EP1757859A1 - Heizkessel für körnige Brennstoffe - Google Patents

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EP1757859A1
EP1757859A1 EP06450114A EP06450114A EP1757859A1 EP 1757859 A1 EP1757859 A1 EP 1757859A1 EP 06450114 A EP06450114 A EP 06450114A EP 06450114 A EP06450114 A EP 06450114A EP 1757859 A1 EP1757859 A1 EP 1757859A1
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fuel
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end wall
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Definitions

  • the invention relates to a granular fuel boiler with a horizontal combustion chamber above a grate, with a heat exchanger for boiler water connected to an exhaust gas outlet of the combustion chamber, with a provided on an end wall of the combustion chamber feed device for discharging the fuel to the grate and with a primary air supply below and a secondary air supply above the grate.
  • secondary air is added to the exhaust gases via a supply air line in the region of the post-combustion section of the exhaust gas train, which is controlled independently of the primary air supply via a separate fan, in response to the carbon monoxide emission, which is monitored in a conventional manner, for example by a lambda probe ,
  • the hot exhaust gases flow through the connected heat exchanger to heat the boiler water.
  • a portion of the exhaust gases is returned following the induced draft fan, by mixing on the one hand to the primary air and on the other hand to provide for the secondary air for a uniform, limited combustion temperature and thus to create appropriate conditions for pollutant-free combustion of the fuel.
  • Such boilers require small-particle fuels with an average minimum grain size that allow a litter feed.
  • finer-grained fuels or fuels with a high dust content however, a uniform discharge of the fuel to the grid is not possible.
  • a corresponding residence time of the fine-grained fuel in the ember must be ensured on the grate, which can not be achieved with the known exhaust system via an exhaust flue for afterburning.
  • the coarser-grained fuel components require a corresponding conveying air flow, so that difficulties with regard to the control of the combustion air, because the conveying air, which serves as secondary air for the combustion, is controlled exclusively as a function of the respective flow rate through the control valve.
  • the fine-grained fractions of the fuel blown into the combustion chamber directly in the intake region of the exhaust gas exhaust opening are withdrawn from the combustion chamber prior to complete burnout.
  • the invention is therefore based on the object, a boiler for granular fuel of the type described in such a way that a good fuel utilization can be ensured in a low-emission combustion.
  • the charging device comprises a blower, in which provided with an air control valve inlet a metering screw for the fuel, that the Abgasausströmö réelle is provided in the region of the fan-side end wall in the ceiling of the combustion chamber and that the fan opposite End wall forms a guide surface for deflecting the exhaust gases in an exhaust gas flow along the ceiling of the combustion chamber to Abgasausströmö Maschinen.
  • the invention is based on the recognition that it depends not only on the construction of a uniform ember bed on the grate, but also on the resultant in the combustion chamber flow conditions to achieve an advantageous burnout of the granular fuel with a low pollutant emission.
  • the prerequisite for this is the known temperature control with the aid of both the primary and the secondary air blended, withdrawn from the exhaust stream to the heat exchanger exhaust gases.
  • the fuel is introduced via a metering screw into the suction line of the fan, the coarser-grained fuel components are detected and accelerated by the impeller of the fan, so that a substantially matched to the promotion of finer particles proportions of conveying air required for the fuel entry into the combustion chamber.
  • the delivery air of the blower the amount of which is controlled via an air control flap in the intake of the blower can thus be taken into account in the control of the introduced into the combustion chamber secondary air depending on the respective delivery and combustion conditions, in spite of the blown into the combustion chamber conveying air advantageous To be able to set burning conditions.
  • the at the fuel inlet opposite end wall of the combustion chamber deflected and guided along the ceiling to the exhaust gas exhaust gases affect neither the fuel supply by means of a conveying air flow nor the complete burnout of the fuel. Rather, it is provided by the deflected exhaust system for a longer residence time of entrained with the exhaust gas flow of fuel particles in the combustion chamber.
  • air inlet openings of the secondary air supply can be provided in the region of the end wall forming the guide surface for deflecting the exhaust gas flow and a subsequent section of the ceiling of the combustion chamber that a ceiling-near exhaust gas flow is forced in opposite directions to the conveying air flow by the secondary air supplied in the deflection region, with which the granular fuel is introduced into the combustion chamber. So that these opposing flows can not adversely affect the fan of the charging device is to be arranged with a corresponding height distance from the ceiling of the combustion chamber.
  • the boiler shown is composed essentially of a combustion chamber 1 and connected to the combustion chamber 1 via a Abgasausströmö réelle 2, dash-dotted lines indicated heat exchanger 3 for heating boiler water together.
