DE3524962A1 - Verbrennungsofen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsofen mit einem Füllschacht für zu verbrennende Stoffe, der über einen Durchgang mit einer Brennkammer verbunden ist.

Es ist bereits bekannt, Verbrennungssysteme zu verwenden, bei denen die bei der Verbrennung von Feststoffen ent­ stehenden Rauchgase zusätzlich verbrannt werden, um einen höheren Wirkungsgrad der Brennstoffe zu erzielen. Dies wird bisher dadurch erreicht, daß die beim Anheizen des Ofens entstehenden Schwelgase zusammen mit der überschüs­ sigen Luft aus dem Füllschacht abgesaugt und mit Frisch­ luft gemischt dem Glutbett zur Nachverbrennung zugeführt werden. Zu diesem Zweck ist zwischen dem Füllschacht und dem Isoliermantel des Ofens ein Kanal vorgesehen, der im Bereich seiner Sohle mit einer regulierbaren Frischluft­ zufuhr in Verbindung steht. Diese Maßnahme reicht für sich allein noch nicht aus, um praktisch alle unverbrannten An­ teile der Rauchgase von der Rauchgaskammer und den Rauchgas­ zügen fernzuhalten.

Der vorgenannte Stand der Technik wird gemäß DE-GM 79 19 301 durch eine sogenannte Zündschleuse für eine Rauchgasnachver­ brennung verbessert, welche in einem Durchlaß zwischen dem Füllschacht und der nachgeordneten Brennkammer angeordnet ist. Die Zündschleuse besteht aus einem Körper aus wärme­ speicherndem Material, beispielsweise aus Schamotte. Hier­ durch ist es möglich, den Körper durch den Brenner bis zum Glühen aufzuheizen und dann den Brenner abzuschalten. Im Betrieb werden unverbrannte Anteile der Rauchgase beim Durch­ strömen des glühenden Schamottekörpers verbrannt, so daß eine größere Reinheit der Rauchgase als beim eingangs erwähnten Stand der Technik gewährleistet ist.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verbrennungs­ ofens der eingangs genannten Art, der einfach aufgebaut ist und einen sehr hohen Wirkungsgrad der Brennstoffe durch Ver­ brennung praktisch sämtlicher Brennstoff- bzw. Rauchgasbestand­ teile erzielt.

Gelöst wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch, daß der Durchgang zwischen Füllschacht und eigentlicher Brenn­ kammer eine Rauchgasnachverbrennungs-Wirbelkammer umfaßt.

Die Wirbelkammer besitzt bevorzugt einen vergleichsweise engen Einzugskanal, der vom Füllschacht schräg nach oben verläuft und im Bereich einer ersten Wirbelkammerwand insbesondere tangential zur ersten Wirbelkammerwand in die Wirbelkammer einmündet. Der Einzugskanal ist vorzugsweise zur Kammer hin verjüngt ausgebildet.

Die Rauchgasnachverbrennungs-Wirbelkammer ist zweckmäßiger­ weise im wesentlichen zylindrisch ausgebildet, kann aber auch in alternativer Ausgestaltung kantige Absätze besitzen, d.h. im Querschnitt vieleckig ausgebildet sein.

Oberhalb der Rauchgasnachverbrennungs-Wirbelkammer befindet sich ein Abzugskanal zur darüber angeordneten Brennkammer, wobei unmittelbar am Ausgang an der Oberseite der Wirbel­ kammer in Richtung Abzugskanal eine Nasenversetzung vorge­ sehen ist, die eine erste Nase an der ersten Wirbelkammer­ wand, an welcher der Einzugskanal tangential einmündet, und eine zweite Nase an der gegenüberliegenden Wirbelkammerwand umfaßt, und zwar in einer räumlichen Anordnung, daß die erste Nase radial näher zum Zentrum der Wirbelkammer als die zweite Nase gelegen ist.

Der Abzugskanal weist in vorteilhafter Weiterbildung zumindest eine Schrägfläche nach Art des Einzugskanals auf.

