EP0798511A2 - Heizkessel und Verfahren zu seinem Betreiben - Google Patents
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- F23B7/002—Combustion techniques; Other solid-fuel combustion apparatus characterised by gas flow arrangements
- F23B7/005—Combustion techniques; Other solid-fuel combustion apparatus characterised by gas flow arrangements with downdraught through fuel bed and grate
Definitions
- the invention relates to a method for operating a boiler, solid fuels being pyrolyzed with the addition of primary air and the flue gases formed being sucked axially through an elongated, essentially horizontal combustion chamber with the addition of secondary air and with swirling.
- Such a method and such a device are known from AT 400 180 B.
- the induced draft fan ensures that the primary air enters the filling chamber in which the pyrolysis takes place.
- the flue gases generated during pyrolysis are sucked tangentially into the cylindrical combustion chamber. There a cyclone-like longitudinal vortex is created, into which the secondary air is sucked in.
- the method mentioned at the outset is characterized in that the secondary air releases the flue gases before they enter the combustion chamber is added and that two opposing, essentially parallel-axis longitudinal vortices are generated in the combustion chamber.
- the flue gas duct forms a narrowest cross-section of the system, so to speak, with a correspondingly high speed. This leads to a very good mixing of the secondary air into the pyrolysis flue gases.
- the mixture then enters the combustion chamber radially and meets the axial inner rib on the opposite combustion chamber wall. Here the mixture flow divides and forms the two opposing longitudinal vortices, which penetrate each other during their axial migration through the combustion chamber and thus cause extremely even and low-pollutant combustion.
- the formation of the opposing longitudinal vortices can be promoted by the fact that the axial inner rib has a sharp-edged back and merges into the combustion chamber wall in a rounded manner.
- the flue gas duct opens as an axial slot in the combustion chamber.
- a certain axial length of the combustion chamber is already acted upon by the mixture consisting of the flue gases and the secondary air, namely with a relatively thin, broadband gas stream, which is in correspondingly broadband, still thinner longitudinal eddy currents split. This also helps to make the combustion even.
- a further preferred feature is that the secondary air duct runs essentially parallel to the axial slot at least on one side and is connected to it by at least one slot nozzle.
- the secondary air preheated in this way is sucked through the slot nozzle into the flue gas duct at a relatively high speed, at a point where there is also a relatively high flow speed.
- edges of the axial slot are rounded inwards so that the opposing vortices in the upper region are pressed down towards the center of the combustion chamber and thus meet in the region of the combustion chamber center. This also promotes thorough mixing.
- the cross section of the combustion chamber is essentially circular or elliptical at least in the area of the flue gas duct. Excellent results were achieved, in particular with circular cross sections. But the elliptical shape also leads to very good mixing.
- the axial inner rib advantageously extends essentially over the entire length of the combustion chamber, so that the opposite vortex formation continues until the end of the combustion chamber.
- the essentially elliptical region of the combustion chamber associated with the flue gas duct is followed by two essentially cylindrical regions which run parallel to one another on both sides of the plane defined by the axial inner rib up to the end of the combustion chamber.
- the gas flow is thus divided within the combustion chamber after it has been mixed into two parallel combustion zones, in which the swirling continues.
- the combustion chamber is preferably arranged below the filling chamber, the flue gas duct running essentially vertically. This results in a particularly favorable design and a uniform gas flow in the footwell of the filling chamber, in particular if the flue gas duct starts from the center of the filling chamber floor.
- a filling chamber 1 and 2 has a filling chamber 1, in which solid fuel 2 is pyrolyzed.
- a primary air duct 3 opens in the filling chamber 1, which is only indicated schematically here.
- An elongated combustion chamber 4 with a horizontal axis is located below the filling chamber.
- the combustion chamber 4 is connected to the filling chamber 1 via a flue gas duct 5.
- the mouth of the flue gas guide 5 lies at the right end of the combustion chamber 4, at which it is closed.
- the smoke gases leave the Combustion chamber 4 at its left open end.
- the combustion chamber 4 is also supplied with secondary air, specifically via a secondary air duct 6, which is only shown schematically in FIG. 1, but is more clearly shown in FIG. 2.
- a suction fan 7 creates a negative pressure in the room in which the combustion chamber 4 opens. This leads to the fact that flue gases are sucked out of the filling chamber 1 through the flue gas duct 5 into the combustion chamber 4. At the same time, primary air is sucked through the primary air duct 3 into the filling chamber 1. Secondary air is also drawn in through the secondary air duct 6.
