DE3931621A1 - Umwaelzbackofen mit heizgasumwaelzheizung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Umwälzbackofen der im Oberbe­ griff des Anspruchs 1 genannten Art. Bei diesem erfolgt die Beheizung des Backraumes mit Heizgas, das von einem Brenner, z. B. einem Öl- oder Gasbrenner, erzeugt und in Heizkanäle geleitet wird, die unterhalb und oberhalb der Herde angeord­ net sind. Der größere Teil des Heizgases wird zur Aufheizung unter der Wirkung des Umwälzgebläses in die Heizkammer zurückgeführt, während ein kleinerer Teil entsprechend der Frischluftzufuhr in Form von Abgas über den Kamin in die Atmosphäre abgeführt wird. Dieses Abgas enthält bei Verwen­ dung fossiler Brennstoffe Stickoxyde, welche bekanntermaßen umweltschädlich sind.

Wegen des stetig größer werdenden Backflächenbedarfs und der in vielen Bäckereien beengten Platzverhältnisse wurden Backöfen entwickelt, bei welchen das Verhältnis der Außenab­ messungen zur Backfläche immer kleiner wurde. Dies führte zwangsläufig zu kleineren Abmessungen der Brennkammer und somit auch zu höheren Brennkammerbelastungen, also höheren Verbrennungstemperaturen der Brennerflamme.

Daneben bestand die Forderung, den Wirkungsgrad von Backöfen zu verbessern, d.h. die Verbrennung der Brennstoffe zu optimieren. Um eine bessere Verbrennung zu erzielen, wurden u.a. die Brennkammern so verkleinert, daß sich eine höhere Verbrennungstemperatur und damit eine bessere Ausnutzung des Brennstoffes ergab.

Neue Erkenntnisse zeigen, daß Umweltschäden, insbesondere auch das Waldsterben, nicht auf Verbrennungsrückstände im allgemeinen, sondern insbesondere auf Stickoxydemissionen (NO_x-Emission) zurückzuführen sind.

Nach heutigen Erkenntnissen hängt die NO_x-Bildung von der Flammentemperatur, dem Sauerstoffangebot, der Ver­ weilzeit des Rauchgases in der Brennkammer sowie der Geome­ trie und dem Volumen der Brennkammer ab. Nachdem Sauerstoff­ angebot und Verweilzeit bei Brennkammern von Backöfen nur schwer zu beeinflussen sind, muß zur Verringerung der NO_x-Emission dafür gesorgt werden, daß die gerade bei moderneren Öfen sehr hohe Flammentemperatur reduziert wer­ den.

Eine Reduktion der Flammentemperatur läßt sich auf relativ einfache Weise dadurch erzielen, daß die Verbrennungsluft für den Brenner mit rückgeführtem Abgas, dessen Temperatur niederer als die Flammentemperatur ist, vermischt wird. Nach bekannten Vorschlägen wird das Abgas entweder über die Luftansaugöffnung des Brenners der Flamme zugeführt oder direkt über das Brennerrohr bzw. Düsen.

Diese Ausführungen haben jedoch zwei Nachteile.

Zum einen ist für die Rückführung der noch relativ heißen Abgase vom Abgasrohr zum Brenner eine separate, wärmeiso­ lierte Gasleitung erforderlich, was einen zusätzlichen konstruktiven und damit kostenerhöhenden Aufwand darstellt.

Wird das heiße rückgeführte Abgas unmittelbar der Verbren­ nungsluft beigemischt, so muß zum anderen ein Teil der Brennerkomponenten aus hitzebeständigem Material bestehen.

Ferner sind für Gasheizkessel Brenner bekannt, deren Abgas außerhalb der Brennkammer, jedoch innerhalb der Heizkammer zurückgeführt und über einen Einlaß nahe des Brennerrohrs in die Brennkammer eingebracht wird. Da das Abgas auf dem vergleichsweise kurzen Weg zwischen Brennkammeraustritt und Brennkammereinlaß nur wenig Wärme abgegeben hat, läßt sich mit dieser Lösung nur eine geringe Kühlwirkung erreichen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von den oben erwähnten Erkenntnissen die Brenner­ anordnung eines Umwälzbackofens der gattungsgemäßen Art so zu verändern, daß ohne kostspielige und platzraubende kon­ struktive Maßnahmen die NO_x-Emissionen reduziert werden.

Nach der der Erfindung zugrundeliegenden Erkenntnis eignet sich hierfür ein Umwälzbackofen der eingangs genannten Art deswegen besonders gut, weil prinzipbedingt ohnehin das abgekühlte Heizgas zum Brenner zurückgeführt wird.

In überraschend einfacher Weise wird die gestellte Aufgabe nach dem Vorschlag der Erfindung, wie er im einzelnen mit dem Hauptanspruchs gekennzeichnet ist, dadurch gelöst, daß die Brennkammer im Bereich des Brennerrohrs mit einem Einlaß versehen wird, durch welchen ein Teil des rückgeführten Heizgases zur Brennerflammenkühlung eintreten kann, während der verbleibende Anteil längs der Außenwand der Brennkammer in die Heizkammer geführt ist.