Bevorzugt kann der Abzugskanal zur Brennkammer hin erweitert, d.h. mit mehreren Schrägflächen, ausgebildet sein.

Die Brennkammer selbst kann an ihrem Ausgang eine weitere Schrägwand besitzen, welche einen verjüngten Abzugsschacht zu den nachgeordneten Rauchgaszügen eines Wärmetauschers aufweist.

In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung können zwei oder mehrere Rauchgasnachverbrennungs-Wirbelkammern nebeneinander, d.h. in gleicher Höhe des Verbrennungsofens vorgesehen sein.

Auch können einzelne Wirbelkammern längs des Durchgangs hintereinander bzw. übereinander angeordnet sein.

Die Rauchgasnachverbrennungs-Wirbelkammern bestehen bevorzugt aus Schamotte bzw. aus Plicast.

Jede oder sämtliche Wirbelkammer(n) einschließlich Ein- und Abzugskanal können als auswechselbare Baueinheit im Verbren­ nungsofen vorgesehen sein, wobei bevorzugt die Querschnitte des Ein- und Abzugskanals eingestellt bzw. verändert werden können, um die Brennleistung einzustellen. Dies geschieht bevorzugt durch zumindest zwei versetzbare Brennkammerteile, die relativ zueinander verschoben werden können, wobei der eine versetzbare Teil die erste Wirbelkammerwand einschließ­ lich benachbarter Wand des Ein- und Abzugskanals und der andere versetzbare Teil die andere Wirbelkammerwand einschließ­ lich der anderen gegenüberliegenden Ein- und Abzugskanalwände umfaßt. Werden beide Bauteile in Höhenrichtung relativ zuein­ ander versetzt, werden auch die wirksamen Durchzugsquerschnitte verändert.