  • a grate 4 is provided for receiving an ember bed.
  • This grate 4 is designed for the ash discharge as a movable staircase.
  • the ashes conveyed by means of the step grate into an ash space 5 are discharged from the ash space 5 with the aid of a screw 6.
  • a charging device 8 is provided for granular fuel, which is fed by means of a metering screw 9 of the charging device 8.
  • the charging device 8 comprises a flanged on the end wall 7 of the combustion chamber 1 fan 10 with a horizontal shaft and a suction pipe 11 which drops with a portion 12 against the housing of the fan 10 and connects to the peripheral wall.
  • the suction line 11 is provided with an air control flap 13.
  • the blower 10 opposite end wall 14 of the combustion chamber 1 forms a guide surface 15 for deflecting the exhaust gases in an exhaust gas flow along the ceiling 16 of the combustion chamber 1 against the Abgasausströmö réelle 2, which is arranged in the ceiling 16 in the region of the fan-side end wall 7.
  • the primary air supply 17 is provided below the grate 4. With the help of a blower 18 fresh air is sucked in via an intake 19. This fresh air 19 can be added via a further intake manifold 20, a partial flow of the exhaust gases, which are sucked through a suction fan 21 from the combustion chamber 1 and conveyed through the heat exchanger 2. The adjustment of the primary air quantity and the mixing ratio between primary air and recirculated exhaust gas via control valves in the intake manifold 19 and 20.
  • the secondary air supply 22, a fan 23 are assigned, which sucks via an intake 24 fresh air and a further intake manifold 25 exhaust gas, which is the exhaust pipe 26 of the induced draft fan 21 is removed.
  • the secondary air supply 22 opens via air inlet openings 27 above the grate 4 in the combustion chamber 1, in the deflection region of the end wall 14 and in an adjoining ceiling area.
  • the exhaust gas temperature in the post-combustion is therefore of particular importance because, for example, in the combustion of agricultural biomass, such as cereals, chopped grass, straw u. Like.
  • the ash melting point is about 700 ° C.

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Abstract

Es wird ein Heizkessel für körnige Brennstoffe mit einer liegenden Brennkammer (1) oberhalb eines Rostes (4), mit einem an eine Abgasausströmöffnung (2) der Brennkammer (1) angeschlossenen Wärmetauscher (3) für Kesselwasser, mit einer an einer Stirnwand (7) der Brennkammer (1) vorgesehenen Beschickungseinrichtung (8) zum Abwerfen des Brennstoffes auf den Rost (4) und mit einer Primärluftzufuhr (17) unterhalb sowie einer Sekundärluftzufuhr (22) oberhalb des Rostes (4) beschrieben. Um vorteilhafte Verbrennungsbedingungen zu schaffen, wird vorgeschlagen, daß die Beschickungseinrichtung (8) ein Gebläse (10) umfaßt, in dessen mit einer Luftregelklappe (13) versehene Ansaugleitung (11) eine Dosierschnecke (9) für den Brennstoff mündet, daß die Abgasausströmöffnung (2) im Bereich der gebläseseitigen Stirnwand (7) in der Decke (16) der Brennkammer (1) vorgesehen ist und daß die dem Gebläse (10) gegenüberliegende Stirnwand (14) eine Leitfläche (15) zur Umlenkung der Abgase in eine Abgasströmung entlang der Decke (16) der Brennkammer (1) zur Abgasausströmöffnung (2) bildet.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Heizkessel für körnige Brennstoffe mit einer liegenden Brennkammer oberhalb eines Rostes, mit einem an eine Abgasausströmöffnung der Brennkammer angeschlossenen Wärmetauscher für Kesselwasser, mit einer an einer Stirnwand der Brennkammer vorgesehenen Beschickungseinrichtung zum Abwerfen des Brennstoffes auf den Rost und mit einer Primärluftzufuhr unterhalb sowie einer Sekundärluftzufuhr oberhalb des Rostes.
