DE4012363C2 - Vorrichtung zum Verbrennen fester Brennstoffe, insbesondere Holz - Google Patents
Vorrichtung zum Verbrennen fester Brennstoffe, insbesondere HolzInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbrennen fester
Brennstoffe, insbesondere Holz, gemäss dem Oberbegriff von
Anspruch 1. Derartige Vorrichtungen werden vorwiegend als
Heizkessel für den privaten oder für den industriellen Gebrauch
eingesetzt. Verbrennungavorrichtungen der genannten Art können
aber auch für andere Zwecke verwendet werden wie z. B. für Trock
nungsanlagen, zur Aufheizung flüssiger Komponenten in der
Verfahrenstechnik usw. Die Vorrichtungen können mit Brennholz in
verschiedenen Erscheinungsformen wie z. B. Scheite oder Holzspäne
beschickt werden. Aber auch die Verbrennung anderer fester
Brennstoffe mit im Vergleich zu Kohle niedrigem Heizwert wie
z. B. Altpapier, Torf usw. ist ohne weiteres möglich.
Aus der britischen Patentbeschreibung GB 216 012 A ist bereits
ein gattungsmäßig vergleichbarer Ofen mit einer ersten und mit
einer zweiten Brennkammer bekannt. Zwischen den beiden Brenn
kammern ist eine Hohlwand angeordnet, die von einzelnen Rohren
durchsetzt ist. Sekundärluft kann in die Hohlwand eintreten und
die Rohre erwärmen. Die Sekundärluft tritt jedoch nur im äußeren
Randbereich der Hohlwand wieder in die zweite Brennkammer ein
und trägt daher nicht zu einer optimalen Verwirbelung und Nach
verbrennung der Rauchgase bei.
Es ist bekannt, daß niederwertiges Brenngut die Eigenschaft hat,
nur unvollständig zu verbrennen, wobei schadstoffhaltige Rauch-
und Schwelgase produziert werden, die aber noch brennbar sind.
Zur besseren Wärmeausnützung und zur Vernichtung der Schadstoffe
wird daher eine Nachverbrennung durchgeführt, bei der die
Rauchgase aus der Vorbrennkammer mit sauerstoffhaltiger
Sekundärluft durchmischt werden. Dabei entstehen derart hohe
Temperaturen, daß sich das Gas/Luft-Gemisch in der
Nachbrennkammer von selbst entzündet.
Durch die US 4,543,890 A ist eine gattungsmäßig vergleichbare
Vorrichtung bekannt geworden, bei der die Vorbrennkammer und die
Nachbrennkammer als konzentrisch ineinander angeordnete Zylinder
ausgebildet sind, wobei die Vorbrennkammer einen etwas kürzeren,
inneren Zylinder bildet. Die Sekundär
luft wird in der Ringkammer zwischen den beiden Zylindern
zugeführt. Von der Vorbrennkammer treten die Rauchgase direkt
in die durch den grösseren Zylinder gebildete Nachbrennkam
mer, wobei lediglich ein paar Strömungsbleche am Innenmantel
der Vorbrennkammer eine turbulente Strömung herbeiführen
sollen.
Durch die DE 32 18 334 A1 ist eine andere Vorrichtung bekannt
geworden, beider zwischen der Vorbrennkammer und der Nach
brennkammer Oeffnungen vorgesehen sind, die durch schrägge
stellte Lamellen gebildet werden. Unmittelbar unter den
Lamellen ist in der Nachbrennkammer eine Zutrittsöffnung für
die Sekundärluft vorgesehen, wobei der Sekundärluftstrom von
den Abgaseinzelströmen erfasst und verwirbelt werden soll.