Durch die Erfindung werden sämtliche aus dem Füllschacht bzw. Verbrennungsraum in die nachgeordnete Brennkammer strömenden Heizgase gezwungen, die Wirbelkammer zu passieren, bevor sie zur nachgeordneten höherliegenden eigentlichen Brennkammer gelangen und dort letztlich verbrannt werden. Ein guter Durchzug durch den Durchgang zwischen Füllschacht und Brenn­ kammer wird insbesondere durch die vergleichsweise engen Querschnitte des Einzugskanals vor der Wirbelkammer und des Abzugskanals nach der Wirbelkammer erreicht, wobei der Einzugskanal vorzugsweise zur Wirbelkammer hin verjüngt nach Art einer Düse und der Abzugskanal in Richtung Brenn­ kammer erweitert ausgebildet sind. Dazwischen befindet sich die Wirbelkammer mit vergleichsweise breitem Querschnitt, und es ist der Gesamtquerschnitt der Wirbelkammer so ge­ troffen, daß die in die Wirbelkammer eintretenden Gase einem Verweilvorgang unterworfen werden, in welcher eine gute Verbrennung der unverbrannten Brennstoffbestandteile stattfinden kann. Gleichwohl ist durch die Gesamtanordnung Sorge dafür getragen, daß eine hohe Verwirbelung in der Wirbelkammer eintritt, welche eingangsseitig den Durch­ zug erhöht und ausgangsseitig dazu führt, daß bereits in die nachgeordnete Brennkammer entwichende noch unverbrann­ ten Restbestandteile des Brennstoffs in die Wirbelkammer zurückgezogen werden, unterstützt durch das Eigengewicht der unverbrannten Bestandteile und die Schrägflächen des Abzugskanals. Bereits in die Brennkammer entwichene Be­ standteile werden mithin nochmals zur Wirbelkammer ge­ leitet und einer Nachverbrennung zugeführt. In der Wir­ belkammer selbst tritt praktisch keine Verschmutzung von anhaftenden oder liegengebliebenen Teilen ein, da die Wirbelkammer selbst keinen festen Boden besitzt, sondern an dieser Stelle die Einmündung des Einzugskanals, so daß nicht exakt verwirbelte Bestandteile nicht in der Wirbel­ kammer liegenbleiben können, allenfalls zum Füllschacht zurückgeleitet werden, sofern dies die Strömung im Ein­ zugskanal zuläßt. Die Drehbewegung bzw. Verwirbelung der Teilchen in der Wirbelkammer wird in erster Linie durch die tangentiale Einmündung des Einzugskanals in die Wir­ belkammer und durch die im wesentlichen zylindrische Aus­ bildung der Wirbelkammer selbst erreicht, sowie insbeson­ dere durch die oberseitige "Nasenversetzung", wobei die erste Nase näher am Zentrum des Wirbels als die zweite Nase liegt, einströmende Gase also gezwungen werden, zu­ mindest eine 360°-Drehbewegung in der Wirbelkammer aus­ zuführen. Bei dem vorgeschilderten Vorgang wird der Ab­ brand bzw. Ausbrand der Schwebeteilchen so hochgradig verbrannt, daß die Rauchgasemission bis auf ein Minimum reduziert ist, wodurch die Reinheit der Umgebung letzt­ lich erhalten bleibt. Bereits nach kurzer Inbetriebnahme des Verbrennungsofens tritt praktisch vollständige Ver­ brennung der Brennstoffe ein. Es werden sämtliche Rauch- und Schwelgase gezündet und exakt verbrannt. Mit dem gu­ ten Wirkungsgrad des Verbrennungsofens geht auch eine opti­ male Brennstoffausnützung einher, d.h. eine vorgegebene Heizleistung verlangt nur eine geringe Brennstoffmenge. Die Wirbelkammer(n) ist/sind bevorzugt auswechselbar. Das erfindungsgemäße Wirbelkammerverfahren kann nicht nur bei Verbrennungsöfen und/oder Heizkesseln kleiner bis mitt­ lerer Größenordnung, sondern auch bei Großkesselanlagen und bei Küchen-Kachelherden wie auch bei Kachelöfen verwendet werden. Herkömmliche Kachelöfen sind bekanntlich sehr schlecht in ihrem Ausbrand, was durch die Erfindung vermieden wird. Die Einstellbarkeit der Durchzugsquerschnitte gestattet eine optimale Heizleistungsanpassung eines Verbrennungs­ ofens bei optimalem Verbrennungsgrad. Trotz gutem Durch­ zug und effektiver Nachverbrennung im erfindungsgemäßen Durchgang wirkt der Durchgang durch seinen konstruktiven Aufbau als Trennglied zwischen Füllschacht und nachgeord­ neter Brennkammer, d.h. selbst bei einem mit Brennstoff vollgefüllten Füllschacht gelangt von Haus aus kein Brenn­ stoff in die Wirbelkammer, und zwar aufgrund der höheren Anordnung der Wirbelkammer und insbesondere aufgrund der Verjüngung des schräg nach oben verlaufenden Einzugskanals.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungs­ beispiels unter Bezugnahme auf die aus einer einzigen Figur bestehende Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung ist schematisch eine vertikale Schnittan­ sicht eines Verbrennungsofens mit der Erfindung veranschau­ licht.

Der Verbrennungsofen 1 besitzt an seiner einen (Front-)Seite einen vertikalen Füllschacht 2 mit oberem Füllschachtdeckel 16. Die Brennstoff-Festkörper fallen im Füllschacht 2 auf einen (Rüttel-)Rost 19.

