DE3406763A1 - Heizkessel fuer den betrieb mit festbrennstoffen - Google Patents

Description

• Heizkessel für den Betrieb mit Fest-
• brennstoffen Die Erfindung betrifft einen Heizkessel mit einem Füllschacht für den Betrieb mit Festbrennstoffen und einer dem Füllschacht über einen Durchgang nachgeschalteten Brennkammer.
• Um bei der Festbrennstoffverbrennung einen optimalen Wirkungsgrad zu erzielen, ist es erforderlich, das richtige Verhältnis zwischen zugeführter Primär- und Sekundärluft zu kennen. Dieses Primär-Sekundärluftverhältnis ist jedoch erfahrungsgemäß von der Wahl der Festbrennstoffe abhängig, das heißt, ein bestimmtes Primär-Sekundärluftverhältnis ist nur für eine bestimmte Art des Festbrennstoffes optimal. Für andere Brennstoffe entspricht es nicht mehr den hinsichtlich Leistung und Umweltfreundlichkeit gestellten Anforderungen.
• Bei den bekannten Heizkesseln wurde der Sekundärluftstrom dem Glutbett in erster Linie durch den Füllschachtrost zugeführt. Eine Regelung des zugeführten Luftstromes war daher mehr oder weniger willkürlich und es hing von der Erfahrung der Bedienungsperson ab, wann und wie weit jeweils der Aschenkasten unterhalb des Füllschachtrostes geöffnet wurde.
• Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, bei der Feststoffverbrennung, abhängig von dem jeweils verwendeten Brennstoff Primärluft und Sekundärluft in einem solchen Verhältnis zuzuführen, daß ein optimaler Wirkungsgrad und minimale Emissionen an Schadstoffen erzielt werden, um einen Heizkessel zu schaffen, der den heutigen Bedingungen für Umweltfreundlichkeit bei größter Energieersparnis genügt.
• Erfindungsqemäß wird dies dadurch erzielt, daß im Bereich zwischen dem Füllschachtrost und dem unteren Rand der Durchgangsöffnung zwischen dem Füllschacht und der Brennkammer ein erstes Wandteil eingesetzt ist, welches eine Mehrzahl von Bohrungen aufweist, die einen Durchgang für einen im unteren Bereich des Ele-zkessels zugeführten Sekundärluftstrom mindestens dem im Füllschacht befindlichen Glutbett schaffen und daß ferner eine Klappe vorgesehen ist, mit der der Durchtritt des Sekundärluftstromes durch die Bohrunroten des Wandteiles steuerbar ist.
• Je nach Wahl des Festbrennstoffes läßt sich somit durch entsprechende Einstellung der Klappe ein optimales Verbrennungsgas-Luftgemisch im Ausgangsbereich des Füllschachtes erreichen, so daß der Kessel bei bestem Wirkungsgrad arbeiten kann.
• Während durch den unveränderlichen Querschnitt der Bohrungen in dem ersten Wandteil nur für eine ganz bestimmte Festbrennstoffart optimale Verbrennungsbedingungen geschaffen sind, läßt sich durch die verstellbare Klappe das Primär-Sekundärluftverhältnis verändern, da der Sekundärluftstrom durch die vorhandenen Bohrungen des ersten Wand teiles gesteuert und den Abbrandbedingungen des jeweils im Füllschacht vorhandenen Festbrennstoff angepaßt werden kann. Mit anderen Worten durch Änderung der Klappenstellung erhält man einen Effekt, der einer Änderung des Bohrungsquerschnittes entsprechen würde.
• Dem Fachmann ist bekannt, daß einerseits die Zufuhr von Sekundärluft in das Glutbett, welches sich im unteren Bereich des Füllschachtes befindet, die Verbrennung des Festbrennstoffes fördert, daß andererseits aber auch eine Zufuhr von Sekundärluft in den Durchgang zwischen Füllschacht und Brennkammer für eine optimale Verbrennung erforderlich ist, da hier in die Brennkammer und von dieser in den Abzug gelangende Schwelgase durch die zugeführte Sekundärluft nachverbrannt werden können, so daß ein optimaler Wirkungsgrad bei geringsten Emissionen erzielt wird.
