EP0798510B1 - Heizkessel - Google Patents

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EP0798510B1
EP0798510B1 EP97101776A EP97101776A EP0798510B1 EP 0798510 B1 EP0798510 B1 EP 0798510B1 EP 97101776 A EP97101776 A EP 97101776A EP 97101776 A EP97101776 A EP 97101776A EP 0798510 B1 EP0798510 B1 EP 0798510B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
combustion
heating boiler
shaft
boiler according
zone
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP97101776A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0798510A2 (de
EP0798510A3 (de
Inventor
Eugen Fischer
Karl Krumm
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Georg Fischer GmbH
Original Assignee
Georg Fischer GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Georg Fischer GmbH filed Critical Georg Fischer GmbH
Publication of EP0798510A2 publication Critical patent/EP0798510A2/de
Publication of EP0798510A3 publication Critical patent/EP0798510A3/de
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Publication of EP0798510B1 publication Critical patent/EP0798510B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24B—DOMESTIC STOVES OR RANGES FOR SOLID FUELS; IMPLEMENTS FOR USE IN CONNECTION WITH STOVES OR RANGES
    • F24B1/00—Stoves or ranges
    • F24B1/02—Closed stoves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23B—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING ONLY SOLID FUEL
    • F23B10/00—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers
    • F23B10/02—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers including separate secondary combustion chambers

Definitions

  • the invention relates to a boiler with a solid fuel, in particular wood, fillable and combustible with combustion air, filling chute set up for bottom-side burn-off, from one to one Exhaust outlet leading flow path that goes through a Filling shaft adjacent, with combustion gases and secondary air Combusable combustion zone with flow from bottom to top and one of these subordinate heat exchange zone leads, the Combustion zone at least one with a standing axis, has a chimney-shaped combustion shaft at its lower end via at least one tangentially opening inflow channel with the Filling shaft is connected.
  • a boiler of this type is known from CH 671 822 A5.
  • the combustion shaft through two pipes formed, which delimit an annular space in which secondary air circulate can.
  • This is sucked in through recesses in the inflow channel one with the annulus surrounding the combustion shaft communicating annulus is surrounded.
  • the secondary air must be here overcome comparatively large flow resistance. With natural Train is therefore sucked in comparatively little secondary air, which too poor mixing of the secondary air with the combustion gases and leads to lack of air in the combustion zone. The consequence of this are therefore overall poor combustion and high CO and Dust pollution of the exhaust gas. If so by using a blower counteracted, arise in addition to the high Deployment effort also involves high running costs, which is unfavorable which affects profitability.
  • a boiler is known in which the combustion zone an insert made of refractory material with a with a lying axis arranged, drum-shaped chamber that contains one end a tangential connection to the filling shaft and at the other end has an upward opening.
  • the drum-shaped chamber results in a spiral flow axial and rotary component.
  • the thermal buoyancy of the Combustion gases here, however, mean that the flow in the lower Circumferential area is not as good against the drum wall as in the upper one Circumferential area, so that the heat storage capacity of the drum wall is not used optimally. There is therefore one in the lower peripheral area to fear comparatively poor afterburning. That could only can be counteracted by increasing the speed.
  • the inflow channel or the inflow channels each have a rectangular cross section have a greater height than width. This advantageously results in a slim flow band close to the wall, what a good one Heat transfer is beneficial.
  • Each combustion shaft can advantageously have several, on one Hole-shaped ventilation holes arranged near the wall pitch circle be assigned. Due to the larger number of ventilation holes these have a comparatively small diameter, so that a nozzle-like function gives what is good for achieving Mixture formation is beneficial.
  • Another advantageous embodiment of the higher-level measures is that the height of the combustion shaft or the combustion shafts from the level of the hopper floor to the upper one Boiler area extends. This results despite high flow velocities a high dwell time. On an outlet-side narrowing of the combustion shaft or the combustion shafts can therefore be advantageous Be waived, which also increases the associated Flow resistance comes away.
  • the boiler according to the invention has, as can best be seen from FIG is, a filling chute 1, which has an upper, through a swivel cover 2 closable filling opening with logs etc. can be loaded.
  • the lower end of the filling shaft 1 is formed by a grate 3, below which is an ash collecting space 4.
  • the filling burns during operation the filling chute 1 from below, i.e. forms on the grate 3 Fire bed.
  • the grate 3 can be pivoted for adjustability his.
  • the air required for combustion is supplied to the boiler in the form of Primary air and secondary air are supplied as indicated by arrows 5 and 6 is indicated.
  • the primary air inlet is in the front area of the boiler arranged, preferably adjustable ventilation flap 7 formed.
