DE4239501A1 - Ofen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ofen, insbesondere Ölofen, mit einem Heizkessel in dem das zu erwärmende Gut vorgesehen ist, einem in den Heizkessel einmündenden Brenner und einem aus dem Heizkessel ausmündenden Abgaskanal.

Anwendung finden derartige Öfen sind insbesondere als Heizöfen, in Wärmebehandlungsanlagen als Heißgaserzeuger, für große Dampfkessel, Schmelzöfen und sonstige Verbrennungsöfen, wie Müllöfen oder dgl. Dabei herrscht im Ofen eine konstante Temperatur von etwa 300°C, wobei die Flamme keine Wandberührung zum Kessel oder zu den Kesseleinbauten hat, damit aufgrund der thermisch hohen Beanspruchungen kein mechanischer Verzug des Kessels und kein Durchbrennen der Kesseleinbauten zu befürchten ist. Ferner muß die Flamme des Brenners frei schlagen können, um eine gleichmäßige Wärmebeaufschlagung des Kessels im Ofen zu gewährleisten. Zwar besitzen derartige Öfen einen relativ hohen Wirkungsgrad, jedoch wäre eine vollkommenere Verbrennung des Brennstoffs auch hinsichtlich der Abgaswerte wünschenswert. Insbesondere beim Kaltstart ist die Rauchemission relativ hoch.

Es wurde bereits versucht, die Flamme z. B. durch zylinderförmige Elemente zu fassen und zu bündeln, so daß ein seitliches Auszüngeln verhindert wird. Jedoch werden mit derartigen Vorrichtungen nur geringe Erfolge erzielt, da die Flamme trotzdem am stirnseitigen Ende auszüngelt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Ofen der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß einerseits der Wirkungsgrad erhöht, andererseits die Abgaswerte verringert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen dem Auslaß des Brenners und dem Abgaßkanal eine Wirbelkammer für das Brenngas vorgesehen ist.

Diese Wirbelkammer hat den Vorteil, daß einerseits die Flamme seitlich nicht ausschlägt, sondern in gebündelter Form zusammengehalten wird, so daß eine lange Brennzeit gewährleistet ist. Ferner verhindert die in der Regel heiße Wirbelkammer ein vorzeitiges Erlöschen der Flamme, wodurch der Verbrennungsgrad erhöht wird. Schließlich wird durch die Verwirbelung der heißen Brenngase und insbesondere der Rückführung der bereits erloschenen Brenngase in die Flamme eine Nachverbrennung erzielt, die mit einem Katalysator zu vergleichen ist. Die Verwirbelung erfolgt dabei so, daß in die noch brennenden Gase, insbesondere direkt am Ausgang des Brenners entweder bereits erloschene Brenngase oder noch brennende Gase eingeleitet werden, so daß sie dort einer Nachverbrennung unterzogen werden. Dies erfolgt insbesondere durch ein Umschlagen der Flamme. Dabei wird der Vorteil erzielt, daß die Rußemission auf ein Minimum reduziert wird, so daß auch zukünftige strenge Abgaswerte eingehalten werden können.

Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, daß der Auslaß des Brenners im wesentlichen tangential in die Wirbelkammer einmündet. Bei zylinderförmigen Wirbelkammern wird dabei der Flamme vorteilhaft eine schraubenförmige Strömung aufgezwungen, so daß sie zwangsläufig in den Bereich des Brennerausgangs zurückgeführt wird.

Vorteilhaft weist die Wirbelkammer wenigstens eine Auslaßöffnung für das Heißgas auf. Diese kann so angeordnet sein, daß das Heißgas die Wirbelkammer vollständig durchlaufen muß und unter Umständen sogar in der Wirbelkammer geringfügig komprimiert wird, was insbesondere durch die Größe der Auslaßöffnung gesteuert wird.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Wirbelkammer zwei einander gegenüberliegende Auslaßöffnungen auf, die insbesondere rechtwinklig zum Auslaß des Brenners angeordnet sind. Der Brennerauslaß mündet dabei etwa in der Mitte in die Wirbelkammer, so daß sich die Flamme sowohl nach rechts oder nach links in Richtung auf die Auslaßöffnungen ausbreiten kann. Dies hat den Vorteil, daß relativ kurze Wirbelkammern verwendet werden können und daß die Wirbelkammer selbst thermisch und mechanisch gleichmäßig beaufschlagt wird.