Ein Nachteil der bekannten Vorrichtungen besteht jedoch
darin, dass die Durchmischung der Sekundärluft mit den Rauch
gasen in der Nachbrennkammer noch ungenügend ist. Bei starkem
Zug verläuft der Sekundärluftstrom weitgehend laminar, wobei
er aus der Nachbrennkammer entweicht, ohne den Verbrennungs
prozess nachhaltig zu fördern.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der
eingangs genannten Art zu schaffen, bei der in der Nachbrenn
kammer eine intensive Durchmischung der Sekundärluft mit den
Rauchgasen stattfindet. Insbesondere soll auch bei intensivem
Zug Sekundärluft voll wirksam werden, damit die Nachverbren
nung in einem idealen stöchiometrischen Gas/Luft-Gemisch
stattfindet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit einer Vorrichtung
gelöst, welche die Merkmale im Anspruch 1 aufweist. Die als
Zufuhrkanal für die Sekundärluft ausgebildete Hohlwand ermög
licht es, die Sekundärluft nicht nur in Randbereichen, son
dern an beliebigen Stellen im Rauchgasstrom aus der Vorbrenn
kammer in die Nachbrennkammer eintreten zu lassen. Auch die
durch die Hohlwand durchtretenden Verbindungsleitungen können
so angeordnet werden, dass eine ideale Strömung der Rauchgase
erzielt wird.
Die Hohlwand ist vorzugsweise etwa vertikal angeordnet, so
dass Vorbrennkammer und Nachbrennkammer seitlich nebeneinan
der angeordnet werden können. Die Hohlwand könnte aber ohne
weiteres auch als zylindrischer Wandabschnitt oder als Kombi
nation verschiedener Wandabschnitte ausgebildet sein.
Weitere Vorteile bei der vertikalen Hohlwand können erzielt
werden, wenn diese an eine vorzugsweise als Rost ausgebildete
Bodenpartie der Vorbrennkammer angrenzt und wenn über der
Bodenpartie eine tunnelartige Aussparung in der Hohlwand
angeordnet ist, durch welche die Vorbrennkammer und die
Nachbrennkammer unmittelbar miteinander verbunden sind. Wird
die Vorbrennkammer mit Scheiten, Schwarten oder ähnlichem
Brennholz bestückt, so können lange Stücke unmittelbar über
dem Rost bis in die Nachbrennkammer durchgeschoben werden.
Der Anfeuerungsprozess kann so auf besonders einfache Weise
in der Nachbrennkammer beginnen, so dass der für das Ansaugen
der Rauchgase durch die Verbindungsleitungen nötige Zug
aufgebaut wird und die Hohlwand auf die nötige Temperatur
aufgeheizt wird. Anschliessend breitet sich der Brand bzw.
das Glutbett in die Vorbrennkammer aus. Das Glutbett kann so
bis in die Nachbrennkammer hinein verlängert werden, ohne
dass der Verbrennungsprozess beeinträchtigt wird.
Besonders vorteilhaft wird die Hohlwand über einen Vorwärmka
nal mit Sekundärluft gespeist, der sich unter der Bodenpartie
der Vorbrennkammer erstreckt. Auf diese Weise wird die Sekun
därluft schon vor dem Eintreten in die Hohlwand vorgewärmt,
wodurch Wärmeverluste in der Nachbrennkammer vermieden werden
können. In der Hohlwand selbst steigt die Temperatur der
Sekundärluft nochmals stark an, bevor sie in die Nachbrenn
kammer eingeblasen wird.
Eine intensive Durchmischung der Rauchgase mit der Sekundär
luft kann erzielt werden, wenn jeder Verbindungsleitung
wenigstens eine Eintrittsöffnung zugeordnet ist und wenn die
Eintrittsöffnungen nahe beim Mündungsbereich der Verbindungs
leitungen in die Nachbrennkammer liegen. Auf diese Weise
tritt nicht nur ein einziger gebündelter Sekundärluftstrom in
die Nachbrennkammer ein, sondern eine Vielzahl von Teilströ
men, die über die gesamte Fläche der Hohlwand verteilt sein
können. Ausserdem tritt jeweils ein Rauchgasteilstrom zusam
men mit einem Sekundärluftteilstrom in die Nachbrennkammer
ein.