  • the primary air enters the filling shaft as upper air and / or lower air 1, as indicated by the arrows 5 a, b.
  • the secondary air gets wider injected downstream, as will be explained later.
  • the volatile combustion products withdraw from the filling shaft 1, such as is indicated by the arrow 8.
  • the filling shaft is in the near-rust area Provide a flow outlet in the area of its rear wall.
  • the from Filling duct 1 outgoing flow path leads over a filling duct 1 adjacent combustion zone 9 and a heat exchange zone arranged downstream of this 10 to one in the area of the upper end of the rear boiler wall arranged, outgoing outlet port 11.
  • the combustion zone 9 is designed so that afterburning takes place, so that the flue gas emerging at the outlet port 11 is only slight Residues of CO and dust.
  • a heat transfer medium water in the example shown, heated.
  • the combustion zone 9, which is located in the back of the filling shaft 1 adjoining boiler area contains at least one with chimney-shaped combustion shaft 12 arranged upright, the one at its lower end by one transverse to its axis arranged, horizontal inflow duct 13 with the filling shaft 1 connected is.
  • the upper end of the combustion shaft 12 is open without restriction.
  • the bottom 14 of the filling shaft 12 is approximately at the level of the grate 3 that closes the filling chute 1 downwards.
  • the above-mentioned secondary air is in the area of the combustion zone 9 fed.
  • the one above the secondary air inlet connected distribution channel 21 arranged bottom 14 of the Combustion shaft 12 with at least one with a vertical axis, that is parallel, 12 bore-shaped to the axis of the combustion shaft Provide ventilation hole 15 through which secondary air can flow in, such as is indicated by the arrow 6b.
  • the axial direction of the ventilation hole 15 crosses the lying axis of the inflow channel 13.
  • the in the direction of Arrow 8 from the filling shaft 1 into the combustion shaft 12 Combustion products flowing in are as a result of the standing Arrangement of the combustion shaft 12 deflected upwards and flow along due to the effective pull and their thermal buoyancy high speed downwards.
  • the combustion shaft 12 is accordingly from bottom to top flows through.
  • inflowing combustion products result from the high Flow velocity is a negative pressure at the bottom.
  • the ventilation holes 15 inflowing secondary air practically crosses the mass flow of incoming combustion products, which ensures good mixing and thus achieved a good mixture formation for the afterburning become.
  • the combustion shaft extends 12 to the upper boiler area.
  • the upper, open end 16 of the Combustion shaft 12 is located approximately in the example shown the level of the rear outlet port 11.
  • the clear cross section of the Combustion shaft 12 is the same over the entire height, so that no narrowing.
  • a circular cross section provided so that there is a cylindrical combustion shaft configuration results.
  • the inflow channel 13 is, as can best be seen from FIG of the circular cross section of the combustion shaft 12 tangentially arranged so that the incoming combustion products on the circular Wall of the combustion shaft 12 guided along and accordingly are set into a rotational movement. Because at the same time, as mentioned above, there is an increasing movement, there is practically a spiral movement indicated near 17 in FIG. 1 at 17 inside the combustion shaft 12. As a result of the rotation This results in good wall contact and therefore good heat exchange with the wall of the combustion shaft 12, which is positive the reliability of afterburning regardless of throughput affects.
  • FIG. 1 To ensure a good admixture of secondary air, here are how Figure 2 can be seen further, several bottom ventilation holes 15 are provided. These can therefore have a comparatively small cross section have, so that rays with high penetration and thus a good mixing with those entering the combustion shaft 12 transversely thereto Combustion products result.
  • the ventilation holes 15 are arranged on a pitch circle close to the wall, expediently only the near the filling shaft Half of the circumference of this sub-circle is occupied, since here the Suction is best.
  • Combustion shaft 12 In the smallest size of the boiler according to the invention, only one can Combustion shaft 12 may be provided. In the example shown, as FIG. 2 further shows, two cylindrical ones arranged side by side Combustion shafts 12 are provided. The side by side Combustion shafts 12 practically form one to the rear wall of the Filling chute 1 parallel row. Of course it would be conceivable, too to arrange more than two combustion shafts side by side. All the provided combustion ducts 12 are expediently the same educated.
  • Each combustion shaft 12 has an inflow channel 13 on the bottom assigned.
  • the inflow ducts 13 of all combustion ducts 12 are arranged so that their inlet cross-sections 13a, practically form the exit of the filling shaft 1, approximately evenly over the Distribute the filling shaft width, which spreads over the entire filling shaft width uniform burning guaranteed.