An vorderster Vertikalfront ist im Verbrennungsofen 1 ein vertikal verlaufender Luft- bzw. Schwelgaskanal 22 ausge­ bildet, durch welchen Luft durch eine Primärzuluftklappe 20 zum Füllschacht 2 gelangen kann, und zwar für einen oberen Abbrand im Füllschacht 2 durch Eintritt der Luft durch die obere Eintrittsöffnung 24 bei Stellung der Umstellklappe 21 gemäß Zeichnung und für einen unteren Abbrand im Füllschacht 2 durch Eintritt der Luft durch die untere Eintrittsöffnung 23 in der anderen nicht veranschaulichten Stellung der Umstell­ klappe 21, wobei dann auch Schwelgase des Füllschachts 2 durch die obere Öffnung 24 im Kanal 22 nach unten zu den Seitenöffnungen 27 bzw. zur unteren Eintrittsöffnung 23 zurückgeleitet und einer Nachverbrennung zugeführt werden.

Hinter dem eigentlichen Füllschacht 2 befindet sich im Ver­ brennungsofen 1 an oberer Stelle eine Brennkammer 3 und eine darunterliegende Rauchgasnachverbrennungs-Wirbelkammer 4, die ihrerseits über einen unteren schräg nach oben verlau­ fenden Einzugskanal 5 mit der Unterseite des Füllschachts 2 und über einen oberen Abzugskanal 7 mit der darüberliegen­ den Brennkammer 3 verbunden ist.

Der Einzugskanal 5 ist in Richtung Wirbelkammer 4 verjüngt ausgebildet und weist eine untere schräg nach oben gezogene Schrägfläche 11 auf, die tangential in die darüberliegende im Querschnitt im wesentlichen zylindrische Wirbelkammer 4 anschließt. Die mit der Schrägfläche 11 verbundene erste Wirbelkammerwand 6 weist an oberer Stelle eine erste Nase 8 auf, welche zum Zentrum der Wirbelkammer 4 näher gelegen ist als eine zweite Nase 9 an der anderen gegenüberliegenden Wirbelkammerwand 10 im Bereich der Austrittsöffnung des oberen Abzugskanals 7, der seinerseits in Richtung darüber­ liegender Brennkammer 3 erweitert ist und zumindest eine Schrägfläche 11 nach Art des unteren Einzugskanals 5 auf­ weist.

Die Brennkammer 3 weist ausgangsseitig eine weitere Schräg­ wand 12 nach Art der Schrägfläche 11 auf, so daß ein ver­ jüngter Abzugsschacht 13 zu den nachgeordneten Rauchgas­ zügen 14 eines Wärmetauschers 15 des Verbrennungsofens 1 ausgebildet ist.

Im Betrieb des Verbrennungsofens werden die im Füllschacht 2 befindlichen Brennstoffe verbrannt. Die Rauch- und/oder Brennstoffteilchen gelangen durch den Einzugskanal 5 in die Wirbelkammer 4, werden dort einem Verweilvorgang und einer extremen Verwirbelung ausgesetzt und gelangen schließlich durch den Abzugskanal 7 in die Brennkammer 3. Sowohl in der Wirbelkammer 4 als auch in der Brennkammer 3 werden unver­ brannte Bestandteile noch einer Verbrennung unterzogen. Sollten in die Brennkammer 3 gelangte Bestandteile des Brennstoffs trotz vorgeschalteter Wirbelkammer 4 und trotz Verbrennung in der Brennkammer 3 nicht verbrannt werden, so werden die tatsächlich noch unverbrannten Brennstoffrest­ bestandteile aufgrund ihres Eigengewichts und insbesondere aufgrund der Verwirbelung der Wirbelkammer 4 wieder zu­ geleitet und einem weiteren Nachverbrennungsvorgang unter­ zogen, unterstützt durch die Schrägwand 12 sowie die Schräg­ flächen 11 des Abzugskanals 7. Dadurch wird ein hochgradiger Ab- bzw. Ausbrand der Schwebeteilchen der Brennkammer 3 er­ zielt, so daß die aus dem Rauchrohr 28 des Verbrennungs­ ofens 1 abgeleiteten Rauchgase einen hohen Reinheitsgrad infolge der optimalen Verbrennung besitzen.