Bevorzugt mündet die Auslaßöffnung der Wirbelkammer in den Heizkessel. Auf diese Weise wird nicht nur die Strahlungswärme der Wirbelkammer für das Aufheizen des Heizkessels verwendet, sondern auch die Wärme des Heißgases selbst.

Mit Vorzug ist die Wirbelkammer innerhalb des Heizkessels angeordnet. Dadurch daß die Wirbelkammer vollständig vom Heizkessel umgeben ist, kann die gesamte von der Wirbelkammer abgestrahlte Wärme zur Aufheizung des zu erwärmenden Guts verwendet werden. Es entstehen insbesondere keine Verluste durch die Zwischenschaltung der Wirbelkammer.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß die Wirbelkammer die Heizkesseleinbauten umgibt bzw. aufnimmt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Wirbelkammer an der Außenseite mit einer Isolierung versehen, so daß die gesamte Wärme radial nach innen, d. h. in Richtung der Heizkesseleinbauten abgegeben wird. Dies hat den Vorteil, daß die Heizkesseleinbauten eine allseitige gleichmäßige Erwärmung erfährt.

Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, daß im Bereich des Anschlusses an den Brenner eine Gaszuführleitung vorgesehen ist. Über diese Gaszuführleitung können dem Brenngas weitere Gase zugeführt werden, so daß diese mitverbrannt werden. Dies ist vergleichbar mit dem Abfakeln in der Chemie. Dabei werden die Gase dosiert miteingezogen und mit der Flamme mitverwirbelt, so daß eine gute Durchmischung und somit eine gute Verbrennung stattfindet. Diese Gase können z. B. selbst brennbar sein. Es ist jedoch auch denkbar, daß diese Gase aus einem Abgasstrom stammen, so daß durch die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Nachverbrennung erzielt wird.

Bevorzugt besteht die Wirbelkammer aus einem hitzebeständigen Material das bis 1200°C beständig ist.

Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, daß die Wirbelkammer als Nachrüstteil ausgebildet ist. Auf diese Weise können handelsübliche Öfen mit der Wirbelkammer versehen werden, so daß auf diese Weise die Abgaswerte dieser Öfen verbressert werden.

Um einen einfachen Zugang ins Innere des Heizkessels zu erhalten, ist die Wirbelkammer über eine Schwenkvorrichtung zusammen mit dem Brenner in den Heizkessel ein- und ausschwenkbar. Zum Beispiel zu Inspektionszwecken und zur Reinigung des Heizkessels kann die Wirbelkammer zusammen mit dem Brenner auf einfache Weise durch Verschwenkung vom Heizkessel entfernt werden, so daß das Innere über die freiwerdende Öffnung gut zugänglich ist.

Eine optimale Verwirbelung und Durchmischung der Flamme bzw. des Heißgases mit der Flamme wird dadurch erzielt, daß die Wirbelkammer zyklonartig ausgebildet. Dabei ist die Gasführung in der Wirbelkammer so gestaltet, daß die Flamme umschlägt und insbesondere über einen Winkel von wenigstens 270°, vorteilhaft bis 360° umgekehrt wird. Dabei werden noch nicht verbrannte Restgase im Heißgas wieder der Flamme zugeführt, so daß diese Restgase nun vollständig verbrannt werden. Evtl. Rußanteile werden ebenfalls vollständig verbrannt.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiel im einzelnen beschrieben sind. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ofens im Längsschnitt I-I gemäß Fig. 2;

Fig. 2 eine Draufsicht II gemäß Fig. 1 auf den Ofen mit abgenommener Deckplatte;

Fig. 3 einen Längsschnitt III-III gemäß Fig. 4 durch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ofens;

Fig. 4 eine Draufsicht IV gemäß Fig. 3 bei abgenommener Deckplatte und schematisch dargestelltem ausgeschwenktem Brenner mit Wirbelkammer;

Fig. 5 eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ofens, wobei die Wirbelkammer die Kesseleinbauten umgibt; und

Fig. 6 einen Schnitt VI-VI gemäß Fig. 5.

Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel mündet ein Brenner 1, der vorteilhaft mit einem motorisch angetriebenen Gebläse 2 ausgestattet ist, in einen insgesamt mit 3 bezeichneten Heizkessel. Dieser Heizkessel 3 ist z. B. mit Schamottesteinen 4 und einer Isolierung umgeben und weist einen Abgaskanal 5 auf. Dieser Abgaskanal 5 mündet in einen nicht dargestellten Kamin. Innerhalb des Heizkessels 3 ist eine Wirbelkammer 6 angeordnet, die im wesentlichen eine kreiszylindrische Form aufweist. Diese Wirbelkammer 6 ist über einen Stutzen 7 mit dem Auslaß des Brenners 1 verbunden. Der Stutzen 7 mündet tangential in den unteren Bereich der Wirbelkammer 6 und, wie aus Fig. 2 ersichtlich, im Bereich der vertikalen Mittelebene. Ferner weist die Wirbelkammer 6 zwei einander gegenüberliegende Auslaßöffnungen 8 auf, aus denen das Heißgas austritt. Die Wirbelkammer 6 ist innerhalb des Heizkessels 3 so angeordnet, daß das aus der Auslaßöffnung 8 ausströmende Heißgas die Kesseleinbauten oder das zu erwärmende Gut, z. B. die wasserführenden Rohre nicht direkt anströmt. Die Kesseleinbauten bzw. das zu erwärmende Gut sind in der Zeichnung nicht dargestellt. Das Heißgas, welches aus der Wirbelkammer 6 über die Auslaßöffnungen 8 austritt, durchströmt den Innenraum des Heizkessels 3 vollständig und tritt schließlich über den Abgaskanal 5 aus dem Heizkessel 3 aus. Zur optimalen Führung des Gases können Leitvorrichtungen vorgesehen sein, die jedoch in der Zeichnung nicht dargestellt sind.

Aus den Fig. 1 und 2 ist ersichtlich, daß die den Brenner 1 verlassende Flamme über den Stutzen 7 tangential in die Wirbelkammer 6 eingeleitet wird. Innerhalb der Wirbelkammer 6 wird die Flamme so umgelenkt, daß sie wenigstens einen 360°-Bogen beschreibt und auf diese Weise wieder in die Einmündung des Stutzens 7, oder zumindest wenigstens in dessen Einmündungsbereich zurückgeführt wird. Dies hat den Vorteil, daß das zum Teil erloschene Gas nochmals nachverbrannt wird und auf diese Weise sowohl eine vollständige Verbrennung des Brennstoffs erzielt als auch etwaige Rußpartikel nachverbrannt werden. Durch die Wirbelkammer 6 wird dem einströmenden Brenngas und Heißgas ein Drall aufgezwungen, so daß dieses in der Wirbelkammer 6 wie in den Fig. 1 und 2 angedeutet, herumgewirbelt und optimal vermischt wird. Das Heißgas verläßt die Wirbelkammer 6 über deren Auslaßöffnungen 8 erst dann, wenn der Brennstoff vollständig verbrannt ist. Die Bewegung des Heißgases ist dabei etwa schraubenlinienförmig, wobei aufgrund der beiden Auslaßöffnungen 8 eine gewisse Symmetrie entsteht. Durch die Bündelung der Flamme innerhalb der Wirbelkammer 6 wird diese auf Rotglut erwärmt, was außerdem die vollständige Verbrennung des Brennstoffs unterstützt. Das zu erwärmende Gut wird demnach nicht nur über das die Wirbelkammer 6 verlassende Heißgas erwärmt, sondern auch über die Strahlungswärme der rotglühenden Wirbelkammer 6.

Aufgrund der Bündelung der den Brenner 1 verlassenden Flamme wird insbesondere beim Kaltstart sehr schnell ein stationärer Zustand erreicht, bevor der Heizkessel 3 seine Betriebstemperatur erzielt. Es wird nämlich schon bei kalter Wirbelkammer 6 eine Verwirbelung des Brenngases unter Rückführung nur teilweise oder nicht verbrannter Anteile und dadurch deren Nachverbrennung gewährleistet, so daß die Abgaswerte selbst beim Kaltstart besser als bei herkömmlichen Öfen sind.

Bei dem in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Heizkessel 3 mit einer ausschwenkbaren Ofentür 9 versehen, die in einem vertikalen Schwenklager 10 gehalten ist. Diese Tür 9 weist ebenfalls eine Schamottelage 11 und eine Isolierschicht 12 auf. In der Tür 9 sind das hintere Ende der Wirbelkammer 6 und der Stutzen 7 integriert. Auch hier mündet in den Stutzen 7 ein Brenner 1 mit einem Gebläse 2 ein und der Stutzen 7 ist so mit der Wirbelkammer 6 verbunden, daß das Brenngas tangential in die Wirbelkammer 6 einströmt. Dabei wird dem Brenngas eine schraubenlinienförmige Strömung gemäß dem Pfeil 13 aufgezwungen. Die Auslaßöffnung 8 befindet sich an dem dem hinteren Ende gegenüberliegenden Ende, so daß das Brenngas die Wirbelkammer 6 vollständig durchströmen muß. Nachdem das Brenngas bzw. Heißgas die Wirbelkammer 6 durch die Auslaßöffnung 8 verlassen hat, durchströmt es den Innenraum des Heizkessels 3 und wird ggf. durch Umlenkung über Leitvorrichtungen den Kesseleinbauten oder dem zu erwärmenden Gut zugeführt. Schließlich wird das Heißgas als Abgas über den Abgaskanal 5 zum Kamin geleitet.