  • the inflow channels 13 have expediently a rectangular cross section, the Cross-sectional height is greater than the cross-sectional width. This results in practically a slim flow band that fits neatly on the wall of the Filling chute 12 can create. All inlet channels 13 are expedient the same cross section.
  • the combustion shafts 12 with associated inflow channels 13 and Ventilation holes 15 are in a refractory material, for example Chamotte, existing insert 18 integrated. This extends in one piece across the entire boiler width and accordingly across all existing combustion ducts 12. It would also be conceivable, several inserts each containing only one combustion shaft to be placed side by side. This practically results in a modular structure, where the boiler width depends on the required output changed.
  • Each insert 18 is expediently divided into several over the height Blocks divided, which are placed on top of each other like chimneys can, which makes assembly easier.
  • the block structure of the Insert 18 or the inserts 18 results in a large, the combustion channels 12 surrounding material accumulation and thus a high heat storage capacity. As a result, even with long operating periods fluctuating throughput as high as possible Temperature and thus a reliable afterburning of the Combustion shafts 12 flowing gases reached as a result of spiral flow close to the wall into an intensive wall-side Heat exchange come.
  • the heat exchange zone 10 is accordingly with lamella-like, parallel to the rear wall of the filling shaft 1 arranged pockets 19 to which water can be applied Mistake.
  • the insert 18 is here between the first and the second, the Filling shaft 1 facing pocket 19 arranged. These are accordingly in thermal contact with the insert 18.
  • the others Pockets 19 delimit gap-shaped flow channels 20 between them the flue gases flow through here in parallel, which then to be deflected to the outlet port 11.
  • the insert 18 is arranged at a distance from the floor.
  • the Space below the insert 18 results in the entire width of the boiler continuous chamber which is connected to the secondary air inlet and thus acts as a distribution channel 21 through which the secondary air all ventilation holes 15 is distributed.

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Description

Die Erfindung betrifft einen Heizkessel mit einem mit festen Brennstoffen, insbesondere Holz, befüllbaren und mit Verbrennungsluft beaufschlagbaren, für bodenseitigen Abbrand eingerichteten Füllschacht, von dem ein zu einem Abgasauslaß führender Strömungsweg abgeht, der über eine dem Füllschacht benachbarte, mit Verbrennungsgasen und Sekundärluft beaufschlagbare, von unten nach oben durchströmte Verbrennungszone und eine dieser nachgeordnete Wärmetauschzone führt, wobei die Verbrennungszone wenigstens einen mit stehender Achse angeordneten, kaminförmigen Verbrennungsschacht aufweist, der an seinem unteren Ende über wenigstens einen tangential einmündenden Einströmkanal mit dem Füllschacht verbunden ist.
Ein Heizkessel dieser Art ist aus der CH 671 822 A5 bekannt. Bei dieser bekannten Anordnung wird der Verbrennungsschacht durch zwei Rohre gebildet, die einen Ringraum begrenzen, in dem Sekundärluft zirkulieren kann. Diese wird über Ausnehmungen des Einströmkanals angesaugt, der von einem mit dem den Verbrennungsschacht umfassenden Ringraum kommunizierenden Ringraum umgeben ist. Die Sekundärluft muß hier einen vergleichsweise großen Strömungswiderstand überwinden. Bei natürlichem Zug wird daher nur vergleichsweise wenig Sekundärluft angesaugt, was zu einer schlechten Vermischung der Sekundärluft mit den Verbrennungsgasen und zu Luftmangel in der Verbrennungszone führt. Die Folge davon sind daher insgesamt eine schlechte Verbrennung sowie eine hohe CO- und Staubbelastung des Abgases. Sofern dem durch Einsatz eines Gebläses entgegengewirkt wird, ergeben sich neben dem hohen Bereitstellungsaufwand auch hohe laufende Kosten, was sich ungünstig auf die Wirtschaftlichkeit auswirkt.
Aus der DE 31 47 410 A1 ist eine ähnliche Anordnung bekannt, bei der die Verbrennungszone durch eine den Füllschacht auf seiner ganzen Breite flankierende Kammer gebildet wird, die ein- und auslasseitig verengt ist. Die Trennwand zwischen dieser Kammer und dem Füllschacht endet dabei oberhalb des den Füllschacht nach unten begrenzenden Rosts, sodaß sich ein über die ganze Füllschachtbreite durchgehender, nach unten vom Rost begrenzter Durchtrittsspalt ergibt, von dem der verengte Kammereinlaß nach oben abgeht. Die Sekundärluft wird über der ganzen Länge des genannten Durchtrittsspalts zugeführt. In der genannten Kammer der Verbrennungszone ergibt sich dabei eine gerade, rotationsfreie Strömung. Dies führt zu einer kurzen Verweilzeit mit schlechtem Wärmeübergang sowie einer schlechten Gemischbildung und damit insgesamt zu einer schlechten Nachverbrennung in der hierfür vorgesehenen Kammer. Die ausgangsseitige Verengung dieser Kammer soll diesen Nachteil zwar etwas abschwächen, führt aber zu einem Anstieg des Strömungswiderstands mit den oben bereits dargelegten Nachteilen.
