aus der Vielzahl der die Innenwandung bildenden Rohre ist lediglich das Rohr noch dargestellt, das am abgeschlossenen Ende 53 des Kanals 50' liegt.

Der Kanal 50' ist über Reinigungsöfffnungen 54 im Deckenbereich der Brennkammer in üblicher Weise zu Abreinigungszwecken zugänglich, ebenso der das Fanggitter bildende Teil der Rohre im Bereich der Heißgasaustrittsöffnung 17.

Die in Fig. 7 dargestellte Ausführung eines Ringkanals für die untere Luftzufuhr der Brennkammer bietet auch die Möglichkeit, über eine entsprechende öffnung und eine Stellklappe 55 in den inneren Ringkanal 47 zusätzlich zu den durch die Luftdurchtrittsöffnungen 46 eingeführten Heißluftmengen Luft einzuführen. Hierdurch ergibt sich eine weitere Regelungsmöglichkeit für die Brennkammer.

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Die in Fig. 6 gezeigte Anordnung der Kanäle im Zwischenraum zwischen Außenwandung und Innenwandung stellt eine bevorzugte Ausführungsform dar, die bei großen aufzuheizenden Luftmengen den geringsten Strömungswiderstand bietet. Abweichend hiervon können die Kanäle auch anders, beispielsweise schraubenlinienförmig verlaufen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die Rohre 50 im Bereich der Heißgasaustritts-Öffnung 17 der Brennkammer 1 jeweils mit nach innen gerichteten Umlenkflächen 57 versehen sind. Hierdurch ergibt sich nicht nur eine bessere Führung der rotierenden Gasströmung in der Brennkammer entlang den mit Abstand zueinander geführten Rohren 50 im Bereich der Heißgasaustrittsoffnung, sondern darüber hinaus wird der Rückhalt von Feststoffteilchen in der Brennkammer selbst noch verbessert. Die über die Heißgasaustrittsöffnung 17 abströmenden Gasmengen müssen nämlich beim übertritt aus der Rotationsströmung der Brennkammer jeweils die freien Kanten der Umlenkflächen unter Richtungsänderung umströmen, so daß in der Gasströmung enthaltene Feststoffpartikel in der Rotationsströmung gehalten werden und nicht über den Heißgasaustritt in die Heißgasabzugsleitung 18 gelangen können. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Umlenkflächen 57 in etwa gleichsinnig mit der Rotation der Gasströmung schräg nach innen ausgerichtet sind. Hierdurch wird die umlenkende Wirkung der Umlenkflächen 57 noch verstärkt, so daß die Abscheidewirkung im Bereich der freien Kanten der Umlenkflächen erhöht wird.. Gleichzeitig wird hierdurch sichergestellt, daß wenigstens ein Teil der sich auf der in die Brennkammer weisenden Oberfläche der Umlenkflächen

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gelangenden Feststoffteilchen der Rotationsströmung dann wieder aufgenommen und weiter mitgerissen werden. Die prinzipielle Anordnung derartiger Umlenkflachen ist in Fig. 4 dargestellt.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist hierbei vorgesehen, daß die Umlenkflächen 57 hinsichtlich ihrer Ausrichtung einstellbar mit dem jeweiligen Rohr 50 verbunden sind, um eine optimale Einstellung vornehmen zu können.

Zweckmäßig ist es ferner, wenn jede Umlenkfläche aus mehreren übereinander angeordneten Teilflächen gebildet ist und daß jede Teilfläche mit einer Keilverbindung am jeweiligen Rohr 50 festgelegt ist. Hierdurch ist es möglich, auch bei einer großen Höhe der Heißgasaustrittsöffnung mit entsprechend großer Länge der Umlenkflächen Wärmespannungen zu verhindern, da zwischen den einzelnen Teilflächen entsprechende Dehnungsfugen vorgesehen werden können. Die Anordnung einer Keilverbindung erlaubt ein einfaches Auswechseln der Lenkflächen, da auch ein verzunderter Keil ohne Schwierigkeiten herausgeschlagen werden kann. Ein Bauelement für eine derartige Teilfläche mit Keilverbindung ist in Fig. 8a, b in Aufsicht und Seitenansicht dargestellt. Das gezeigte Ausführungsbeispiel zeigt ferner eine mögliche Ausbildung für die Form der Umlenkfläche. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die frei in die Brennkammer hineinragende Strömungs- kante 58 in Bezug auf die Rotationsströmung (Pfeil 59) noch zusätzlich abwinkelt, so daß die Umlenkung für die Gasströmung beim Eintritt in die Heißgasaustrittsöffnung 17 noch verstärkt wird.