Die dabei entstehende Durchmischung und Verwirbelung kann
noch verbessert werden, wenn sich jede Eintrittsöffnung im
wesentlichen ringförmig um die ihr zugeordnete Verbindungs
leitung erstreckt. Die Injektorwirkung kann dabei noch ver
bessert werden, wenn jede Eintrittsöffnung einen in die
Nachbrennkammer ragenden Rohrstutzen aufweist und wenn die
Verbindungsleitungen koaxial in die Rohrstutzen hineinragen.
Diese Ringdüsen bewirken eine besonders vorteilhafte Verbren
nung der Rauchgase.
Die Hohlwand sowie auch die sie durchdringenden Verbindungs
leitungen sind besonders vorteilhaft aus Metall wie z. B.
hochwarmfestem Stahl gefertigt, so dass eine permanente
Aufheizung bis auf Glühtemperatur möglich ist. Die Hohlwand
wirkt so als Glühkörper zur Entflammung und/oder Aufheizung
der Rauchgas-Sekundärluft-Mischung in der Nachbrennkammer.
Eine möglichst vollständige Verbrennung bei hohen Temperatu
ren ist auf diese Weise gewährleistet.
Unabhängig von der Anordnung der Eintrittsöffnungen kann die
Verwirbelung in der Nachbrennkammer noch dadurch verbessert
werden, dass die Verbindungsleitungen zwischen Vorbrennkammer
und Nachbrennkammer auf eine Rückwand der Nachbrennkammer
gerichtet sind, und dass an der Rückwand Umlenkelemente zur
Bildung einer turbulenten Strömung angeordnet sind. Der von
der Vorbrennkammer bzw. von der Hohlwand kommende Gasstrom
strömt dadurch nicht ungebremst Richtung Kamin, sondern
prallt gegen die Umlenkelemente und wird durch diese teilwei
se zurückgeworfen, wobei eine möglichst lange Aufenthaltszeit
in der Nachbrennkammer gewährleistet ist.
Die Umlenkelemente sind besonders wirksam, wenn sie im Quer
schnitt nasenförmige Rippen sind, die horizontal an der
Rückwand angeordnet sind. Dadurch kann eine walzenförmige
Strömung erreicht werden, die sich über die ganze Breite der
Nachbrennkammer erstreckt.
Weitere Einzelmerkmale und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der nachstehenden Beschreibung und aus den Zeichnun
gen. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemässe Vor
richtung,
Fig. 2 einen Querschnitt durch die Nachbrennkammer an
einem etwas abgewandelten Ausführungsbeispiel
gemäss der Ebene A-A bei Fig. 3,
Fig. 3 einen Schnitt durch die Ebene D-D bei Fig. 4 in
der Horizontalen,
Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch die Ebene B-B bei Fig.
3,
Fig. 5 einen Vertikalschnitt durch die Ebene C-C bei Fig.
3,
Fig. 6 die Ansicht einer Hohlwand von der Nachbrennkammer
aus gesehen, und
Fig. 7 einen Schnitt durch die Hohlwand gemäss Fig. 6.
In Fig. 1 ist ein Heizkessel dargestellt, der z. B. an eine
Zentralheizung angeschlossen werden kann. Der Heizkessel
besteht im wesentlichen aus einer liegend angeordneten Vor
brennkammer 2, die über eine Fülltüre 14 mit dem Brennstoff 1
z. B. in der Form von Holzscheiten beschickt werden kann. Der
Vorbrennkammer kaminseitig nachgeschaltet ist eine Nachbrenn
kammer 3. Zwischen der Vorbrennkammer und der Nachbrennkammer
liegt die vertikale Hohlwand 5, welche von mehreren Verbin
dungsleitungen 6 zur Durchführung der Rauchgase durchdrungen
ist.
Auf der Seite der Nachbrennkammer 3 sind an der Hohlwand
unmittelbar um die Verbindungsleitungen Eintrittsöffnungen 4
für die Sekundärluft angeordnet. Die Hohlwand 5 wird über
einen Vorwärmkanal 9 mit Sekundärluft gespeist, der sich
unter der Vorbrennkammer durch erstreckt.
