DE3406763C2 - Heizkessel für den Betrieb mit Festbrennstoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Heizkessel mit einem Füllschacht für den Betrieb mit Festbrennstoffen und einer dem Füllschacht über einen Durchgang nachgeordneten Brennkammer, wobei im Eingangsbereich des Durchgangs eine steuerbare Sekundärluft­ strömung in einem Sekundärluftkanal einmündet, der zwischen dem Füllschachtrost und dem unteren Rand der Durchgangsöff­ nung einerseits und zwischen dem Füllschacht und der Brenn­ kammer andererseits ein erstes Wandteil mit einer Mehrzahl von Bohrungen aufweist, die einen Durchgang für einen im unte­ ren Bereich des Heizkessels zugeführten Sekundärluftstrom min­ destens zu dem im Füllschacht befindlichen Glutbett schaffen.

Aus DE-GM 14 89 322 ist ein Heizkessel der vorgenannten Art bekannt, bei dem ein Sekundärluftkanal hinter dem eigent­ lichen Füllschachtrost im wesentlichen senkrecht nach oben angeordnet ist, wobei der Sekundärluftkanal unterseitig zur Regulierung der Sekundärluftströmung einen einstellbaren Schlitzschieber aufweist. Der Schlitzschieber wird ferner noch durch eine im Aschenraum angebrachte Frischluftzuführungs­ klappe gesteuert, welche in der Regel unter der Wirkung eines Thermostates steht. An der Oberseite des Sekundärluftkanals schließen sich gebogene Durchgangskanäle an, welche in einem feuerfesten Stein im Bereich des Durchgangs zwischen Füll­ schacht und Brennkammer angeordnet sind. Die bekannte steuer­ bare Sekundärluftströmung ist mit vergleichsweise komplizier­ ten konstruktiven Mitteln gelöst. Sowohl die eigentliche Regeleinrichtung, der Schlitzschieber, als auch die Steuer­ kanalführung sind aufwendig getroffen. Es ergeben sich un­ günstige Strömungsverhältnisse sowohl auf der Eingangsseite des Sekundärluftkanals im Bereich des Schlitzschiebers als auch auf der Außenseite des Sekundärluftkanals durch die dort ausgebildeten gekrümmten Durchgangskanäle.

Aufgabe der Erfindung ist im wesentlichen die Beseitigung der vorgenannten Nachteile des Stands der Technik durch Schaffung eines Heizkessels der eingangs genannten gattungsgemäßen Art, welcher sehr einfach im Bereich der steuerbaren Sekundärluft­ strömung bei sehr guten Regelungsmöglichkeiten der Sekundär­ luft aufgebaut ist.

Gelöst wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Vorteilhaft weitergebildet wird der Erfindungsgegenstand durch die Merkmale der Unteransprüche 2 bis 12.

Wesen der Erfindung ist insbesondere die Ausbildung eines sehr einfach aufgebauten Sekundärluftkanals durch ein erstes Wand­ teil der gattungsgemaßen Art auf der einen Seite und auf der anderen Seite durch eine bewegliche Wand in Form einer schwenk­ baren Steuerklappe, die den Durchtritt des Sekundärluftstroms durch die Bohrungen des ersten Wandteils steuert. Durch die Steuerklappe ist mit sehr einfachen kompakten konstruktiven Mitteln eine Feinregelung der Sekundärluftströmung möglich. Durch ein Verstellen der Steuerklappe wird die gesamte Wand des Sekundärluftkanals verstellt. Je nach Stellung der Steuer­ klappe ergibt sich eine unterschiedliche Konizität im Durch­ strömungsquerschnitt. In jeder Stellung der Steuerklappe ist ein guter Durchzug im Sekundärluftkanal sichergestellt. Im Gegensatz zur erfindungsgemäßen verschwenkbaren Steuerklappe richtet der vorgenannte bekannte Schlitzschieber gemäß DE-GM 14 89 322 nur eine grobe Regelung der Sekundärluft bei schlechten Durchströmungsverhältnissen ein, da der Durchströ­ mungsquerschnitt des Kanals unabhängig von der Stellung des Schlitzschiebers, d. h. konstant, ist. Die Strömungsverhält­ nisse im bekannten Sekundärluftkanal werden weiter verschlech­ tert durch die oberen gekrümmt ausgebildeten bekannten Durch­ gangskanäle. Von Vorteil ist, daß die Sekundärluft im Betrieb sehr gut vorgewärmt wird, da der Sekundärluftkanal direkt an der Wand des Füllschachtes liegt.

Die Sekundärluft-Steuerklappe regelt nicht nur den Durchtritt durch die Bohrungen, sondern gemäß vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung gemäß Patentanspruch 2 auch den Durchtritt durch die Bohrungen, die im zweiten Wandteil vorgesehen sind.