• Um auch hier durch regelbaren Zustrom von Sekundärluft optimale Verhältnisse zu schaffen, ist vorzugsweise die untere Begrenzung des Durchganges vom Füllschacht zur Brennkammer durch ein zweites Wand teil geschaffen, welches seinerseits ebenfalls eine Mehrzahl von Bohrungen aufweist, die in den Durchgang zwischen Füllschacht und Brennkammer führen und den Zutritt des Sekundärluftstromes in den Durchgang ermöglichen. Der Sekundärluftstrom ist hierbei durch die gleiche Klappe steuerbar, die auch die durch das erste Wandteil in erster Linie dem Glutbett zugeführte Sekundärluft regelt.
• Die Stellung der Klappe kann entweder mit Hilfe einer Stellschraube gewählt werden. Diese Arbeitsweise wird vorzugsweise dann angewendet, wenn man den Kessel für einen bestimmten Festbrennstoff einsetzt und die optimalen Primär-Sekundärluftverhältnisse bereits vom Hersteller festgestellt werden können. In diesem Fall wird die Stellschraube von außen unzugänglich im Kesselinneren einreguliert, so daß eine eigenmächtige Änderung von außen vermieden wird.
• Soll allerdings der Kessel für verschiedene Brennstoffe gefahren werden, dann ist es vorteilhaft, die Klappeneinstellung von außen vornehmen zu können, wobei gegebenenfalls eine leicht überschaubare Skala an der Kesselwandung die richtige Einstellung für jede Brennstoffart, auch für einen Nichtfachmann, auffindbar machen kann.
• Ändert sich allerdings die Brennstoffart während des Brandes durch abwechselnde Zuführung eines Gemisches, zum Beispiel aus Papierschnitzeln, Holzspänen, Hackschnitzeln oder dergleichen, kontinuierlich während des Abbrandes, dann kann vorzugsweise eine automatische Verstellung der Klappe gewählt werden, indem man diese durch einen Stellmotor betätigt, der seinerseits durch Signale einer Sonde im Abgasstrom steuerbar ist.
• Weitere vorzugsweise Ausbildungen des Heizkessels nach der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung. Hierin zeigen Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Heizkessels, Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Heizkessel in abgebrochener Darstellung gemäß Fig. 1, Fig. 3 eine perspektivische Darstellung der zwischen dem Füllschacht und der Brennkammer eingebauten Regelvorrichtung, Fig. 4 ein Schnittbild längs der Linien A - A gemäß Fig. 3 und Fig. 5 ein Schnittbild entsprechend Fig. 4 jedoch bei geschlossener Klappenendstellung.
• Sich entsprechende Teile sind in der nachstehenden Beschreibung mit übereinstimmenden Bezugszeichen gekennzeichnet.
• Ein Heizkessel 1 für den Betrieb mit Festbrennstoffen umfaßt einen von oben mit dem Brennstoff beschickbaren Füllschacht 2, der nach unten durch einen Rost 3 von einem Aschenraum 4 getrennt ist. Der Füllschacht 2 ist durch einen Durchgang 5 mit einer Brennkammer 6 verbunden, die ihrerseits zu den Wärmetauschern 7 und schließlich zum Abzug 8 führt. Der Durchgang 5 befindet sich im Bereich des Glutbettes 9, also im unteren Bereich des Füllschachtes 2. Seine obere Begrenzung ist durch die obere Füllschachtwand 2a gebildet. Als untere Begrenzung ist ein erstes Wandteil 10 vorgesehen, welches in der Fachwelt als Gasmischkopf bezeichnet wird. Es ragt vom unteren Rand des Füllschachtes 2 unmittelbar über dem Rost 3 in Form eines im Querschnitt etwa L-förmigen Einsatzes nach oben zum Durchgang 5 hin. Das freie obere Ende lla des L-förmigen Linsatzes 10 verläuft zunächst in einem spitzen Winkel cl zur Vertikalen zum Füllschachtinnenraum geneigt und endet in einem etwa rechtwinkelig zum Ende lla nach außen verlaufenden Grat llb, er als Auflage für ein zweites Wandteil 12 dient, das den Durchgang 5 zwischen Füllschacht 2 und gegenüberliegender Brennkammerwand 6a nach unten begrenzt.
• Das zweite Wandteil 12 ist hier durch einen Schamottestein gebildet, der sich mit seiner einen Stirnfläche 12a an dem Grat 11 abstützt und mit seiner anderen Stirnfläche 12b an der Innenauskleidung 13 der Brennkammerwand 6a anliegt.