Der Brennstoff 1 liegt in der Vorbrennkammer 2 auf einem Rost
7, über dem sich im Betrieb ein Glutbett aufbaut. Die Ver
brennungsrückstände können durch den Rost 7 in den Aschenraum
17 fallen, von wo sie entfernt werden können.
An der Fülltür 14 ist eine Luftklappe 15 angeordnet, über
welche Primärluft in die Vorbrennkammer 2 geführt wird. Ueber
eine weiter unten liegende weitere Luftklappe 16 gelangt
einerseits Primärluft durch den Rost 7 in die Vorbrennkammer
2 und andererseits Sekundärluft über den Vorwärmkanal 9 in
die Hohlwand 5. Für die Sekundärluft könnte bei Bedarf auch
eine separate Luftklappe vorgesehen sein.
An der Rückwand 12 der Nachbrennkammer 3 sind Umlenkelemente
13 in der Form von nasenförmigen Rippen angeordnet. Ueber der
Nachbrennkammer 3 werden die Abgase gesammelt und gelangen
von dort über Nachschaltheizrohre 18 zum kaminseitigen Aus
gang. Eine Regelung des Gasstroms ist über eine Feuerungs
klappe 19 möglich. In der Rauchgaskehrkammer 22 werden die
Rauchgase umgelenkt. Um die Vorbrennkammer und um die Nach
schaltheizrohre 18 ist der Kesselraum 21 angeordnet, in dem
das Wasser zirkuliert. Das heisse Wasser verlässt den Kessel
raum 21 über den Vorlauf 20, während das abgekühlte Wasser
aus dem System über den Rücklauf 23 wieder in den Kesselraum
gelangt. Die ganze Anlage ist mit einer Aussenisolation 24
versehen, um Verluste durch Wärmeabstrahlung zu vermeiden.
Details der erfindungsgemässen Vorrichtung werden am Ausfüh
rungsbeispiel gemäss den Fig. 2 bis 5 erläutert, das nur
geringfügig vom Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 abweicht.
Fig. 2 zeigt in vergrössertem Massstab nochmals die Nach
brennkammer 3, die auf einer Seite durch die Hohlwand 5 und
auf der anderen Seite durch die Rückwand 12 begrenzt wird.
Die Hohlwand 5 erstreckt sich nur über einen Teil der Höhe
der Rückwand 12. Ueber der Hohlwand 5 ist ein segmentförmiges
Abschlusselement 25 angeordnet, an dem ein in die Nachbrenn
kammer ragendes Umlenkelement angeordnet ist. Auf der unteren
Seite der Hohlwand 5 ist eine tunnelartige Aussparung 8
angeordnet, durch welche für den Anfeuerungsprozess lange
Holzscheite bis in die Nachbrennkammer 3 hineingeschoben
werden können. Der Boden 26 der Nachbrennkammer 3 ist gegen
die Vorbrennkammer abfallend leicht angeschrägt, was die
Reinigung erleichtert.
An der Rückwand 12 sind Umlenkelemente 13 angeordnet. Jedes
Umlenkelement ist im Querschnitt etwa nasenförmig ausgebil
det, wobei die aufeinander geschichteten Umlenkelemente eine
zusammenhängende Aussenfläche ergeben. Zwischen dem Boden 26
und dem ersten Umlenkelement 13 ist ein flaches Stützelement
27 angeordnet. Die Umlenkelemente 13, der Boden 26, das
Abschlusselement 25 und das Stützelement 27 sind vorzugsweise
aus Schamottstein gefertigt.
Die Nachbrennkammer 3 ist von einem äusseren Stahlblechmantel
29 umgeben. Zwischen der Rückwand 12 und dem Stahlblechmantel
ist noch eine zusätzliche Innenisolation 28 angeordnet.
Fig. 3 zeigt den Aufbau der Vorrichtung in einer teilweise
geschnittenen Draufsicht, wobei der aus einzelnen Elementen
bestehende Rost 7 gut sichtbar ist. Die Fülltüre 14 ist an
einem Scharnier 30 am äusseren Stahlmantel 29 angelenkt.