Je nach Wahl des Festbrennstoffes läßt sich somit durch ent­ sprechende Einstellung der Steuerklappe ein optimales Verbren­ nungsgas-Luftgemisch im Ausgangsbereich des Füllschachtes er­ reichen, 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 Festbrenn­ stoffart optimale Verbrennungsbedingungen geschaffen sind, läßt sich durch die verstellbare Steuerklappe das Primär- Sekundärluftverhältnis verändern, da der Sekundärluftstrom durch die vorhandenen Bohrungen des ersten Wandteiles ge­ steuert und den Abbrandbedingungen des jeweils im Füllschacht vorhandenen Festbrennstoff angepaßt werden kann. Mit anderen Worten durch Änderung der Steuerklappenstellung erhält man einen Effekt, der einer Änderung des Bohrungsquerschnittes entsprechen würde.

Dem Fachmann ist bekannt, daß einerseits die Zufuhr von Sekun­ därluft in das Glutbett, welches sich im unteren Bereich des Füllschachtes befindet, die Verbrennung des Festbrenn­ stoffes 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 ge­ langende Schwelgase durch die zugeführte Sekundärluft nach­ verbrannt werden können, so daß ein optimaler Wirkungsgrad bei geringsten Emissionen erzielt wird.

Um auch hier durch regelbaren Zustrom von Sekundärluft opti­ male Verhältnisse zu schaffen, ist vorzugsweise die untere Begrenzung des Durchganges vom Füllschacht zur Brennkammer durch ein zweites Wandteil 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 ermög­ lichen. Der Sekundärluftstrom ist hierbei durch die gleiche Steuerklappe steuerbar, die auch die durch das erste Wand­ teil in erster Linie dem Glutbett zugeführte Sekundärluft regelt.

Die Stellung der Steuerklappe kann entweder mit Hilfe einer Stellschraube gewählt werden. Diese Arbeitsweise wird vor­ zugsweise 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 ge­ fahren werden, dann ist es vorteilhaft, die Klappeneinstel­ lung 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, z. B. aus Papier­ schnitzeln, Holzspänen, Hackschnitzeln oder dergl., konti­ nuierlich während des Abbrandes, dann kann vorzugsweise eine automatische Verstellung der Steuerklappe gewählt wer­ den, indem man diese durch einen Stellmotor betätigt, der seinerseits durch Signale einer Sonde im Abgasstrom steuer­ bar ist.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Figurenbeschreibung.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben; es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Heizkes­ sels,

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 Steuerklappenendstellung.

Sich entsprechende Teile sind in der nachstehenden Beschrei­ bung 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 ge­ trennt ist. Der Füllschacht 2 ist durch einen Durchgang 5 mit einer Brennkammer 6 verbunden, die ihrerseits zu den Wärme­ tauschern 7 und schließlich zum Abzug 8 führt. Der Durch­ gang 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 11a des L- förmigen Einsatzes 10 verläuft zunächst in einem spitzen Winkel α zur Vertikalen zum Füllschachtinnenraum geneigt und endet in einem etwa rechtwinkelig zum Ende 11a nach außen verlaufenden Grat 11b, der als Auflage für ein zwei­ tes Wandteil 12 dient, das den Durchgang 5 zwischen Füll­ schacht 2 und gegenüberliegender Brennkammerwand 6a nach unten begrenzt. Das zweite Wandteil 12 ist hier durch einen Schamottestein gebildet, der sich mit seiner einen Stirn­ fläche 12a an dem Grat 11 abstützt und mit seiner anderen Stirnfläche 12b an der Innenauskleidung 13 der Brennkammer­ wand 6a anliegt.

Im spitzwinkelig zum Füllschacht 2 geneigten Abschnitt 11a des ersten Wandteiles 10 befindet sich eine Reihe von paral­ lel zur Unterkante des L-förmigen Einsatzes 20 verlaufender Bohrungen 14 mit schräg nach unten, d. h. also in das Glut­ bett 9 des Füllschachtes, gerichteter Mittelachse 14a.

Im Stirnbereich des am freien Ende 11b des L-förmigen Ein­ satzteiles 10 anliegenden zweiten Wandteiles 12 ist eben­ falls eine Reihe von Bohrungen 15 vorgesehen, die quer 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 Aufgabe, einen Sekundärluftstrom aus dem Raum unter dem Füllschacht­ rost 3 in den Füllschacht 2 bzw. in den Durchgang 5 zu lei­ ten, um einerseits die Verbrennung im Glutbett 9 des Füll­ schachtes 2 und andererseits die Nachverbrennung der Schwel­ gase 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 Steuerklappe 16 vorgesehen, die um eine Schwenkachse 17, wie durch die Pfei­ le B bzw. B′ in den Fig. 4 und 5 angedeutet, 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 Steuerklappe 16 durch Veränderung ihrer Schwenklage den Zustrom an Sekundärluft sowohl an die Bohrungen 14 als auch an die Bohrungen 15 steuern kann.