- Fig. 2 shows that the secondary air duct 6 consists of two channels which run parallel to the flue gas duct 5 on both sides thereof, the flue gas duct 5 being designed as an axial slot in this area.
- the connection of the secondary air duct 6 with the flue gas duct 5 consists of slot nozzles 8 which are inclined in the direction of flow of the flue gas. Before entering the combustion chamber 4, the flue gases are thoroughly mixed with the secondary air.
- the flue gas guide 5 opens radially into the combustion chamber 4. Opposite it, the combustion chamber has an axial inner rib 9, which has a sharp-edged back and merges into the combustion chamber wall in a rounded manner.
- the interior of the combustion chamber is otherwise circular.
- the embodiment according to FIG. 3 differs from that according to FIG. 2 in that the combustion chamber 4 is essentially elliptical, apart from the axial inner rib 9 and apart from the fact that the edges 10 of the slot-shaped exhaust duct 5 are rounded rounded inwards.
- the opposing longitudinal vortices are thus directed more towards the center of the combustion chamber in the upper area, where there is particularly intensive mixing.
- combustion chamber 4 is only elliptical in the area that is assigned to the flue gas duct 5. This area is followed by two cylindrical areas 11, which divide the swirling flue gas flow into two partial flows. The latter run parallel to each other on both sides of the plane defined by the axial inner rib 9.
- the combustion chamber 4 is arranged centrally below the filling chamber 1, since this leads to an inexpensive, narrow design and to a uniform gas extraction from the filling chamber.
- the combustion chamber can also be located to the side of the filling chamber. It is also possible to change the cross section of the combustion chamber over its length and also to incline the axis of the combustion chamber to a limited extent with respect to the horizontal.
- different cross-sectional shapes of the combustion chamber come into question, for example polygonal polygons, although the circular shape in particular has proven particularly useful. Changes are also conceivable with regard to the cross-sectional shape of the axial inner rib.
Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Heizkessels, wobei feste Brennstoffe unter Zugabe von Primärluft pyrolysiert und die entstehenden Rauchgase unter Zugabe von Sekundärluft und unter Verwirbelung axial durch eine langgestreckte, im wesentlichen horizontale Brennkammer hindurchgesaugt werden.
- Ferner betrifft die Erfindung einen Heizkessel zum Verbrennen von festen Brennstoffen, mit
- einem Füllraum zum Pyrolysieren der Brennstoffe,
- einer im Füllraum mündenden Primärluftführung,
- einer langgestreckten Brennkammer mit im wesentlichen horizontaler Achse,
- einer Rauchgasführung, die den unteren Bereich des Füllraumes mit dem einen Ende der Brennkammer verbindet,
- einem mit dem anderen Ende der Brennkammer in Verbindung stehenden Saugzuggebläse und
- einer die Brennkammer versorgenden Sekundärluftführung.
- Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind aus der AT 400 180 B bekannt. Das Saugzuggebläse sorgt dafür, daß die Primärluft in die Füllkammer gelangt, in der die Pyrolysierung stattfindet. Zur Erzielung einer möglichst schadstoffarmen Nachverbrennung werden die bei der Pyrolyse entstehenden Rauchgase tangential in die zylindrische Brennkammer eingesaugt. Dort entsteht ein zyklonartiger Längswirbel, in den die Sekundärluft eingesaugt wird.
- Es wurde gefunden, daß die Nachverbrennung unter dem Gesichtspunkt der Schadstoffemmissionen verbesserungsfähig ist, und der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Verbesserung zu erzielen.
- Zur Lösung dieser Aufgabe ist das eingangs genannte Verfahren erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärluft den Rauchgasen vor Eintritt in die Brennkammer zugegeben wird und daß in der Brennkammer zwei gegenläufige, im wesentlichen parallelachsige Längswirbel erzeugt werden.
- Das Einsaugen der Sekundärluft in die Rauchgase vor deren Eintritt in die Brennkammer bewirkt bereits eine sehr innige Durchmischung, bevor die eigentliche Nachverbrennung beginnt. In der Brennkammer kommt es dann zu einer sehr intensiven Verwirbelung, da die beiden gegenläufigen Längswirbel ineinandergreifen und ineinander übergehen. Die Nachverbrennung erfolgt entsprechend gleichmäßig, mit der Folge, daß die Schadstoffemmissionen minimiert werden.