• Im spitzwinkelig zum Füllschacht 2 geneigten Abschnitt lla des ersten Wandteiles 10 befindet sich eine Reihe von parallel zur Unterkante des L-förmigen Einsatzes 10 verlaufender Bohrungen 14 mit schräg nach unten, das heißt also in das Glutbett 9 des Füllschachtes, gerichteter Mittelachse 14a.
• Im Stirnbereich des am freien Ende llb des L-förmigen Einsatzteiles 10 anliegenden zweiten Wandteiles 12 ist ebenfalls eine Reihe von Bohrungen 15 vorgesehen, die auer durch das Wandteil 12 hindurchverlaufen. Ihre Mittelachse 15a verläuft etwa senkrecht zu der Mittelachse der Bohrungen 14. Die Bohrungen 15 enden im Durchgang 5.
• Beide Gruppen von Bohrungen 14 bzw. 15 haben die Aufqabe, einen Sekundärluftstrom aus dem Raum unter dem Füllschachtrost 3 in den Füllschacht 2 bzw. in den Durchgang 5 zu leiten, um einerseits die Verbrennung im Glutbett 9 des Füllschachtes 2 und andererseits die Nachverbrennung der Schwelgase im Durchgang 5 zur Brennkammer 6 zu begünstigen.
• Die Durchmesser der Bohrungen 14 sind kleiner als die der Bohrungen 15. Ihre Größe ist konstruktiv festgelegt und nicht veränderbar.
• Um aber den Sekundärluftstrom in den Füllschacht 2 bzw. zum Durchgang 5 steuern zu können, ist eine Klappe 16 vorgesehen, die um eine Schwenkachse 17, wie durch die Pfeile B bzw. B' in den Figuren 4 und 5 anqedeutet, schwenkbar ist.
• Die Schwenkachse 17 liegt auf zwei in Abständen voneinander an dem L-förmigen Wandteil 10 angeordneten Nasen 18, die vom Füllschacht 2 fort in den Raum unterhalb des Wandteiles 12 ragen. Die Länge der Nasen 18 ist so gewählt, daß die Klappe 16 durch Veränderung ihrer Schwenklage den Zustrom an Sekundärluft sowohl an die Bohrungen 14 als auch an die Bohrungen 15 steuern kann.
• Die Klappe 16 ist an ihrem freien Ende 16a gekrümmt.
• Ihre gesamte Länge ist so gewählt, daß ihr gekrümmtes Ende 16a etwa in den Raum unter dem Füllschachtrost 3 und den Aschenkasten 4 ragt und für die von außen durch den Aschenkasten 4 zuströmende Sekundärluft eine stromliniengünstige Bewegungsbahn ermöglicht. Der Sekundärluftstrom strömt, wie in Figur 3 durch die gestrichelten Pfeile C1 bis C2 angedeutet, durch die Bohrungen 14 zum Glutbett 9 des Füllschachtes 2 und durch die Bohrungen 15 in den Durchgang 5 zur Brennkammer 6.
• Die Stärke des den beiden Verbrennungsräumen zugeführten Sekundärluftstromes läßt sich durch die Einstellung der Klappe 16 verändern. In der in Figur 5 gezeigten Stellung der Klappe 16 ist der Zutritt des Sekundärluftstromes zu den Bohrungen 14 und 15 und damit zum Glutbett 9 bzw. zum Durchgang 5 vollständig gesperrt. In diesem Fall kann Sekundärluft nur ausschließlich durch den Füllschachtrost 3 in das Glutbett gelangen. Eine Nachverbrennung der Schwelgase im Durchgang 5 ist bei dieser Einstellung der Klappe 16 nicht möglich.
• Durch eine Stellschraube 19, die durch die Klappe 16 hindurchraqt und mit ihrem freien Ende am Rand des L- Schenkels 10a des ersten Wandteiles 10 anliegt, kann, abhängig vom Grad der Einschraubtiefe der Stellschraube 19 in der Klappe 16, der öffnungswinkelß gegenüber dem Wandteil 10 festgelegt und damit auch die Stärke des Sekundärluftstromes bestimmt werden.
• Es ist somit möglich, für einen vorgegebenen Brennstoff eine optimale Einstellung der Klappe 16 durch Wahl der entsprechenden Einschraubtiefe der Stellschraube 19 festzulegen, die aber verändert werden kann, sollte sich der zugeführte Brennstoff ebenfalls wandern.
