DE3507962C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Feuerstätte für gasreiche Fest­ brennstoffe nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Unter Feuerstätten der vorstehend beschriebenen Art werden solche für Wärmeerzeuger, wie Heizkessel, Heizöfen und der­ gleichen, mit Beheizung durch gasreiche Festbrennstoffe, wie Holz, Braunkohle, Torf oder dergleichen, verstanden, denen sowohl Primärluft zur Verbrennung der festen Bestandteile als auch Sekundärluft zur Verbrennung der aus dem Feststoff- Feuerbett austretenden flüchtigen Bestandteile, wie Rauch, zuführbar ist. Unter Feuerstätte soll im folgenden vor allem der Raum verstanden werden, in dem sich die Oxidation des Brenngutes vollzieht. Um besonders bei gasreichen Brenn­ stoffen eine möglichst gute Verbrennung herbeizuführen, wird dem Feuer neben der Primärluft, mit welcher die festen Bestandteile des Brennstoffes reagieren auch Sekundärluft zugeführt, mit welcher die aus dem Feststoff-Feuerbett durch Pyrolyse abgespaltenen flüchtigen Anteile des Brenngutes möglichst vollständig, aber auch ohne Luftüberschuß ver­ brannt werden sollen. Dadurch, daß sich im Laufe einer Brennperiode der Anfall der flüchtigen Bestandteile des Brenngutes verändert - in der Regel abnimmt -, müßte der Sekundärluftdurchfluß in jedem Augenblick dem Anteil der flüchtigen Bestandteile angepaßt werden. Da bisher der Sekundärluftdurchfluß nur nach dem Flammenbild gesteuert wird, ergeben sich mangelhafte, energievergeudende Ver­ brennungszustände, bei denen das Abgas entweder zu viel Rauch oder zu viel überflüssige Luft enthält.

Aus der DE-PS 6 78 866 ist eine Feuerstätte der gattungs­ gemäßen Art bekannt, bei welcher der Sekundärluftdurchfluß nicht automatisch so beeinflußt werden kann, daß sich eine optimale Verbrennung der flüchtigen Bestandteile ergibt, ohne daß überflüssigerweise allzuviel Sekundärluft zugeführt würde, was natürlich eine Verschlechterung des Wirkungs­ grades der Feuerstätte zur Folge hätte.

Aus der DD 1 48 813 ist eine der gattungsgemäßen Feuer­ stätte ähnliche Vorrichtung bekannt, bei der es allerdings nicht möglich ist, die Sekundärluft auf eine Temperatur vorzuerhitzen, welche mindestens die zur Verbrennung der flüchtigen Bestandteile erforderliche Höhe hat. Die Primärverbrennungsluftmenge kann in Abhängigkeit von der Temperatur des zu erwärmenden Mediums entgegengesetzt zur Sekundärluftmenge verändert werden, wobei allerdings keine diesbezügliche Regelung vorgesehen ist, sondern das benötigte Verhältnis von Primärluftverbrennungsmenge zur Sekundärluftmenge der jeweils verwendeten Brennstoffart und Leistungsstufe der Feuerung vorab mittels entsprechender Klappen angepaßt wird. Ist diese Einstellung einmal erfolgt, so findet während des Verbrennungsablaufes keine Veränderung dieses Verhältnisses mehr statt. Die bei der vorstehend beschriebenen Vorrichtung vorgesehene Regelung der Sekundärluftzufuhr in Abhängigkeit von der Temperatur des zu erwärmenden Mediums ermöglicht keine optimale Einstellung des Sekundärluftdurchflusses.

Aus der DE 28 29 270 C2 ist es bekannt, bei einer gasbe­ heizten Kesselanlage zur Verbrennung des seinen Brennwert nicht ändernden Brenngases zwei Sekundärluftanteile zu verwenden, wobei jedoch bestimmte Luftmengen bestimmten Gasmengen eindeutig zugeordnet sind. Eine Einrichtung zur Optimierung der Verbrennungsluftzufuhr in Abhängigkeit vom Brennwert des Rauchgases ist dieser Druckschrift nicht zu entnehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Feuerstätte dahingehend weiterzubilden, daß sich die Einstellung des Sekundärluftdurchflusses optimieren und möglichst ohne Verwendung von Fremdenergie automatisieren läßt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 genannten Merkmale gelöst.

Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Für die Erfindung ist es charakteristisch, daß die der ersten Sekundärlufteinleitung zugeführte Pilotluft lediglich zum Betrieb der als Sonde dienenden Temperaturdifferenzmeß­ einrichtung verwendet wird. Findet durch die so definierte Pilotluft noch eine Verbrennung von eventuell im Abgas vorhandenen brennbaren gasförmigen Stoffen statt, so stellt sich notwendigerweise eine entsprechend der beanspruchten Merkmalskombination erfaßbare Temperaturdifferenz ein. Enthält das Abgas jedoch keine brennbaren Stoffe mehr, so wird die Temperaturdifferenz zu 0. Im Zusammenwirken mit den Temperaturdifferenzreglern wird der variable Hauptsekundär­ luftdurchlaß solange verstellt, bis die Temperaturdifferenz 0 oder nahezu 0 ist.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausfüh­ rungsbeispieles im einzelnen erläutert.

Dabei zeigt die aus einer einzigen Fig. 1 bestehende Zeichnung ein Ausführungsbeispiel einer Feuerstätte nach der Erfindung in senkrechtem, rechtsseitig ausge­ brochenem Schnitt.

Die Verbrennung findet innerhalb eines wärmeisolieren­ den Mantels 2.1, im folgenden Reaktionsrohr genannt, statt. Dieses Rohr kann beliebige Querschnitte haben, im gewählten Beispiel hat das Reaktionsrohr eine runde Form. Im Inneren des Reaktionsrohres sind zwei Wärme­ austauscher 3.1 und 16.1 untergebracht. In 3.1 wird der variable Teil der Sekundärluft, die Brennluft, erhitzt, in 16.1 der konstante Anteil, die Pilotluft. Durch die Rohrleitung 4.1 wird die Brennluft zum Wärmeaustauscher 3.1 geleitet. Sie bewegt sich in 3.1 zunächst abwärts, umspült hier eine rotationssymmetrische Luftumlenkung aus Blech, strömt etwa ab Höhe eines Feuerrostes 5.1 wieder nach oben und tritt über eine oder mehrere geschlossene Lochreihen, welche sich in einem zentra­ len, den Wärmeaustauscher 3.1 abschließenden Luftver­ teiler 3.1′ befinden, in den mit 1.1 bezeichneten Feu­ erraum ein.

Der Wärmeaustauscher 16.1, der im oberen Teil des Reak­ tionsrohres angeordnet ist und über eine Rohrleitung 17.1 mit der freien Atmosphäre in Verbindung steht, erhitzt die Pilotluft, deren Durchfluß bei etwa 10% oder weniger des maximalen Wertes der Brennluft liegt. Die durch die Rohrleitung 17.1 eintretende Pilotluft wird durch die Löcher 16.1′ in den Feuerraum 1.1 gelei­ tet.

Ober- und unterhalb der Lochreihe in 16.1′ sind erfin­ dungsgemäß die Fühler 18.1 bzw. 19.1 eines Temperatur­ differenzreglers angebracht, welcher in der rechten Zeichnungshälfte der Fig. 3 angedeutet ist. Die Fühler 18.1 und 19.1 bestehen zum Beispiel aus zwei geschlos­ senen Stahlrohren, welche über angedeutete Kapillarroh­ re 18.1′′ bzw. 19.1′′ mit Metallbälgen 18.1′ und 19.1′ verbunden sind, deren Böden aneinander fixiert sind. Die miteinander verbundenen Räume innerhalb 18.1 und 18.1′ bzw. 19.1 und 19.1′ sind zum Beispiel mit Stick­ stoff gefüllt, dessen Druck in beiden Systemen gleich hoch ist und zum Beispiel 5 bar beträgt.