- Dabei kann es besonders vorteilhaft sein, die Rauchgase nach ihrer Verwirbelung in zwei im wesentlichen axialen und parallelen Längsströmen aus der Brennkammer herauszusaugen.
- Die eingangs genannte Vorrichtung ist zur Lösung der gestellten Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet,
- daß die Sekundärluftführung in der Rauchgasführung mündet,
- daß die Rauchgasführung radial in der Brennkammer mündet und
- daß die Brennkammer eine der Rauchgasführung gegenüberliegende axiale Innenrippe aufweist.
- Die Rauchgasführung bildet sozusagen einen engsten Querschnitt des Systems, in dem eine entsprechend hohe Geschwindigkeit herrscht. Dies führt zu einer sehr guten Einmischung der Sekundärluft in die Pyrolyse-Rauchgase. Das Gemisch tritt sodann radial in die Brennkammer ein und trifft an der gegenüberliegenden Brennkammerwand auf die axiale Innenrippe. Hier teilt sich die Gemischströmung und bildet die beiden gegenläufigen Längswirbel, die sich bei ihrer axialen Wanderung durch die Brennkammer gegenseitig durchdringen und dadurch eine äußerst gleichmäßige und schadstoffarme Verbrennung bewirken.
- Die Entstehung der gegenläufigen Längswirbel läßt sich dadurch fördern, daß die axiale Innenrippe einen scharfkantigen Rücken aufweist und gerundet in die Brennkammerwand übergeht.
- Ferner ist es vorteilhaft, daß die Rauchgasführung als Axialschlitz in der Brennkammer mündet. Dadurch wird an diesem Ende der Brennkammer, das in Axialrichtung geschlossen ist, bereits eine gewisse axiale Länge der Brennkammer mit dem aus den Rauchgasen und der Sekundärluft bestehenden Gemisch beaufschlagt, und zwar mit einem relativ dünnen, breitbandigen Gasstrom, der sich in entsprechend breitbandige, noch dünnnere Längswirbelströme spaltet. Auch dies trägt dazu bei, die Verbrennung gleichmäßig zu gestalten.
- Dabei besteht ein weiteres bevorzugtes Merkmal darin, daß die Sekundärluftführung mindestens zu einer Seite des Axialschlitzes im wesentlichen parallel zu diesem verläuft und durch mindestens eine Schlitzdüse mit ihm verbunden ist. Die auf diese Weise vorgewärmte Sekundärluft wird durch die Schlitzdüse mit relativ hoher Geschwindigkeit in die Rauchgasführung eingesaugt, und zwar an einer Stelle, an der in dieser ebenfalls eine relativ hohe Strömungsgeschwindigkeit herrscht. Bereits vor Eintritt in die Brennkammer kommt es also zu einer sehr guten Durchmischung, die noch dadurch gefördert werden kann, daß die Schlitzdüse in Strömungsrichtung der Rauchgase geneigt ist.
- Vorteilhafterweise sind die Ränder des Axialschlitzes gerundet nach innen eingezogen, so daß die gegenläufigen Wirbel im oberen Bereich gegen das Zentrum der Brennkammer hin nach unten gedrückt werden und somit im Bereich des Brennkammerzentrums aufeinandertreffen. Auch dies fördert die Durchmischung.
- In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Querschnitt der Brennkammer mindestens im Bereich der Rauchgasführung im wesentlichen kreisförmig oder elliptisch ausgebildet ist. Besonders mit kreisförmigen Querschnitten wurden hervorragende Ergebnisse erzielt. Aber auch die elliptische Form führt zu einer sehr guten Durchmischung.
- Die axiale Innenrippe erstreckt sich vorteilhafterweise im wesentlichen über die gesamte Länge der Brennkammer, so daß die gegenläufige Wirbelbildung bis zum Ende der Brennkammer anhält.
- Alternativ dazu besteht die ebenfalls vorteilhafte Möglichkeit, daß sich an den im wesentlichen elliptischen, der Rauchgasführung zugeordneten Bereich der Brennkammer stromab zwei im wesentlichen zylindrische Bereiche anschließen, die beidseitig der von der axialen Innenrippe definierten Ebene parallel zueinander bis zum Ende der Brennkammer verlaufen. Die Gasströmung wird also innerhalb der Brennkammer nach ihrer Durchmischung in zwei parallele Brennzonen aufgeteilt, in denen sich die Verwirbelung fortsetzt.