• Anstelle einer Stellschraube 19 kann zur Verstellung der Klappe auch ein Exzenter verwendet werden, dessen Funktionsweise jedem Fachmann ohne weiteres verständlich ist und der sowohl von Hand als auch über einen Stellmotor bedienbar ist.
• Ferner ist es auch möglich, zumindest die mit den Bohrungen versehenen Bereiche der Wand teile 10 und 12 oder auch die gesamten Wandteile 10 und 12 zu einem einzigen Teil, dem sogenannten Gasmischkopf, zu kombinieren, und mit einer Klappe zu versehen.

Claims (14)

1. Patentansprüche c Heizkessel mit einem Füllschacht für den Betrieb mit Festbrennstoffen und einer dem Füllschacht über einen Durchgang nachgeschalteten Brennkammer, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß im Bereich zwischen dem Füllschachtrost (3) und dem unteren Rand der Durchgangsöffnung (5) zwischen dem Füllschacht (2) und der Brennkammer (6) ein erstes Wandteil (10) eingesetzt ist, welches eine Mehrzahl von Bohrungen (14) aufweist, die einen Durchganq für einen im unteren Bereich des Heizkessels zugeführten Sekundärluftstrom mindestens zu dem im Füllschacht (2) befindlichen Glutbett (9) schaffen und daß ferner -eine Klappe (16) vorgesehen ist, mit der der Durchtritt des Sekundärluftstromes durch die Bohrungen (14) des Wandteiles steuerbar ist.
2. 2. Heizkessel nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die untere Begrenzung des Durchganges (5) vom Füllschacht (2) zur Brennkammer (6) durch ein vom ersten Wandteil (10) zu der der Füllschachtwandung gegenüberliegenden Wandung der Brennkammer (6) verlaufendes zweites Wandteil (12) gebildet ist.
3. 3. Heizkessel nach Anspruch 2, d a d u r c h g- e -k e n n z e i c h n e t, daß das zweite Wandteil (12) eine Mehrzahl von Bohrungen (15) aufweist, die einen Durchgang für den im unteren Bereich des Ileizkessels zugeführten Sekundärluftstrom in den Durchgangsbereich (5) bilden.
4. 4. Heizkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Durchtritt des Sekundärluftstromes durch die im zweiten Wandteil (12) vorgesehenen Bohrungen (15) durch die gleiche Klappe (16) steuerbar ist wie der Durchtritt durch die im ersten Wandteil (10) vorgesehenen Bohrungen (14).
5. 5. Heizkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Bohrungen (14) des ersten Wandteiles (10) in einer oder mehreren etwa parallel zur Unterkante des ersten Wandteiles verlaufenden Reihen angeordnet sind.
6. 6. Heizkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die bohrungen (15) im Randbereich des zweiten Wandteiles (12) in einer oder mehreren etwa parallel zur Oberkante des ersten Wandteiles verlaufenden Reihen vorgesehen sind.
7. 7. Heizkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Bohrungen des ersten und des zweiten Wandteiles in einem Winkel, vorzugsweise etwa in einem rechten Winkel, zueinander verlaufen.
8. 8. Heizkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das erste Wandteil (10) mindestens zwei in einem Abstand voneinander angeordnete Nasen (18) aufweist, die in den Bereich unterhalb des zweiten Wandteiles (12) hinein und über den Bereich der Bohrungen (15) des zweiten Wandteiles (12) hinausragen und als Lager für eine Schwenkachse (17) der Klappe (16) dienen.
9. 9. Heizkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Klappe mit ihrem freien Ende (16a) bis in den Bereich unterhalb des Füllschachtrostes (3) ragt.
10. 10. IIeizkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das freie Ende (16a) der Klappe in Richtung zum Füllschacht hin gekrümmt ist.
11. 11. Heizkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t, daß die Winkelstellung der Klappe in Bezug auf das erste Wandteil mit Hilfe einer Stellschraube (19) regelbar ist.
12. 12. Heizkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Schwenkachse der Klappe durch die Außenwandung des Heizkessels hindurchragt und die Klappe von außerhalb des Heizkessels mittels eines Stellhebels (20) in eine Mehrzahl von Raststellen einstellbar ist.
13. 13. IXeizkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Klappe mit einem Stellmotor verstellbar ist, der seinerseits nach Maßgabe eines Signales einer im Abgasstrom angeordneten Sonde betätigbar ist.
14. 14. Heizkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t, daß die Klappenstellung mit Hilfe eines Exzenters (nicht dargestellt) regelbar ist.