Am Anfang einer Brennperiode wird das Brennstoffbett aufgeschichtet und angezündet. Das Ventil 21 des Tempe­ raturdifferenzreglers, dessen Kegel 21.1 identisch sein kann mit dem Federrohrboden des Federrohres 19.1′ und dessen Sitz 21.2 eine ringförmige Verengung des Regler­ gehäuses sein kann, ist geschlossen, denn der Schließ­ zustand ist zugeordnet der Pilottemperatur "0", die dadurch zustande kommt, daß 18.1 und 19.1 die gleiche Temperatur haben. Da das Feuer nur durch den einstell­ baren Zustrom von Primärluft aufrechterhalten wird, welche über die Zuleitung 7.1 den Wärmeaustauscher 6.1 und die Einblasöffnung 6.1′ in den Raum unter dem Rost geleitet wird, ist die Verbrennung zunächst mangelhaft. Aus dem Feuerbett entweichen die ersten Pyrolyse-Pro­ dukte, die teilweise unter Abgabe von Wärme verbrennen und teilweise in Form von Rauch dem nach oben steigen­ den Abgas beigemischt bleiben, welche über 10.1 zum Schornstein strömt.

Auf diesem Weg durch den Feuerraum 1.1 erhitzt der Rauchgasstrom die Pilotluft und die Brennluft in den Wärmeaustauschern 16.1 und 3.1. Verbrennt der Rauch nach Passieren des Luftverteilers 16.1′, dann wird die Temperatur des Fühlers 18.1 über jener des Fühlers 19.1 liegen.

Hierdurch wird der Druck in dem Metallbalg 18.1′ höher sein als in dem Metallbalg 19.1′ und die miteinander festverbundenen Federrohrböden bewegen sich unter Öff­ nung des Ventiles 21 nach unten, so daß Frischluft aus einem mit der freien Atmosphäre verbundenen Rohr 20 über das Rohr 4.1 in den Wärmeaustauscher 3.1 eintritt. Nunmehr findet die Rauchoxydation bereits am Luftver­ teiler 3.1′ statt.

Verbrennt der Rauch in dem Bereich zwischen den Luft­ verteilern 3.1′ und 16.1′ vollkommen, dann erhöht sich zwar die Temperatur von 18.1 und 19.1, aber die Pilot­ temperatur wird zu "0".

Dadurch wird das Ventil 21 wieder gedrosselt und es stellt sich ein Durchfluß im Rohr 4.1 ein, welcher gerade so groß ist, daß die Pilottemperatur zwischen den Fühlern 18.1 und 19.1 hinreichend niedrig ist. Wird die Pilottemperatur zu "0", dann schließt das Ventil 21 vollkommen, erreicht sie zum Beispiel den Wert 10 bis 20° K, dann wird 21 vollkommen geöffnet. In diesem Zustand stellt die Dimensionierung, insbesondere der Löcher in 3.1′, sicher, daß auch die größte anfallende Rauchmenge verbrannt wird und nur noch eine kleine Restmenge bei 16.1′.

Sind die flüchtigen Bestandteile des Brennstoffes aus dem Feuerbett vollständig ausgetrieben, dann wird die Pilottemperatur "0" und 21 geschlossen.

Die Wärmeaustauscher 16.1 und 3.1 sind vorteilhaft so dimensioniert, daß das Temperaturgefälle zwischen wär­ mespendendem Abgas und erwärmter Sekundärluft möglichst gering ist. Das Verfahren ist jedoch auch bei anderen Temperaturgefällen anwendbar, insbesondere wenn Brenn­ luft und Pilotluft kalt in den Feuerraum strömen.