- Vorzugsweise ist die Brennkammer unterhalb des Füllraumes angeordnet, wobei die Rauchgasführung im wesentlichen vertikal verläuft. Auf diese Weise ergibt sich eine besonders günstige Bauform und eine gleichmäßige Gasströmung im Fußraum des Füllraums, insbesondere wenn die Rauchgasführung vom Zentrum des Füllraumbodens ausgeht.
- Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
- Fig. 1
- einen Vertikalschnitt durch einen Heizkessel;
- Fig. 2
- einen Teilschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1;
- Fig. 3
- eine abgewandelte Ausführungsform in einer Darstellung nach Fig. 2;
- Fig. 4
- eine weitere abgewandelte Ausführungsform in einer Darstellung nach Fig. 2.
- Der Heizkessel nach den Fig. 1 und 2 weist einen Füllraum 1 auf, in welchem fester Brennstoff 2 pyrolysiert wird. Hierzu mündet im Füllraum 1 eine Primärluftführung 3, die hier nur schematisch angedeutet ist. Unterhalb des Füllraum befindet sich eine langgestreckte Brennkammer 4 mit horizontaler Achse. Die Brennkammer 4 ist mit dem Füllraum 1 über eine Rauchgasführung 5 verbunden. Die Mündung der Rauchgasführung 5 liegt am rechten Ende der Brennkammer 4, an welchem diese geschlossen ist. Die Rauchgase verlassen die Brennkammer 4 an deren linkem offenem Ende. Die Brennkammer 4 wird außerdem mit Sekundärluft versorgt, und zwar über eine Sekundärluftführung 6, die in Fig. 1 nur schematisch dargestellt ist, sich aber deutlicher aus Fig. 2 ergibt.
- Ein Saugzuggebläse 7 erzeugt einen Unterdruck in demjenigen Raum, in dem die Brennkammer 4 mündet. Dies führt dazu, daß Rauchgase aus dem Füllraum 1 durch die Rauchgasführung 5 hindurch in die Brennkammer 4 eingesaugt werden. Gleichzeitig wird Primärluft durch die Primärluftführung 3 hindurch in den Füllraum 1 eingesaugt. Ferner wird Sekundärluft durch die Sekundärluftführung 6 angesaugt.
- Fig. 2 zeigt, daß die Sekundärluftführung 6 aus zwei Kanälen besteht, die beidseitig der Rauchgasführung 5 parallel zu dieser verlaufen, wobei die Rauchgasführung 5 in diesem Bereich als Axialschlitz ausgebildet ist. Die Verbindung der Sekundärluftführung 6 mit der Rauchgasführung 5 besteht aus Schlitzdüsen 8, die in Strömungsrichtung des Rauchgases geneigt sind. Vor Eintritt in die Brennkammer 4 kommt es also zu einer innigen Durchmischung der Rauchgase mit der Sekundärluft.
- Die Rauchgasführung 5 mündet radial in der Brennkammer 4. Ihr gegenüber weist die Brennkammer eine axiale Innenrippe 9 auf, die einen scharfkantigen Rücken besitzt und gerundet in die Brennkammerwand übergeht. Der Innenraum der Brennkammer ist im übrigen kreisförmig ausgebildet.
- Wenn das mit der Sekundärluft gemischte Rauchgas am Ort der axialen Innenrippe auf die Brennkammerwand auftritt, teilt es sich in zwei gegenläufige Längswirbel, wie dies in Fig. 2 durch Pfeile angedeutet ist. Diese Art der Strömungsführung bewirkt eine sehr intensive Durchmischung und Verwirbelung, woraus eine sehr gleichmäßige und dementsprechend schadstoffarme Nachverbrennung resultiert.
- Die Ausführungsform nach Fig. 3 unterscheidet sich von der nach Fig. 2 dadurch, daß die Brennkammer 4 im wesentlichen elliptisch ausgebildet ist, abgesehen von der axialen Innenrippe 9 und abgesehen davon, daß die Ränder 10 der schlitzförmigen Abgasführung 5 gerundet nach innen eingezogen sind. Die gegenläufigen Längswirbel werden also im oberen Bereich stärker in Richtung auf das Zentrum der Brennkammer gelenkt, wo es zu einer besonders intensiven Durchmischung kommt.
- Gemeinsam ist den Ausführungen nach den Fig. 2 und 3, daß sich die axialen Innenrippen 9 über die gesamte Länge der Brennkammer erstrecken.