In Fig. 4 ist in der linken Hälfte die Nachbrennkammer 3 und
in der rechten Hälfte die Hohlwand 5 geschnitten. Dementspre
chend sind die Umlenkelemente 13 in der Draufsicht sichtbar.
Ebenfalls gut sichtbar ist die Aussparung 8 in der Hohlwand 5
sowie das segmentförmige Abschlusselement 25 über der Hohl
wand. Die Einspeisung der Sekundärluft erfolgt auf beiden
Seiten der Aussparung 8 von unten her über einen Hohlraum,
der mit dem Vorwärmkanal 9 verbunden ist (Fig. 1).
Fig. 5 zeigt, wie die Vorbrennkammer 2 vom Kesselraum 21
ummantelt ist, der praktisch bis zur Ebene des Rostes 7
geführt ist. Die Vorbrennkammer 2 wird dabei durch einen
inneren Stahlblechmantel 31 gebildet. Zur optimalen Wärmeaus
nützung sind mehrere Nachschaltheizrohre 18 bogenförmig über
der Vorbrennkammer 2 angeordnet.
Aus den Fig. 6 und 7 sind Details der Hohlwand 5 ersicht
lich. Die Hohlwand ist als Schweisskonstruktion aufgebaut und
hat insgesamt drei übereinander angeordnete Reihen von Ver
bindungsleitungen 6, bestehend aus Rohren, die an einer Wand
gasdicht eingeschweisst sind. Die Eintrittsöffnungen 4 in der
gegenüberliegenden Wand haben einen etwas grösseren Durchmes
ser als die Verbindungsleitungen 6. Die Eintrittsöffnungen
sind ausserdem mit Rohrstutzen 11 versehen, wobei die Mündun
gen 10 der Verbindungsleitungen 6 in die Rohrstutzen 11
hineinragen. Durch diesen Aufbau haben die Eintrittsöffnungen
4 etwa die Form einer Ringdüse. Um der Hohlwand eine ausrei
chende Stabilität zu geben und um ein Verziehen der Verbin
dungsleitungen unter den hohen Temperaturen zu vermeiden, ist
jedoch jede einzelne Verbindungsleitung 6 über eine punktför
mige Schweissung 33 noch mit der Wand verbunden, in der die
Eintrittsöffnungen 4 liegen. Die Ringdüse ist dadurch an
einer Stelle unterbrochen, was ebenfalls zur Verwirbelung der
Gase beiträgt. Die Hohlwand könnte alternativ auch aus Guss
gefertigt sein.
Ueber der tunnelartigen Aussparung 8 sind einzelne Zungen 32
angeschweisst, die eine Art Ueberdachung der Aussparung
bilden. Zwischen den einzelnen Zungen 32 sind Zwischenräume
vorgesehen. Die Zungen 32 ragen in die Nachbrennkammer 3 und
tragen zur Verwirbelung derjenigen Rauchgase bei, die über
die Aussparung 8 in die Nachbrennkammer 3 gelangen.
Die Anzahl und die Anordnung der Verbindungsleitungen 6 bzw.
der Eintrittsöffnungen 4 wird den jeweiligen Verhältnissen
und insbesondere der Querschnittsform der Vorbrennkammer 2
angepasst. Die Eintrittsöffnungen 4 könnten beispielsweise
auch einzelne Bohrungen sein, die rund um die Verbindungslei
tungen 6 oder über die gesamte Hohlwand 5 verteilt angeordnet
sein könnten. Die Verbindungsleitungen 6 könnten als klassi
sche Venturi-Rohre ausgebildet sein, um den Saugeffekt für
die Sekundärluft noch zu verstärken.
Beim Betrieb der Vorrichtung wird der Brennstoff 1 in der
Vorbrennkammer 2 mit Hilfe der Primärluft einem Schwelbrand
ausgesetzt, wobei sich über dem Rost 7 ein Glutbett bildet.