Aus der AT 394 775 B ist eine Heizkessel bekannt, bei dem die Verbrennungszone einen aus feuerfestem Material bestehenden Einsatz mit einer mit liegender Achse angeordneten, trommelförmigen Kammer enthält, die an einem Ende eine tangential verlaufende Verbindung zum Füllschacht und am anderen Ende eine nach oben weisende Auslaßöffnung aufweist. In der trommelförmigen Kammer ergibt sich zwar eine spiralförmige Strömung mit axialer und rotativer Komponente. Der thermische Auftrieb der Verbrennungsgase führt hier jedoch dazu, daß sich die Strömung im unteren Umfangsbereich weniger gut an die Trommelwand anlegt, als im oberen Umfangsbereich, sodaß die Wärmespeicherkapazität der Trommelwand nicht optimal ausgenutzt wird. Im unteren Umfangsbereich ist daher eine vergleichsweise schlechte Nachverbrennung zu befürchten. Dem könnte nur durch eine Erhöhung der Geschwindigkeit entgegengewirkt werden. Um eine ausreichend schnelle Rotation aufrecht zu erhalten ist jedoch ein hoher Zug erforderlich, der als natürlicher Zug vielfach nicht zur Verfügung steht, sodaß auch hier ein Gebläse benötigt wird, was sich ungünstig auf den erforderlichen Aufwand auswirkt. Ein weiterer Nachteil der bekannten Anordnung ist darin zu sehen, daß der die mit liegender Achse angeordnete, trommelförmige Kammer enthaltende Einsatz praktisch ein einteiliger, über die ganze Kesselbreite sich erstreckender Block ausgeführt ist, was die Montage außerordentlich schwierig macht. Ferner ist davon auszugehen, daß bei der bekannten Anordnung eine Vergrößerung der Länge der trommelförmigen Kammer und/oder des Trommelradiuses zwangsläufig zu einer Vergrößerung der Breite und/oder Tiefe und damit der Grundfläche des Heizkessels führt, was im Hinblick auf die beengten Platzverhältnisse in Heizungsräumen unerwünscht ist.
Hiervon ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Heizkessel eingangs erwähnter Art mit einfachen und kostengünstigen Mitteln so zu verbessern, daß nicht nur eine gute Nachverbrennung, sondern auch eine platzsparende Bauweise erreicht werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der in feuerfestem Material vorgesehene Verbrennungsschacht über wenigstens ein bodenseitig vorgesehenes, wandnah angeordnetes Belüftungsloch mit Sekundärluft beaufschlagbar ist.
Mit der erfindungsgemäßen Kombination werden die Nachteile der bekannten Anordnungen unter Bewahrung ihrer Vorteile vermieden. Aufgrund der Beibehaltung der stehenden Anordnung des Verbrennungsschachts bzw. der Verbrennungsschächte kommt hier der thermische Auftrieb der Verbrennungsgase unterstützend zum Zug hinzu, sodaß bereits bei normalem natürlichem Zug hohe Strömungsgeschwindigkeiten erreicht werden. Diese führen in vorteilhafter Weise im Bodenbereich des Verbrennungsschachts zu einer wirksamen Unterdruckzone, so daß zuverlässig eine ausreichende Sekundärluftmenge angesaugt wird. Die angezogene Sekundärluftmenge ist dabei in vorteilhafter Weise automatisch abhängig vom Gasdurchsatz, so daß sich eine Selbststeuerung ergibt. Die über die zugeordneten Belüftungslöcher düsenartig einströmende Sekundärluft besitzt in vorteilhafter Weise eine hohe Durchschlagskraft und wird dementsprechend intensiv mit den Verbrennungsgasen durchmischt, so daß sich eine gute Gemischaufbereitung und eine gute Nachverbrennung ergeben. Dabei kommt auch die hohe Wärmespeicherkapazität des den Verbrennungsschacht enthaltenden, feuerfesten Materials vorteilhaft zum Tragen. Die in jedem Verbrennungsschacht sich ausbildende, spiralförmige Strömung legt sich nämlich auf dem gesamten Umfang des Verbrennungsschachts dicht an die Schachtwand an, was den Wärmeübergang verbessert und damit eine ausgezeichnete Nachverbrennung gewährleistet. Die Folge davon sind in vorteilhafter Weise eine geringe CO- und Staubbelastung des Abgases. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß hier die den Verbrennungsschacht bzw. die Verbrennungsschächte enthaltende Verbrennungszone durch nach Art von Kaminsteinen aufeinandergesetzte Steine gebildet werden kann, was eine einfache Montage und eine leistungsbezogene Modulbauweise ermöglicht. Dabei kann zuverlässig sichergestellt werden, daß sämtliche jeweils vorhandenen Verbrennungsschächte im Volllastbereich betrieben werden, so daß Kondenswasserbildung und Kaminversottung ausgeschlossen sind.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den Unteransprüchen angegeben. So können vorteilhaft mehrere, parallele kaminförmige Verbrennungsschächte vorgesehen sein, die in Form einer zur benachbarten Füllschachtwand parallelen Reihe angeordnet sind. Dies ergibt auch bei Verwendung mehrerer, vorzugsweise gleicher Verbrennungsschächte eine einfache und besonders kompakte Bauweise. Gleichzeitig ermöglichen diese Maßnahmen eine gleichmäßige Verteilung der Einströmkanäle über die Breite der benachbarten Füllschachtwand, was für die Erzielung eines gleichmäßigen Abbrands im Füllschacht förderlich ist.
Eine weitere vorteilhafte Maßnahme kann darin bestehen, daß der Einströmkanal bzw. die Einströmkanäle jeweils einen rechteckförmigen Querschnitt mit größerer Höhe als Breite aufweisen. Dies ergibt in vorteilhafter Weise, ein schlankes, wandnahes Strömungsband, was für einen guten Wärmeübergang förderlich ist.
Vorteilhaft können jedem Verbrennungsschacht jeweils mehrere, auf einem wandnahen Teilkreis angeordnete, bohrungsförmige Belüftungslöcher zugeordnet sein. Infolge der größeren Anzahl der Belüftungslöcher können diese einen vergleichsweise kleinen Durchmesser aufweisen, sodaß sich eine düsenartige Funktion ergibt, was für die Erzielung einer guten Gemischbildung förderlich ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der übergeordneten Maßnahmen besteht darin, daß sich die Höhe des Verbrennungsschachts bzw. der Verbrennungsschächte vom Niveau des Füllschachtbodens bis in den oberen Kesselbereich erstreckt. Dies ergibt trotz hoher Strömungsgeschwindigkeiten eine hohe Verweilzeit. Auf eine ausgangsseitige Verengung des Verbrennungsschachts bzw. der Verbrennungsschächte kann daher in vorteilhafter Weise verzichtet werden, womit auch eine Erhöhung des hiermit verbundenen Strömungswiderstands in Wegfall kommt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den restlichen Unteransprüchen angegeben und aus der nachstehenden Beispielsbeschreibung entnehmbar.
Nachstehend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
Figur 1
einen Vertikalschnitt durch einen erfindungsgemäßen, mit Holz beheizbaren Heizkessel und
Figur 2
einen Querschnitt entlang der Linie II/II in Figur 1.
Der erfindungsgemäße Heizkessel besitzt, wie am besten aus Figur 1 erkennbar ist, einen Füllschacht 1, der über eine obere, durch einen Schwenkdeckel 2 verschließbare Einfüllöffnung mit Holzscheiten etc. beladbar ist. Das untere Ende des Füllschachts 1 wird durch einen Rost 3 gebildet, unter dem sich ein Aschesammelraum 4 befindet. Im Betrieb brennt die Füllung des Füllschachts 1 von unten ab, d.h. auf dem Rost 3 bildet sich ein Feuerbett. Der Rost 3 kann zwecks Einstellbarkeit schwenkbar angeordnet sein.
Die zur Verbrennung benötigte Luft wird dem Heizkessel in Form von Primärluft und Sekundärluft zugeführt, wie durch die Pfeile 5 und 6 angedeutet ist. Der Primärlufteingang ist als im vorderen Bereich des Heizkessels angeordnete, vorzugsweise einstellbare Lüftungsklappe 7 ausgebildet. Die Primärluft gelangt als Oberluft und/oder Unterluft in den Füllschacht 1, wie durch die Pfeile 5 a, b angedeutet ist. Die Sekundärluft wird weiter stromabwärts eingespritzt, wie noch erleutert werden wird.