- Dies ist bei der Ausführungsform nach Fig. 4 nicht der Fall. Vielmehr ist hier die Brennkammer 4 lediglich in demjenigen Bereich elliptisch ausgebildet, der der Rauchgasführung 5 zugeordnet ist. An diesen Bereich schließen sich stromab zwei zylindrische Bereiche 11 an, die den wirbelnden Rauchgasstrom in zwei Teilströme unterteilen. Letztere verlaufen parallel zueinander beidseitig zu der von der axialen Innenrippe 9 definierten Ebene.
- Bei allen Ausführungsbeispielen ist die Brennkammer 4 zentral unterhalb des Füllraums 1 angeordnet, da dies zu einer günstigen schmalen Bauform und zu einer gleichmäßigen Gasabsaugung aus dem Füllraum führt.
- Hingegen sind durchaus Abwandlungsmöglichkeiten gegeben. So kann die Brennkammer auch seitlich zum Füllraum liegen. Ferner besteht die Möglichkeit, den Querschnitt der Brennkamer über deren Länge zu verändern und auch die Achse der Brennkammer gegenüber der Horizontalen begrenzt zu neigen. Außerdem kommen abweichende Querschnittsformen der Brennkammer in Frage, beispielsweise vieleckige Polygone, wenn sich auch insbesondere die Kreisform besonders bewährt hat. Änderungen sind ferner hinsichtlich der Querschnittsform der axialen Innenrippe denkbar.
Claims (12)
- Verfahren zum Betreiben eines Heizkessels, wobei feste Brennstoffe unter Zugabe von Primärluft pyrolysiert und die entstehenden Rauchgase unter Zugabe von Sekundärluft und unter Verwirbelung axial durch eine langgestreckte, im wesentlichen horizontale Brennkammer hindurchgesaugt werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Sekundärluft den Rauchgasen vor Eintritt in die Brennkammer zugegeben wird und daß in der Brennkammer zwei gegenläufige, im wesentlichen parallelachsige Längswirbel erzeugt werden. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgase nach ihrer Verwirbelung in zwei im wesentlichen axialen und parallelen Längsströmen aus der Brennkammer herausgesaugt werden.
- Heizkessel zum Verbrennen von festen Brennstoffen, mit- einem Füllraum (1) zum Pyrolysieren der Brennstoffe,- einer im Füllraum mündenden Primärluftführung (3),- einer langgestreckten Brennkammer (4) mit im wesentlichen horizontalen Achse,- einer Rauchgasführung (5), die das untere Ende des Füllraums (1) mit dem einen Ende der Brennkammer (4) verbindet,- einem mit dem anderen Ende der Brennkammer (4) in Verbindung stehenden Saugzuggebläse (7) und- einer die Brennkammer (4) versorgenden Sekundärluftführung (6),
dadurch gekennzeichnet,- daß die Sekundärluftführung (6) in der Rauchgasführung (5) mündet,- daß die Rauchgasführung (5) radial in der Brennkammer (4) mündet und- daß die Brennkammer (4) eine der Rauchgasführung (5) gegenüberliegende axiale Innenrippe (9) aufweist. - Heizkessel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Innenrippe (9)einen scharfkantigen Rücken aufweist und gerundet in die Brennkammerwand übergeht.
- Heizkessel nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgasführung (5) als Axialschlitz in der Brennkammer (4) mündet.
- Heizkessel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärluftführung (6) mindestens zu einer Seite des Axialschlitzes im wesentlichen parallel zu diesem verläuft und durch mindestens eine Schlitzdüse (8) mit ihm verbunden ist.
- Heizkessel nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzdüse (8) in Strömungsrichtung der Rauchgase geneigt ist.
- Heizkessel nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder (10) des Axialschlitzes gerundet nach innen eingezogen sind.
- Heizkessel nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Brennkammer (4) mindestens im Bereich der Rauchgasführung (5) im wesentlichen kreisförmig oder elliptisch ausgebildet ist.
- Heizkessel nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die axiale Innenrippe (9) im wesentlichen über die gesamte Länge der Brennkammer (4) erstreckt.
- Heizkessel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich an den im wesentlichen elliptischen, der Rauchgasführung (5) zugeordneten Bereich der Brennkammer (4) stromab zwei im wesentlichen zylindrische Bereiche (11) anschließen, die beidseitig der von der axialen Innenrippe (9) definierten Ebene parallel zueinander bis zum Ende der Brennkammer (4) verlaufen.
- Heizkessel nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (4) unterhalb des Füllraums (1) angeordnet ist, wobei die Rauchgasführung (5) im wesentlichen vertikal verläuft.
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