Bei dieser konstruktiv einfachen Lösung sind zusätzliche, der Rezirkulation dienende, wärmefeste oder wärmeisolierte Leitungen nicht erforderlich. Die Verwendung hitzebeständi­ ger Komponenten für den Brenner erübrigt sich, da das rück­ geführte Abgas unmittelbar in die Brennkammer außerhalb des Brenners eingespeist wird. Besonders vorteilhaft ist, daß die Temperatur des rückgeführten Heizgases deutlich unter­ halb der Flammentemperatur liegt, da ja das Heizgas auf seinem langen Weg durch die Heizkanäle bestimmungsgemäß einen wesentlichen Teil seiner Wärme abgegeben hat.

Um die Flammentemperatur den unterschiedlichen Arbeitsbe­ dingungen anzupassen und damit die NO_x-Emission so weit wie möglich zu reduzieren, kann gemäß Anspruch 2 die in die Brennkammer rückgeführte Heizgasmenge variiert werden.

Nach der mit den Ansprüchen 3 bis 5 im einzelnen gekenn­ zeichneten Lösung wird die Menge des rückgeführten Heizgases durch Veränderung des Rückstromquerschnittes reguliert.

Nach dem Vorschlag gemäß Anspruch 6 ist es jedoch auch möglich, bei Verwendung eines unveränderbaren Einlasses die rückgeführte Abgasmenge durch Änderung des Förderdrucks des Umwälzgebläses zu variieren.

Selbstverständlich ist auch eine Kombination beider Maßnah­ men denkbar.

Wie einleitend erwähnt, kann die NO_x-Bildung auch durch Beeinflussung der Verweilzeit des Abgases im Brenner redu­ ziert werden. Diesem Zweck dienen in die Brennkammer ragende Leitbleche, wie sie mit Anspruch 7 angegeben sind.

Der Gegenstand der Erfindung ist nachstehend anhand eines schematisch in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei­ spiels im einzelnen erläutert. Die Zeichnung zeigt einen vereinfachten Vertikalschnitt eines erfindungsgemäß ausge­ bildeten Etagenbackofens.

Der Etagenbackofen 10 weist zwei Herde 11 und 12 auf, welche über vorn gelegene, mit Türen 13 verschließbare Einschieß­ öffnungen mit Backgut beschickt werden können. Unterhalb und oberhalb der Herde 11, 12 sind vom Heizgas durchströmte Heizkanäle 14, 15 und 16 vorgesehen, wobei die Vorläufe 14b und 15b z. B. der Erzeugung der Oberhitze und die Rückläufe 15a und 16a z. B. der Erzeugung der Unterhitze in den Back­ räumen dienen. Es ist jedoch auch möglich, Vor- und Rückläu­ fe nebeneinander abwechselnd in der gleichen Ebene anzuord­ nen.

Die Zu- und Abfuhr des mittels eines Brenners 20, 21 in der Brennkammer 22 erzeugten Heizgases erfolgt über einen mit den Hinläufen 14a, 15a und 16a verbundenen Zufuhrschacht sowie einen mit den Rückläufen 14b, 15b und 16b verbundenen Rückführschacht 18. Wie mit den eingetragenen Pfeilen ange­ deutet, gelangt das vom Brenner 20 erzeugte Heizgas nach Austreten aus der Brennkammer 22 in die Heizkammer 30 und von dieser über den Zufuhrschacht 17 in die Heizkanäle 14 bis 16. Aus diesen wird es über den Rückführschacht unter der Wirkung des Gebläses 19 in die Heizkammer 30 zurückbe­ fördert, soweit es nicht über das Abgasrohr 29 ins Freie gelangt. Ein Teil der rückgeführten Heizgase wird zum er­ neuten Aufheizen in den Zwischenraum zwischen der Brennkam­ mer 22 und den Begrenzungswänden der Heizkammer 30 beför­ dert. Das rückgeführte und wieder aufgeheizte Heizgas wird in dem in der Zeichnung rechts gelegenen Teil der Heizkammer 30 mit dem in der Brennkammer 22 erzeugten Heizgas gemischt.

Nach dem erfindungsgemäßen Vorschlag wird ein zweiter Teil­ strom des rückgeführten Heizgases über einen Einlaß 23 in die Brennkammer 22 geleitet. Da die Temperatur dieses rück­ geführten Heizgases, das ja insbesondere über die Heizkanäle seine Wärme den Backräumen bzw. Herden 11, 12 abgegeben hat, wesentlich geringer ist als die Temperatur der Brennerflam­ me, ist es möglich, mit dem rückgeführten Gas die Brenner­ flamme 26 insbesondere im Bereich der Flammenwurzel 26a zu kühlen.