Die flüchtigen Verbrennungsprodukte ziehen aus dem Füllschacht 1 ab, wie durch den Pfeil 8 angedeutet ist. Der Füllschacht ist hierzu im rostnahen Bereich seiner Rückwand mit einem Strömungsausgang versehen. Der vom Füllschacht 1 abgehende Strömungsweg führt über eine dem Füllschacht 1 benachbarte Verbrennungszone 9 und eine dieser nachgeordnete Wärmetauschzone 10 zu einem im Bereich des oberen Endes der hinteren Kesselwand angeordneten, nach hinten abgehenden Auslaßstutzen 11. Die Verbrennungszone 9 ist so ausgebildet, daß eine Nachverbrennung stattfindet, sodaß das am Auslaßstutzen 11 austretende Rauchgas nur geringe Rückstände von CO und Staub aufweist. In der Wärmetauschzone 10 wird ein Wärmeträgermedium, im dargestellten Beispiel Wasser, erhitzt.
Die Verbrennungszone 9, die sich in dem an die Rückseite des Füllschachts 1 anschließenden Kesselbereich befindet, enthält mindestens einen mit stehender Achse angeordneten, kaminförmigen Verbrennungsschacht 12, der an seinem unteren Ende durch einen quer zu seiner Achse angeordneten, horizontalen Einströmkanal 13 mit dem Füllschacht 1 verbunden ist. Das obere Ende des Verbrennungsschachts 12 ist verengungsfrei offen. Der Boden 14 des Füllschachts 12 befindet sich etwa auf dem Niveau des den Füllschacht 1 nach unten abschließenden Rosts 3.
Die oben erwähnte Sekundärluft wird im Bereich der Verbrennungszone 9 zugefüht. Hierzu ist der oberhalb eines an den Sekundärlufteingang angeschlossenen Verteilerkanals 21 angeordnete Boden 14 des Verbrennungsschachts 12 mit wenigstens einem mit vertikaler Achse, also parallen, zur Achse des Verbrennungsschachts 12 bohrungsförmigen Belüftungsloch 15 versehen, über das Sekundärluft einströmen kann, wie durch den Pfeil 6b angedeutet ist. Die Achsrichtung des Belüftungslochs 15 kreuzt die liegende Achse des des Einströmkanals 13. Die in Richtung des Pfeils 8 aus dem Füllschacht 1 in den Verbrennungsschacht 12 einströmenden Verbrennungsprodukte werden in Folge der stehenden Anordnung des Verbrennungsschachts 12 nach oben umgelenkt und strömen infolge des wirksamen Zugs und ihres thermischen Auftriebs mit hoher Geschwindigkeit nach oben ab.
Der Verbrennungsschacht 12 wird dementsprechend von unten nach oben durchströmt. Im Umlenkbereich der in den Verbrennungsschacht 12 einströmenden Verbrennungsprodukte ergibt sich infolge der hohen Strömungsgeschwindigkeit ein bodenseitiger Unterdruck. Dieser bewirkt, daß die Sekundärluft automatisch eingezogen wird und zwar in Abhängigkeit vom Durchsatz an Verbrennungsprodukten. Es ergibt sich somit eine Selbststeuerung, sodaß auf einstellbare Steuerorgane im Sekundärluftbereich verzichtet werden kann. Die über die Belüftungslöcher 15 einströmende Sekundärluft kreuzt praktisch den Massestrom der einströmenden Verbrennungsprodukte, wodurch eine gute Durchmischung und damit eine gute Gemischbildung für die Nachverbrennung erreicht werden. Um eine möglichst lange Verweilzeit des Gemisches im Verbrennungsschacht 12 und damit eine möglichst vollständige Nachverbrennung zu gewährleisten, erstreckt sich der Verbrennungsschacht 12 bis in den oberen Kesselbereich. Das obere, offene Ende 16 des Verbrennungsschachts 12 befindet sich im dargestellten Beispiel etwa auf dem Niveau des rückwärtigen Auslaßstutzens 11. Der lichte Querschnitt des Verbrennungsschachts 12 ist auf der ganzen Höhe gleich, sodaß sich keinerlei Verengungen ergeben. Hier ist ein kreisförmiger Querschnitt vorgesehen, so daß sich eine zylinderförmiger Verbrennungsschachtkonfiguration ergibt.