Soll zum Beispiel aus Kostengründen auf eine besondere Zuleitung und Erhitzung der Pilotluft verzichtet wer­ den, nicht jedoch auf die Steuerung der Brennluft, so kann der Fühler 19.1 auch unterhalb des Luftverteilers 3.1′ angeordnet werden, während der Fühler 18.1 in einer Entfernung oberhalb von 3.1′ angeordnet wird, innerhalb welcher die Rauchoxidation vollendet ist. Um in diesem Falle die Zuführung der Pilotluft sicherzu­ stellen, muß das Stellglied des Reglers 21 so gestaltet sein, daß es nie vollständig schließt. Beispielsweise mit Hilfe eines Anschlages kann dafür gesorgt werden, daß ein Mindestdurchfluß von 10% und weniger des maximalen Brennluftdurchflusses den Luftverteiler 3.1′ immer passiert.

Überschreitet die Pilottemperatur einen vorgegebenen kleinen Wert, zum Beispiel 10 bis 20°K, so öffnet das Stellglied 21 des Reglers vollständig. Der Durchfluß der Brennluft bei dieser Stellung sollte so dimensio­ niert werden, daß die Verbrennung der maximal möglichen Rauchmenge gesichert ist. Befinden sich am Ende der Brennperiode keine brennbaren Bestandteile mehr im Abgasstrom, so wird die Pilottemperatur zu "0" und der Regler sorgt dafür, daß auch die Brennluft auf den Wert "0" gestellt wird, diesem Zustand fließt demnach nur noch eine geringe Sekundärluftmenge, nämlich die Pilot­ luft, in den Rauchgasstrom.

Claims (4)

1. Feuerstätte für gasreiche Festbrennstoffe, mit einer Primärluftzuführung zum Zuführen von Primärluft zur Ver­ brennung der festen Bestandteile des Brenngutes, einer Sekundärluftzuführung zum Zuführen von Sekundärluft zur Verbrennung der flüchtigen Bestandteile des Brenngutes und einer Einrichtung zum Vorerhitzen der Sekundärluft auf eine Temperatur, welche mindestens die zur Verbrennung der flüchtigen Bestandteile erforderliche Zündtemperatur hat,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Sekundärluftzuführung eine erste Sekundärlufteinleitung (16.1′), durch die ein nicht variabler Teil, höchstens 10%, der gesamten maximal not­ wendigen Sekundärluft zuführbar ist, und eine zweite Se­ kundärlufteinleitung (3.1′) aufweist, durch die ein zwischen 90% oder mehr und 0% der gesamten maximal not­ wendigen Sekundärluft einstellbarer Teil der Sekundärluft zuführbar ist; und
daß ein Temperaturdifferenzregler (18.1, 19.1) zum Regeln des Sekundärluftdurchflusses durch die zweite Sekundärlufteinleitung in Abhängigkeit von der Differenz der Temperaturen des Rauchgasstromes vor und hinter der ersten Sekundärlufteinleitung (16.1′) vorge­ sehen ist; und
daß die erste Sekundärlufteinleitung (16.1′) soweit von der dichter am Feuerbett liegenden zweiten Sekundärlufteinleitung (3.1′) rauchstromabwärts angeordnet ist, daß innerhalb des Abstandes zwischen der zweiten Sekundärlufteinleitung (3.1′) und der ersten Se­ kundärlufteinleitung (16.1′) die flüchtigen Bestandteile des Brenngutes vollständig verbrennen.

2. Feuerstätte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzungseinrichtung für die Sekundärluft einen ersten Wärmeaustauscher (16.1) für den durch die erste Se­ kundärlufteinleitung (16.1′) zugeführten Teil der Sekun­ därluft und einen zweiten Wärmeaustauscher (3.1) für den durch die zweite Sekundärlufteinleitung (3.1′) zugeführten Teil der Sekundärluft aufweist.

3. Feuerstätte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Temperaturdifferenzregler ein System von zwei gegeneinander geschalteten Gasdruck-Temperaturreglern (18.1′ und 19.1′) aufweist, welche ein Reglerstellglied (20) schließen, wenn die Temperatur der Fühler (18.1′ und 19.1′) der beiden Systeme gleich groß ist.

4. Feuerstätte nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die beiden Teile der Sekundärluft in einer Rauchgasstromverengung eingespeist werden.