Die Steuerklappe 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 Aschen­ kasten 4 zuströmende Sekundärluft eine stromliniengünstige Bewegungsbahn ermöglicht. Der Sekundärluftstrom strömt, wie in Fig. 3 durch die gestrichelten Pfeile C₁ bis C₂ ange­ deutet, durch die Bohrungen 14 zum Glutbett 9 des Füllschach­ tes 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 Steuerklappe 16 verändern. In der in Fig. 5 gezeigten Stel­ lung der Steuerklappe 16 ist der Zutritt des Sekundärluft­ stromes 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 Füllschacht­ rost 3 in das Glutbett gelangen. Eine Nachverbrennung der Schwelgase im Durchgang 5 ist bei dieser Einstellung der Steuerklappe 16 nicht möglich.

Durch eine Stellschraube 19, die durch die Steuerklappe 16 hindurchragt und mit ihrem freien Ende am Rand des L-Schen­ kels 10a des ersten Wandteiles 10 anliegt, kann, abhängig vom Grad der Einschraubtiefe der Stellschraube 19 in der Steuerklappe 16, der Öffnungswinkel β gegenüber dem Wand­ teil 10 festgelegt und damit auch die Stärke des Sekundär­ luftstromes bestimmt werden. Es ist somit möglich, für einen vorgegebenen Brennstoff eine optimale Einstellung der Steuer­ klappe 16 durch Wahl der entsprechenden Einschraubtiefe der Stellschraube 19 festzulegen, die aber verändert werden kann, sollte sich der zugeführte Brennstoff ebenfalls ändern.

Anstelle einer Stellschraube 19 kann zur Verstellung der Klappe auch ein Exzenter verwendet werden, dessen Funktions­ weise 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 Wandteile 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 (12)

1. Heizkessel (1) mit einem Füllschacht (2) für den Betrieb mit Festbrennstoffen und einer dem Füllschacht (2) über einen Durchgang nachgeordneten Brennkammer (6), wobei im Eingangsbereich des Durchgangs eine steuerbare Sekundär­ luftströmung in einem Sekundärluftkanal einmündet, der zwischen dem Füllschachtrost (3) und dem unteren Rand der Durchgangsöffnung (5) einerseits und zwischen dem Füllschacht (2) und der Brennkammer (6) andererseits ein erstes Wandteil (10) mit einer Mehrzahl von Bohrun­ gen (14) aufweist, die einen Durchgang für einen im unteren Bereich des Heizkessels zugeführten Sekundär­ luftstrom mindestens zu dem im Füllschacht (2) befind­ lichen Glutbett (9) schaffen, dadurch gekennzeichnet, daß die dem ersten Wandteil (10) gegenüberliegende andere Wand des Sekundärluftkanals durch eine schwenkbare Steuer­ klappe (16) gebildet ist, die den Durchtritt des Sekun­ därluftstroms durch die Bohrungen (14) des ersten Wand­ teils (10) steuert.

2. Heizkessel nach Anspruch 1, mit einem zweiten Wandteil (12) als untere Begrenzung der Durchgangsöffnung (5) vom Füll­ schacht (2) zur Brennkammer (6), dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Wandteil (12) eine Mehrzahl von Bohrun­ gen (15) aufweist, die einen Durchgang für den im unte­ ren Bereich des Heizkessels zugeführten Sekundärluft­ strom in den Durchgangsbereich bilden, und daß der Durchtritt des Sekundärluftstroms durch die im zweiten Wandteil (12) vorgesehenen Bohrungen (15) durch die gleiche Steuerklappe (16) steuerbar ist wie der Durch­ tritt durch die im ersten Wandteil (10) vorgesehenen Bohrungen (14).

3. Heizkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (14) des ersten Wandteiles (10) in einer oder mehreren etwa parallel zur Unterkante des ersten Wandteiles verlaufenden Reihen angeordnet sind.

4. Heizkessel nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (15) im Randbereich des zweiten Wand­ teiles (12) in einer oder mehreren etwa parallel zur Oberkante des ersten Wandteiles verlaufenden Reihen vor­ gesehen sind.

5. Heizkessel nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen des ersten und des zweiten Wandteiles in einem Winkel, vorzugsweise etwa in einem rechten Win­ kel, zueinander verlaufen.

6. Heizkessel nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, 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 zwei­ ten Wandteiles (12) hinausragen und als Lager für eine Schwenkachse (17) der Steuerklappe (16) dienen.

7. Heizkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappe mit ihrem freien Ende (16a) bis in den Bereich unterhalb des Füllschachtrostes (3) ragt.

8. Heizkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende (16a) der Klappe in Richtung zum Füllschacht hin gekrümmt ist.

9. Heizkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelstellung der Klappe in Bezug auf das erste Wandteil mit Hilfe einer Stellschraube (19) regelbar ist.

10. Heizkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse der Klappe durch die Außenwandung des Heizkessels hindurchragt und die Klappe von außer­ halb des Heizkessels mittels eines Stellhebels (20) in eine Mehrzahl von Raststellen einstellbar ist.

11. Heizkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappe mit einem Stellmotor verstellbar ist, der seinerseits nach Maßgabe eines Signales einer im Abgas­ strom angeordneten Sonde betätigbar ist.

12. Heizkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappenstellung mit Hilfe eines Exzenters ein­ stellbar ist.