Der Einströmkanal 13 ist, wie am besten aus Figur 12 erkennbar ist, bezüglich des kreisförmigen Querschnitts des Verbrennungsschachts 12 tangential angeordnet, sodaß die einströmenden Verbrennungsprodukte an der kreisförmigen Wand des Verbrennungsschachts 12 entlang geführt und dementsprechend in eine Rotationsbewegung versetzt werden. Da gleichzeitig, wie oben schon erwähnt, eine ansteigende Bewegung stattfindet, ergibt sich praktisch eine in Figur 1 bei 17 angedeutete, wandnahe Spiralbewegung innnerhalb des Verbrennungsschachts 12. Infolge der Rotation ergibt sich dabei ein guter Wandkontakt und damit ein guter Wärmeaustausch mit der Wand des Verbrennungsschachts 12, was sich positiv auf die Zuverlässigkeit der Nachverbrennung unabhängig vom Durchsatz auswirkt.
Um eine gute Beimischung der Sekundärluft zu gewährleisten, sind hier, wie Figur 2 weiter erkennen läßt, mehrere bodenseitige Belüftungslöcher 15 vorgesehen. Diese können daher einen vergleichsweise kleinen Querschnitt aufweisen, sodaß sich Strahlen mit hoher Durchschlagskraft und damit eine gute Vermischung mit den quer hierzu in den Verbrennungsschacht 12 eintretenden Verbrennungsprodukten ergeben. Die Belüftungslöcher 15 sind auf einem wandnahen Teilkreis angeordnet, wobei zweckmäßig nur die füllschachtnahe Umfangshälfte dieses Teilkreises belegt ist, da hier die Sogwirkung am besten ist.
Bei der kleinsten Baugröße des erfindungsgemäßen Heizkessels kann nur ein Verbrennungsschacht 12 vorgesehen sein. Im dargestellten Beispiel sind, wie Figur 2 weiter zeigt, zwei nebeneinander angeordnete, zylindrische Verbrennungsschächte 12 vorgesehen. Die nebeneinander angeordneten Verbrennungsschächte 12 bilden dabei praktisch eine zur Rückwand des Füllschachts 1 parallele Reihe. Selbstverständlich wäre es denkbar, auch mehr als zwei Verbrennungsschächte nebeneinander anzuordnen. Zweckmäßig sind alle vorgesehenen Verbrennungsschächte 12 gleich ausgebildet.
Jedem Verbrennungsschacht 12 ist hier ein bodenseitiger Einströmkanal 13 zugeordnet. Die Einströmkanäle 13 sämtlicher Verbrennungsschächte 12 sind dabei so angeordnet, daß sich ihre Eintrittsquerschnitte 13a, die praktisch den Ausgang des Füllschachts 1 bilden, etwa gleichmäßig über die Füllschachtbreite verteilen, was einen über die ganze Füllschachtbreite gleichmäßigen Abbrand gewährleistet. Die Einströmkanäle 13 besitzen zweckmäßig einen rechteckförmigen Querschnitt, wobei die Querschnittshöhe größer als die Querschnittsbreite ist. Hierdurch ergibt sich praktisch ein schlankes Strömungsband, das sich sauber an die Wand des Füllschachts 12 anlegen kann. Alle Eintrittskanäle 13 besitzen zweckmäßig denselben Querschnitt. Im Falle einer zu einer Mittelebene symmetrischen Anordnung der Einströmkanäle 13, wie im dargestellten Beispiel, ergeben sich in den nebeneinander sich befindenden Verbrennungsschächten 12 gegenläufige Drehrichtungen der Spiralströmung 17, was für die Vermischung der am oberen Ende der Verbrennungsschächte 12 aus diesen austretenden Rauchgase und damit eine gleichmäßige Wärmebeaufschlagung der Elemente der Wärmetauschzone 10 förderlich ist.
Die Verbrennungsschächte 12 mit zugeordneten Einströmkanälen 13 und Belüftungslöchern 15 sind in einen aus feuerfestem Material, beispielsweise Schamotte, bestehenden Einsatz 18 integriert. Dieser erstreckt sich hier einteilig über die ganze Kesselbreite und dementsprechend über alle vorhandenen Verbrennungsschächte 12. Es wäre aber auch denkbar, mehrere jeweils nur einen Verbrennungsschacht enthaltende Teileinsätze nebeneinander anzubringen. Dies ergibt praktisch einen modularen Aufbau, bei dem die Kesselbreite in Abhängigkeit von der verlangten Leistung sich verändert. Zweckmäßig ist jeder Einsatz 18 über der Höhe in mehrere Blöcke unterteilt, die nach Art von Kaminsteinen aufeinander gesetzt werden können, was die Montage erleichtert. Der blockförmige Aufbau des Einsatzes 18 bzw. der Einsätze 18 ergibt eine große, die Verbrennungskanäle 12 umgebende Materialansammlung und damit eine hohe Wärmespeicherkapazität. Hierdurch wird auch über lange Betriebszeiträume mit schwankendem Durchsatz hinweg eine möglichst gleichbleibende, hohe Temperatur und damit eine zuverlässige Nachverbrennung der die Verbrennungsschächte 12 durchströmenden Gase erreicht, die infolge der wandnahen Spiralströmung in einen intensiven wandseitigen Wärmeaustausch kommen.