Einzugskanal 5, Abzugskanal 7, Rauchgasnachverbrennungs- Wirbelkammer 4 und Schrägwand 12 bestehen im Ausführungs­ beispiel der Zeichnung aus Plicast. Sie können gegebenen­ falls in konventionellen Verbrennungsöfen nachträglich eingebaut werden.

Erste Wirbelkammerwand 6 und zweite Wirbelkammerwand 10 können in Höhenrichtung relativ zueinander in weiterer Ausgestaltung der Erfindung versetzt werden, um die wirk­ samen Querschnitte des Einzugskanals 5 und des Abzugs­ kanals 7 zu verändern bzw. einzustellen.

Alle in der Beschreibung erwähnten und/oder in der Zeich­ nung dargestellten neuen Merkmale für sich oder in sinn­ voller Kombination sind erfindungswesentlich, auch soweit sie in den Ansprüchen nicht ausdrücklich beansprucht sind.

Claims (13)

1. Verbrennungsofen mit einem Füllschacht für zu verbrennende Stoffe, der über einen Durchgang mit einer Brennkammer ver­ bunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgang zumindest eine Rauchgasnachverbrennungs-Wirbel­ kammer (4) umfaßt.

2. Verbrennungsofen nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wirbelkammer (4) einen ver­ gleichsweise engen Einzugskanal zwischen Füllschacht (2) und Wirbelkammer (4) besitzt, der vom Füllschacht (2) schräg nach oben verläuft und im Bereich einer ersten Wirbelkammerwand (6) insbesondere tangential zur ersten Wirbelkammerwand (6) in die Wirbelkammer (4) einmündet.

3. Verbrennungsofen nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wirbelkammer (4) im wesent­ lichen zylindrisch ausgebildet ist.

4. Verbrennungsofen nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Wirbelkammer (4) im Querschnitt vieleckig ausgebildet ist.

5. Verbrennungsofen nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abzugskanal (7) zwi­ schen Wirbelkammer (4) und Brennkammer (3) über eine Nasen­ versetzung mit der Oberseite der Wirbelkammer (4) verbun­ den ist, wobei eine erste Nase (8) der ersten Wirbelkammer­ wand (6) radial näher zum Zentrum der Wirbelkammer (4) als eine zweite Nase (9) der gegenüberliegenden Wirbelkammerwand (10) gelegen ist.

6. Verbrennungsofen nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Abzugskanal (7) zumindest eine Schrägfläche (11) nach Art des Einzugskanals (5) aufweist.

7. Verbrennungsofen nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Abzugskanal (7) zur Brennkammer (3) hin erweitert ausgebildet ist.

8. Verbrennungsofen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennkammer (3) eine Schrägwand (12) nachgeordnet ist, welche einen verjüngten Abzugsschacht (13) zu nachgeordneten Rauchgaszügen (14) eines Wärmetauschers (15) aufweist.

9. Verbrennungsofen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Rauch­ gasnachverbrennungs-Wirbelkammern nebeneinander angeordnet in gleicher Höhe des Ofens vorgesehen sind.

10. Verbrennungsofen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß längs des Durchgangs zwei oder mehrere Rauchgasnachverbrennungs-Wirbelkammern (4) hintereinander bzw. übereinander angeordnet sind.

11. Verbrennungsofen nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammer(n) (4) aus Schamotte ausgebildet ist/sind.

12. Verbrennungsofen nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß jede Wirbelkammer aus zu­ mindest zwei versetzbaren Teilen besteht, wobei das eine Teil die erste Wirbelkammerwand (6) und das andere Teil die gegenüberliegende Wirbelkammerwand (10) enthält, so daß die Ein- und Abzugsquerschnitte des Ein- bzw. Abzugs­ kanals (5 bzw. 7) eingestellt bzw. verändert werden können.

13. Verbrennungsofen nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß jede oder sämtliche Wir­ belkammer(n) (4) einschließlich Ein- und Abzugskanal (5 bzw. 7) als auswechselbare Baueinheit ausgebildet ist/sind.