Der der Rezirkulation dienende Einlaß 23 ist beim Ausfüh­ rungsbeispiel dadurch gebildet, daß die zylindrisch ausge­ bildete Brennkammer 22 auf ihrer dem Brenner 20 zugewandten Seite einen kreisförmigen Durchbruch besitzt, in welchen das Brennerrohr 21 mit kleinerem Querschnitt hineinragt. Der Durchbruch 23 ist begrenzt von einer Schiebehülse 28, in welche ein axial verschiebbares Mischrohr 24 eingesetzt ist. Auf ihrer dem Brenner 20 zugewandten Seite erweitert sich das Mischrohr 24 zu einem radial abstehenden Bund 24a. In der Gesperrtstellung des Einsatzes liegt das Mischrohr 24 mit seinem Bund 24a an der brennerseitigen Heizkammerwand 30a an, so daß die Rezirkulation des Heizgases in das Innere der Brennkammer 22 ganz unterbunden wird. In der Offenstel­ lung dagegen liegt der Bund 24a an der Schiebehülse 28 an, so daß ein großer Teil des rückgeführten Heizgases in die Brennkammer 22 eingeleitet wird, wodurch die größtmögliche Kühlung der Flamme 26 erreicht wird. Damit läßt sich die Flammentermperatur durch Verschieben des Mischrohres 24 entsprechend den Erfordernissen einstellen. Der Bund 24a ist trichterförmig ausgebildet, wodurch zur Verbesserung der Heizgasführung und der Flammenstabilität Turbulenzen redu­ ziert werden.

In die Brennkammer 22 können Leitbleche 25, 25′ ragen, mit welchen Strömungs- und Verweilzeit des Heizgases in der Brennkammer beeinflußt werden. Bei dem dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel bestehen diese Leitbleche aus einem im Innern der zylindrischen Brennkammer 22 in Umfangsrichtung umlau­ fenden Ring mit dreieckförmigem Querschnitt.

Figurenlegende

10 Etagenbackofen
11, 12 Herde (Backräume)
13 Türen
14, 15, 16 Heizkanäle
14a, 15a, 16a Vorläufe
14b, 15b, 16b Rückläufe
17 Zufuhrschacht
18 Rückführschacht
19 Umwälzgebläse
19a Motor
19b Gebläserad
20 Brenner
21 Brennerrohr
22 Brennkammer
23 Einlaß
24 Mischrohr
24a Bund
25 Leitbleche
26 Flamme
26a Flammenwurzel
28 Schiebehülse
29 Abgasrohr
30 Heizkammer
30a Heizkammerwand

Claims (7)

1. Umwälzbackofen mit wenigstens einem Herd, unterhalb und oberhalb welchem als flache Hohlkörper ausgebildete, mit Heizgas beschickte Heizkanäle vorgesehen sind, welche über Zuführ- und Rückführschächte und ein Umwälzgebläse mit einer Heizkammer verbunden sind, in welchem ein Brenner mit Brennkammer angeordnet ist, wobei der Bren­ ner in die Brennkammer mit einem Brennerrohr ragt und die Brennkammer von außen von rückgeführtem Heizgas umströmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkam­ mer (22) im Bereich des Brennerrohres (21) einen Einlaß (23) aufweist, durch welchen ein Teil des rückgeführten Heizgases in die Brennkammer (22) zur Kühlung der Bren­ nerflamme (26), insbesondere im Bereich der Flammenwur­ zel (26a), einleitbar ist.

2. Umwälzbackofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Brennkammer (22) rückgeführte Heizgasmen­ ge veränderbar ist.

3. Umwälzbackofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (22) auf der dem Brenner (20, 21) zugewandten Seite einen Einlaß (23) aufweist, dessen Querschnittgröße größer als der Querschnitt des in den Einlaß (23) ragenden Brennerrohres (21) ist und daß in den Einlaß (23) ein in Axialrichtung des Brennerrohres (21) verschiebbares Mischrohr (24) mit einem radial abstehenden Bund (24a) eingesetzt ist, der in der Offen­ stellung an der Stirnseite der Brennkammer (22) und in der Gesperrtstellung an der dem Brenner (20, 21) tragen­ den Wand (30a) der Heizkammer (30) anliegt.

4. Umwälzbackofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (23) der vorzugsweise rohrförmigen Brenn­ kammer (22) kreisförmigen Querschnitt besitzt und eine Schiebehülse (28) aufweist, in welcher das zylindrisch ausgebildete Mischrohr (24) mit Gleitsitz eingesetzt ist.

5. Umwälzbackofen nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Bund (24a) trichterförmig ausgebildet ist.

6. Umwälzbackofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Brennkammer im Bereich des Brennerroh­ res Perforationen oder dgl. Durchbrüche aufweist und daß zur Veränderung der rückgeführten Abgasmenge der Förder­ druck des Umwälzgebläses regulierbar ist.

7. Umwälzbackofen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Brennkammer (22) die Verweildauer des Abgases beeinflussende Leitbleche (25) vorgesehen sind.