Im dargestellten Beispiel soll, wie weiter oben schon erwähnt wurde, als Wärmeträgermedium Wasser Verwendung finden. Die Wärmetauschzone 10 ist dementsprechend mit lamellenartigen, parallel zur Rückwand des Füllschachts 1 angeordneten, mit Wasser beaufschlagbaren Taschen 19 versehen. Der Einsatz 18 ist hier zwischen der ersten und der zweiten, dem Füllschacht 1 zugewandten Tasche 19 angeordnet. Diese befinden sich dementsprechend in Wärmeleitkontakt mit dem Einsatz 18. Die weiteren Taschen 19 begrenzen zwischen sich spaltförmige Strömungskanäle 20, die von den Rauchgasen hier parallel durchströmt werden, die anschließend zum Auslaßstutzen 11 umgelenkt werden.
Der Einsatz 18 ist, wie Figur 1 zeigt, mit Bodenabstand angeordnet. Der Raum unterhalb des Einsatzes 18 ergibt eine über die ganze Kesselbreite durchgehende Kammer, die an den Sekundärlufteinlaß angeschlossen ist und somit als Verteilerkanal 21 fungiert, durch den die Sekundärluft auf sämtliche Belüftungslöcher 15 verteilt wird.

Claims (10)

  1. Heizkessel mit einem mit festen Brennstoffen, insbesondere Holz, befüllbaren und mit Verbrennungsluft beaufschlagbaren, für bodenseitigen Abbrand eingerichteten Füllschacht (1), von dem ein zu einem Abgasauslaß (11) führender Strömungsweg abgeht, der über eine dem Füllschacht (1) benachbarte, mit Verbrennungsgasen und Sekundärluft beaufschlagbare, von unten nach oben durchströmte Verbrennungszone (9) und eine dieser nachgeordnete Wärmetauschzone (10) führt, wobei die Verbrennungszone (9) wenigstens einen mit stehender Achse angeordneten, kaminförmigen Verbrennungsschacht (12) aufweist, der an seinem unteren Ende über wenigstens einen tangential einmündenden Einströmkanal (13) mit dem Füllschacht (1) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der in feuerfestem Material vorgesehene Verbrennungsschacht (12) über wenigstens ein bodenseitig vorgesehenes, wandnah angeordnetes Belüftungsloch (15) mit Sekundärluft beaufschlagbar ist.
  2. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungszone (9) mehrere, vorzugsweise zwei, parallele, kaminförmige Verbrennungschächte (12) aufweist, die in Form einer zur benachbarten Füllschachtwand parallelen Reihe angeordnet sind.
  3. Heizkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Verbrennungsschächte (12) gleich, vorzugsweise jeweils als Zylinder mit über der ganzen Höhe gleichbleibendem, kreisförmigem Querschnitt ausgebildet sind.
  4. Heizkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsschacht (12) bzw. die Verbrennungsschächte (12) jeweils eine vom Niveau des Bodens des Füllschachts (1) bis in den oberen Kesselbereich reichende Höhe aufweist bzw. aufweisen.
  5. Heizkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils vorhandenen Einströmkanäle (13) mit ihren Eingangsquerschnitten (13a) gleichmäßig über die Breite der zugeordneten Wand des Füllschachts (1) verteilt sind.
  6. Heizkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Verbrennungsschacht (12) ein Einströmkanal (13) zugeordnet ist.
  7. Heizkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Einströmkanal (13) einen rechteckförmigen Querschnitt mit größerer Höhe als Breite aufweist.
  8. Heizkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Verbrennungsschacht (12) mehrere, auf einem wandnahen Teilkreis, vorzugsweise im Bereich des dem Füllschacht (1) zugewandten Umfangsbereichs des Teilkreises, angeordnete, bohrungsförmige Belüftungslöcher (15) zugeordnet sind.
  9. Heizkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungszone (9) wenigstens ein aus feuerfestem Material bestehender, wenigstens einen Verbrennungsschacht (12) enthaltender Einsatz (18) zugeordnet ist, der vorzugsweise aus aufeinander aufsetzbaren Formsteinen gemauert ist.
  10. Heizkessel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (18) zwischen zwei Taschen (19) der Wärmetauscheinrichtung (10) angeordnet ist, die weitere, mit Strömungsspalte (20) bildendem Abstand hintereinander gestaffelte Taschen (19) aufweist.
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