Zu Revisions- und/oder Inspektionszwecken kann die Tür 9 über das Schwenklager 10 in Richtung des Pfeils 14 geöffnet werden, so daß sowohl der Innenraum des Heizkessels 3 als auch die Wirbelkammer 6 frei zugänglich sind.

Bei dem in den Fig. 5 und 6 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel ist die Wirbelkammer 6 als doppelwandiger Hohlzylinder ausgebildet, so daß Kesseleinbauten (nicht dargestellt) koaxial eingesetzt werden können. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Wirbelkammer 6 von einer Isolierlage 15 umgeben, so daß die Wärme im wesentlichen radial nach innen abgegeben wird. Der Stutzen 7 befindet sich am einen Ende der Wirbelkammer 6 und mündet, wie bei den anderen Ausfuhrungsbeispielen, ebenfalls tangential in diese. Jedoch weist bei diesem Ausführungsbeispiel der Stutzen 7 im Bereich des Anschlußes des Brenners 1, was ein Öl- oder Gasbrenner sein kann, eine Gaszuführleitung 16 auf, über die Fremdgas zugeführt werden kann. Dies kann z. B. ebenfalls ein Brenngas sein, oder im Falle einer Nachverbrennung ein Teil des Abgases. Dieses Gas wird durch das aus dem Brenner 1 ausströmende Brenngas mitgerissen, mit diesem verwirbelt und vermischt und mitverbrannt.

Aus der Fig. 5 ist noch erkennbar, daß der Heizkessel 3 ein koaxial angeordnetes Schauglas 17 aufweist, mit dem der Hohlraum 18 inspiziert werden kann, was z. B. bei einem Schmelzofen o. dgl. erforderlich ist. Ferner ist ein Sicherheitsthermoelement 19 (Fig. 6) vorgesehen, mit dem die Temperatur in der Wirbelkammer 6 gemessen werden kann.

Insgesamt kann festgestellt werden, daß durch die Verwirbelung des Brenngases in der Wirbelkammer 6 eine Nachverbrennung des Brenngases erzielt wird, wodurch reinere Abgaswerte erhalten werden.

Claims (12)

1. Ofen, insbesondere Ölofen, mit einem Heizkessel (3) in dem Kesseleinbauten oder ein zu erwärmendes Gut vorgesehen sind, einem in den Heizkessel (3) einmündenden Brenner (1) und einem aus dem Heizkessel (3) ausmündenden Abgaskanal (5), dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Auslaß des Brenners (1) und dem Abgaskanal (5) eine Wirbelkammer (6) für das Brenngas vorgesehen ist.

2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß des Brenners (1) im wesentlichen tangential in die Wirbelkammer (6) einmündet.

3. Ofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammer (6) wenigstens eine Auslaßöffnung (8) für das Heißgas aufweist.

4. Ofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammer (6) zwei einander gegenüberliegende Auslaßöffnungen (8) aufweist, die insbesondere rechtwinklig zum Auslaß des Brenners (1) angeordnet sind.

5. Ofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (8) der Wirbelkammer (6) in den Heizkessel (3) mündet.

6. Ofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammer (6) innerhalb des Heizkessels (3) angeordnet ist.

7. Ofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammer (6) die Kesseleinbauten bzw. das zu erwärmende Gut umgibt bzw. aufnimmt.

8. Ofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Anschlußes an den Brenner (1) eine Gaszuführleitung (16) vorgesehen ist.

9. Ofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammer (6) als Nachrüstteil ausgebildet ist.

10. Ofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammer (6) über eine Schwenkvorrichtung zusammen mit dem Brenner (1) in den Heizkessel (3) ein- und ausschwenkbar ist.

11. Ofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammer (6) zyklonartig ausgebildet ist.

12. Ofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasführung in der Wirbelkammer (6) so gestaltet ist, daß die Flamme umschlägt und insbesondere über einen Winkel von wenigstens 270°, bevorzugt 360°, umgekehrt wird.