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Das Bauteil ist beispielsweise als Gußteil hergestellt und weist zwei das betreffende Rohr 50 umgreifende ösen 60 auf, in die ein Keil 61 eingetrieben wird, durch den die Umlenkfläche 57 auf dem Rohr 50 festgelegt wird. Dadurch, daß die öffnungen der beiden
Ösen 60 in Bezug auf die Rohrachse 62 schräg verlaufen, ist
außerdem der Keil gegen ein Herausfallen gesichert.

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Claims

3026516 Maxton · Maxton · Langmaack Patentanwälte

Patentanwälte Maxton & Langmaack · Pferdmengesstr. SO ■ 5000 Köln 51

Robert Brede (1895-1943)

Anmelder: Dieter Popp Alfred Maxton «·. osu

Alfred Maxton

HubertuSStr. 17 Jürgen Langmaack

, Diplom-Ingenieure

5060 Bergisch-Gladbach 2

zugelassen bei dem Europäischen Patentamt

5000 Köln si

Unsere Zeichen 70 pg 803 Datum 11.07.1980

Bezeichnung: Heißgaserzeuger

Ansprüche:

MO Heißgaserzeuger mit einer in etwa konischen Brennkammer, die am weiten Konusende mit einer axial in die Brennkammer mündenden Brennereinrichtung und am entgegengesetzten Ende mit einer Luftzufuhreinrichtung versehen ist und die im Bereich des weiten Endes einen seitlichen Heißgasaustritt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennereinrichtung (2) einen öl- oder gasbeaufschlagten Brenner (3) und eine ringförmig hierzu angeordnete Düse (4) für die Zufuhr von staubförmigem Brennstoff, insbesondere von kunstharzhaltigen Holzstäuben sowie eine Düse (5) für die Zufuhr von Primärluft aufweist.

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Telefon: (0221) 380238 · Telegramm: Inventator Köln · Telex: 8 883555 max d f 12 Postscheckkonto Köln (BLZ 37010050) Kto.-Nr. 152251-500 · Deutsche Bank AG Köln (BLZ 37070060) Kto.-Nr. 1236131
2. Heißgaserzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (1) stehend angeordnet ist und die Brennereinrichtung (2) nach unten weisend am oberen Ende der Brennkammer (1) angeordnet ist und das untere Brennkammerende eine Ascheaustrittsöffnung (6) aufweist, die in einen Brennraum (7) mit Ausbrennfläche (8) mündet, der mit einer zusätzlichen Luftzufuhr sowie mit einer Zuführeinrichtung (9) für stückigen Brennstoff, insbesondere Holzabfälle, sowie mit einem Zündbrenner (10) im Mündungsbereich der Zufuhreinrichtung für den stückigen Brennstoff versehen ist.
3. Heißgaserzeuger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbrennfläche (8) als Vorschubrost mit weitgehend durchfallfreiem Rostbelag ausgebildet ist.
4. Heißgaserzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Brennkammer (1) doppelwandig ausgebildet ist und daß der freie Raum (22) zwischen Innenwandung (20; 33) und Außenwandung (21; 40) im Bereich der Brennereinrichtung (2) mit wenigstens einer Eintrittsöffnung (2 3) für Frischluft und am unteren Ende mit wenigstens einer Austrittsöffnung (27) für die heiße Luft versehen ist und daß die Heißluftaustrittsöffnung (27) mit der unteren Luftzufuhreinrichtung der Brennkammer (1) in Verbindung steht.
5. Heißgaserzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die untere Luftzufuhreinrichtung durch einen außen um das untere Brennkammerende herumgelegten Ringkanal (11) gebildet wird, der mit wenigstens einer

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außen liegenden Lufteintrittsöffnung (13) und einer Mehrzahl tangential in die Brennkammer (1) mündenden Luftdurchtrittsöffnungen (12) versehen ist.
6. Heißgaserzeuger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Luftdurchtrittsöffnungen (12) mit Stellklappen (28) versehen sind.
7. Heißgaserzeuger nach einem der Ansprüche 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Ringkanal (11a) einen in Strömungsrichtung (25) abnehmenden Querschnitt aufweist und an einem Ende gegenüber der Lufteintrittsöffnung (13) abgeschlossen ist, daß koaxial um den Ringkanal (11a) ein zweiter Ringkanal (11b) angeordnet ist, mit einem seitlich neben dem Lufteintritt (13) des ersten Ringkanals (11a) liegenden Luftaustritt (29) und daß der zweite Ringkanal (11b) mit einer Mehrzahl von Luftdurchtrittsöffnungen (27) versehen ist, die in den Raum (22) zwischen Innenwandung (20; 33) und Außenwandung (21; 40) der Brennkammer (1) münden.
8. Heißgaserzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Innenwandung (33) der Brennkammer (1) durch Rohr-Steg-Rohre gebildet wird, die vertikal verlaufen und jeweils oben und unten in eine Ringleitung (34, 35) münden, wobei die obere Ringleitung (35) mit dem Zulauf (37) und die untere Ringleitung (34) mit dem Rücklauf (36) eines von einem Wärmeträger durchströmten Wärmeverbrauchers in Verbindung stehen.