Die noch nicht restlos verbrannten Rauchgase gelangen über
die Verbindungsleitungen 6 in die Nachbrennkammer 3. Die
gesamte Hohlwand 5 mit den Verbindungsleitungen 6 werden
dabei bis auf Glühtemperatur aufgeheizt und dienen so als
Glühkörper, der die Rauchgase in der Nachbrennkammer 3 entzün
det. Ueber die Hohlwand 5 werden die Rauchgase intensiv mit
vorgewärmter Sekundärluft vermischt, so dass eine optimale
Verbrennung bei Temperaturen über 1000°C stattfindet. Die
Umlenkelemente 13 an der Rückwand der Nachbrennkammer 3
gewährleisten den Gasen eine lange Aufenthalts- und Flamm
zeit. Nach erfolgter Verbrennung werden die Gase über eine
durch die Nachschaltheizrohre 18 gebildete, relativ grosse
Heizfläche geführt und verlassen dann den Heizkessel mit ca.
200°C Abgastemperatur. Durch die hohen Verbrennungstempera
turen enthalten die Abgase nur noch geringe Schadstoffmengen.
Der Einsatz von Ventilatoren oder Gebläsen zur Erzielung
einer intensiven Durchmischung der Sekundärluft mit den
Rauchgasen ist nicht erforderlich.
Claims (8)
1. Vorrichtung zum Verbrennen fester Brennstoffe, insbesondere
Holz, mit einer Vorbrennkammer (2) zur Aufnahme des Brenn
stoffes und mit einer der Vorbrennkammer (2) kaminseitig
nachgeschalteten Nachbrennkammer (3) zur Nachverbrennung
der Rauchgase, wobei zwischen der Vorbrennkammer (2) und
der Nachbrennkammer eine als Hohlwand (5) ausgebildete
Trennwand angeordnet ist, welche von Verbindungsleitungen
(6) zur Durchleitung der Rauchgase durchdrungen ist, wobei
die Hohlwand (5) einen Zufuhrkanal für die Sekundärluft
bildet, und wobei die Nachbrennkammer (3) wenigstens eine
Eintrittsöffnung für die Zufuhr von Sekundärluft aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Verbindungsleitung (6) eine Eintrittsöffnung (4)
in der Hohlwand (5) zugeordnet ist, die sich ringförmig um
die Verbindungsleitung (6) erstreckt, daß jede Eintritts
öffnung (4) zur Erzeugung einer Injektorwirkung einen in
die Nachbrennkammer (3) ragenden Rohrstutzen (11) aufweist,
und daß die Verbindungsleitungen (6) koaxial in die Rohr
stutzen (11) hineinragen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hohlwand (5) an eine vorzugsweise als Rost (7)
ausgebildete Bodenpartie der Vorbrennkammer (2) angrenzt,
und daß über der Bodenpartie eine tunnelartige Aussparung
(8) in der Hohlwand angeordnet ist, durch welche die
Vorbrennkammer (2) und die Nachbrennkammer (3) unmittelbar
miteinander verbunden sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hohlwand (5) über einen Vorwärmkanal (9) mit
Sekundärluft gespeist wird, der sich unter der Bodenpartie
der Vorbrennkammer erstreckt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hohlwand (5) wenigstens drei übereinander angeord
nete Reihen von Verbindungsleitungen (6) aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hohlwand (5) aus Metall gefertigt ist und derart
aufheizbar ist, daß sie als Glühkörper zur Entflammung
und/oder Aufheizung der Rauchgas-Sekundärluft-Mischung in
der Nachbrennkammer (3) dient.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verbindungsleitungen (6) zwischen Vorbrennkammer
(2) und Nachbrennkammer (3) auf eine Rückwand (12) der
Nachbrennkammer (3) gerichtet sind, und daß an der Rückwand
Umlenkelemente (13) zur Bildung einer turbulenten Strömung
angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Umlenkelemente (13) im Querschnitt nasenförmige
Rippen sind, die zur Bildung einer walzenförmigen Strömung
horizontal an der Rückwand (12) angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß an der Rückwand (12) wenigstens drei Rippen (13)
angeordnet sind.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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Also Published As
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ATA96690A (de) | 1993-09-15 |
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