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9. Heißgaserzeuger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß im Bereich der Heißgasaustrittsöffnung (17) der Brennkammer (1) die die Innenwandung (33) bildenden Rohre stegfrei ausgeführt sind und mit Abstand zueinander verlaufen.
10. Heißgaserzeuger nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet , daß im oberen Bereich der Brennkammer (1) ein Heißgaskanal (50') vorgesehen ist, der sich über einen Teil der Brennkammerinnenwandung (33) erstreckt und dessen Wandung aus Rohr-Steg-Rohren (49) gebildet ist, die mit den übrigen Rohr-Steg-Rohren der Innenwandung (33) verbunden sind und daß der Kanal (50') mit einem Ende gegen die Rotation der Gasströmung zum Brennkammerinnenraum hin offen ist und mit seinem anderen Ende (52) in einem absperrbaren Gasabzug mündet.
11. Heißgaserzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß an die Heißgasaustrittsöffnung (17) der Brennkammer (1) ein nach Art eines Venturi-Rohres ausgebildeter Teil einer Heißgasabzugsleitung (18) angeschlossen ist und daß ein den Bereich des engsten Querschnittes dieses Teils umfassender Ringkanal (16) vorgesehen ist, der mit vorzugsweise tangential in die Abzugsleitung (18) mündenden Luftdurchtrittsöffnungen (19) und wenigstens einem Lufteintritt verbunden ist.

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12. Heißgaserzeuger nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß der Lufteintritt des Ringkanals (16) um die Heißgasabzugsleitung (18) und/oder der Lufteintritt des Ringkanals (11) am unteren Ende der Brennkammer (1) mit einer Lufterhitzungseinrichtung in Verbindung steht.
13. Heißgaserzeuger nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Lufterhitzungseinrichtung von wenigstens einem Teil des durch die Rohr-Steg-Rohre der Brennkammer (1) strömenden Wärmeträgers beaufschlagt wird.
14. Heißgaserzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß die Brennkammer (1) doppelwandig ausgebildet ist und daß der freie Raum (22) zwischen Innenwandung (20; 33) und Außenwandung (21; 40) in

Kanäle (41, 42) unterteilt ist, daß je zwei nebeneinanderlegende Kanäle (41, 42) im oberen Bereich durch eine Luftübertrittsöffnung (43) in Verbindung stehen, daß am unteren Brennkammerende zwei getrennte Ringkanäle (45, 47) vorgesehen sind, daß jeweils jeder zweite Vertikalkanal (41) über eine Luftdurchtrittsöffnung (44) mit dem einen Ringkanal (45) und die jeweils andermVertikalkanäle über Luftdurchtrittsoffnungen (46) mit dem zweiten Ringkanal (47) verbunden sind, daß der zweite Ringkanal (47) mit den in die Brennkammer (1) mündenden Luftdurchtrittsöffnungen (12) versehen ist und daß mindestens der erste Ringkanal (45) mit einer Frischluftzufuhröffnung (48) versehen ist.

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15. Heißgaserzeuger nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß die Kanäle (41 , 42) ir> wesentlichen vertikal verlaufen.
16. Heißgaserzeuger nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (50) im Bereich der Heißgasaustrittsöffnung (17) der Brennkammer (1) jeweils mit nach innen gerichteten ümlenkflachen (57) versehen sind.
17. Heißgaserzeuger nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß die Umlenkflächen (57) in etwa gleichsinnig mit der Rotationsrichtung (59) der Gasströmung schräg nach innen ausgerichtet sind.
18. Heißgaserzeuger nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet , daß die ümlenkflachen (57) hinsichtlich ihrer Ausrichtung einstellbar mit dem jeweiligen Rohr (50) verbunden sind.
19. Heißgaserzeuger nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet , daß jede Umlenkfläche (57) aus mehreren Teilflächen gebildet ist und daß die Teilflächen jeweils mit einer Keilverbindung (60, 61) am jeweiligen Rohr (50) festgelegt sind.
20. Heißgaserzeuger nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennz e ichnet', daß die in die Brennkammer (1)

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mündende Öffnung (63) des Heißgaskanals (50') durch eine mit Abstand hierzu angeordnete Umlenkfläche (64) abgedeckt ist.

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