  • Um kleinstückeligen Brennstoff, wie Reststoffe aus der Papierproduktion, Klärschlamm, oder Reststoffe aus der Landwirtschaft in einem Heizkessel zu verbrennen, ist es bekannt ( EP 1 416 224 A1 ), eine liegende Brennkammer vorzusehen, die auf einer Stirnwand ein Schleuderrad aufweist, mit dessen Hilfe der stückelige Brennstoff auf einen Rost abgeworfen wird, der von unten mit Primärluft versorgt wird. Die heißen Abgase werden mit Hilfe eines Saugzuggebläses im Bereich der der Beschickungsseite gegenüberliegenden Stirnwand aus der Brennkammer durch einen Abgaszug abgezogen und einer Nachverbrennung zugeführt. Zu diesem Zweck wird im Bereich der Nachverbrennungsstrecke des Abgaszuges den Abgasen über eine Zuluftleitung Sekundärluft zugemischt, die unabhängig von der Primärluftzufuhr über ein gesondertes Gebläse geregelt wird, und zwar in Abhängigkeit von der Kohlenmonoxidemission, die in herkömmlicher Art, beispielsweise durch eine Lambdasonde, überwacht wird. Am Ende der Ausbrandstrecke strömen die heißen Abgase durch den angeschlossenen Wärmetauscher zur Erwärmung des Kesselwassers. Ein Teil der Abgase wird im Anschluß an das Saugzuggebläse rückgeführt, um durch eine Zumischung einerseits zur Primärluft und anderseits zur Sekundärluft für eine gleichmäßige, begrenzte Verbrennungstemperatur zu sorgen und damit entsprechende Voraussetzungen für eine schadstofffreie Verbrennung des Brennstoffes zu schaffen. Solche Heizkessel setzen allerdings kleinstückelige Brennstoffe mit einer durchschnittlichen Mindestkorngröße voraus, die eine Wurfbeschickung zulassen. Bei feinkörnigeren Brennstoffen oder Brennstoffen mit einem hohen Staubanteil ist jedoch ein gleichmäßiger Abwurf des Brennstoffes auf den Rost nicht möglich. Dazu kommt, daß für einen vollständigen Ausbrand eine entsprechende Verweilzeit des feinkörnigen Brennstoffes im Glutstock auf dem Rost sicherzustellen ist, was mit der bekannten Abgasführung über einen Abgaszug zur Nachverbrennung nicht erreicht werden kann.
  • Es ist zwar bereits bekannt, zur Verbrennung von Teer- und Bitumenrückständen, Ölschlammgemischen und Faulschlamm diese Brennstoffe mit Hilfe einer rotierenden Reibscheibe oder Bürste zu zerkleinern, gegen deren Reibfläche der Brennstoff durch eine Führung gedrückt wird, und den Abrieb mit Hilfe eines Gebläses in einen Verbrennungsraum zu fördern ( DE 1 451 574 A ), doch wird die Förderluft als ausschließliche Verbrennungsluft eingesetzt, die durch Leitschaufeln verwirbelt wird, so daß sich keine gleichmäßigen Feuerungsbedingungen in einem Glutbett einstellen lassen.
  • Schließlich ist es bekannt ( US 4 528 917 A ), körnige Brennstoffe mit Hilfe eines Gebläses durch eine Eintragsdüse in einem Förderluftstrom auf einen Rost einer liegenden Brennkammer abzuwerfen, der Primärluft durch den Rost so zugeführt wird, daß die heißen Abgase im wesentlichen entgegen dem Förderluftstrom aus der Brennkammer durch eine Abgasausströmöffnung abgezogen werden können, die in der Decke der Brennkammer im Anschluß an die Stirnwand mit der Eintragsdüse vorgesehen ist, um eine Verwirbelung der heißen Abgase mit dem körnigen Brennstoff zu erreichen. Da der Brennstoff in die mit einer Regelklappe ausgerüstete Druckleitung des Gebläses dosiert eingebracht wird, werden die feinkörnigen Brennstoffanteile mit den grobkörnigeren Anteilen durch die Eintragsdüse in die Brennkammer eingeblasen. Die grobkörnigeren Brennstoffanteile benötigen allerdings einen entsprechenden Förderluftstrom, so daß sich Schwierigkeiten hinsichtlich der Regelung der Verbrennungsluft ergeben, weil die Förderluft, die als Sekundärluft für die Verbrennung dient, ausschließlich in Abhängigkeit von der jeweiligen Fördermenge über die Regelklappe gesteuert wird. Dazu kommt, daß aufgrund der dem Förderluftstrom entgegengerichteten Abgasströmung die feinkörnigen Anteile des in die Brennkammer unmittelbar im Ansaugbereich der Abgasausströmöffnung eingeblasenen Brennstoffes vor einem vollständigen Ausbrennen aus der Brennkammer abgezogen werden.
  • Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Heizkessel für körnigen Brennstoff der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, daß eine gute Brennstoffausnützung bei einer schadstoffarmen Verbrennung gewährleistet werden kann.
  • Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß die Beschickungseinrichtung ein Gebläse umfaßt, in dessen mit einer Luftregelklappe versehene Ansaugleitung eine Dosierschnecke für den Brennstoff mündet, daß die Abgasausströmöffnung im Bereich der gebläseseitigen Stirnwand in der Decke der Brennkammer vorgesehen ist und daß die dem Gebläse gegenüberliegende Stirnwand eine Leitfläche zur Umlenkung der Abgase in eine Abgasströmung entlang der Decke der Brennkammer zur Abgasausströmöffnung bildet.
  • Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß es nicht nur auf den Aufbau eines gleichmäßigen Glutbettes auf dem Rost, sondern auch auf die sich in der Brennkammer ergebenden Strömungsverhältnisse ankommt, um einen vorteilhaften Ausbrand des körnigen Brennstoffes bei einer geringen Schadstoffemission zu erreichen. Voraussetzung hiefür ist die bekannte Temperaturregelung mit Hilfe von sowohl der Primär- als auch der Sekundärluft zugemischten, aus dem Abgasstrom nach dem Wärmetauscher abgezogenen Abgasen. Durch die Kombination eines Gebläses für die Beschickung der Brennkammer mit dem körnigen Brennstoff und der Umlenkführung der heißen Abgase im Bereich der dem Gebläse gegenüberliegenden Stirnwand gelingt es in überraschender Weise, den Brennstoff ausreichend gleichmäßig über den Rost zu verteilen, ohne Gefahr zu laufen, daß nicht bzw. nicht vollständig ausgebrannte Brennstoff teilchen mit der Abgasströmung aus der Brennkammer ausgetragen werden. Da der Brennstoff über eine Dosierschnecke in die Ansaugleitung des Gebläses eingetragen wird, werden die grobkörnigeren Brennstoffanteile vom Flügelrad des Gebläses erfaßt und beschleunigt, so daß eine im wesentlichen auf die Förderung der feinkörnigeren Anteile abgestimmte Förderluftmenge für den Brennstoffeintrag in die Brennkammer erforderlich ist. Die Förderluft des Gebläses, deren Menge über eine Luftregelklappe in der Ansaugleitung des Gebläses gesteuert wird, kann somit in Abhängigkeit von den jeweiligen Förder- und Verbrennungsbedingungen bei der Regelung der in die Brennkammer eingeleiteten Sekundärluft berücksichtigt werden, um trotz der in die Brennkammer eingeblasenen Förderluft vorteilhafte Abbrandbedingungen einstellen zu können. Die an der dem Brennstoffeintrag gegenüberliegenden Stirnwand der Brennkammer umgelenkten und entlang deren Decke zur Abgasströmung geführten Abgase beeinträchtigen weder die Brennstoffzufuhr mit Hilfe eines Förderluftstromes noch den vollständigen Ausbrand des Brennstoffes. Es wird vielmehr durch die umgelenkte Abgasführung für eine längere Verweilzeit der mit dem Abgasstrom mitgerissenen Brennstoffteilchen in der Brennkammer gesorgt.
  • Zur Unterstützung der angestrebten Abgasführung von der dem Beschikkungsgebläse gegenüberliegenden Stirnwand der Brennkammer entlang deren Decke zur Abgasausströmöffnung im Bereich der gebläseseitigen Stirnwand können im Bereich der die Leitfläche zur Umlenkung der Abgasströmung bildenden Stirnwand und einem anschließenden Abschnitt der Decke der Brennkammer Lufteinströmöffnungen der Sekundärluftzufuhr vorgesehen werden, so daß durch die im Umlenkbereich zugeführte Sekundärluft eine deckennahe Abgasströmung gegensinnig zum Förderluftstrom erzwungen wird, mit dem der körnige Brennstoff in die Brennkammer eingetragen wird. Damit sich diese entgegengesetzten Strömungen nicht nachteilig beeinflussen können, ist das Gebläse der Beschickungseinrichtung mit einem entsprechenden Höhenabstand von der Decke der Brennkammer anzuordnen.
  • Obwohl es durchaus möglich ist, die Ansaugleitung koaxial zum Flügelrad in das Gebläsegehäuse einmünden zu lassen, ergeben sich günstigere Konstruktionsverhältnisse, wenn das Gebläse eine liegende Welle aufweist, wobei die zum Gebläse abfallende Ansaugleitung an die Umfangswand des Gebläsegehäuses anschließt, so daß der der Ansaugleitung über die Dosierschnecke zugeförderte Brennstoff in einem äußeren Radialbereich von den Flügeln des Gebläserades erfaßt und in die Brennkammer gefördert wird. Durch diese Maßnahme werden nicht nur gute Eintragsbedingungen für den Brennstoff erreicht, sondern auch die Verschleißerscheinungen insbesondere an den Flügeln des Flügelrades verringert.
  • In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt, und zwar wird ein erfindungsgemäßer Heizkessel für körnige Brennstoffe in einem schematischen Längsschnitt gezeigt.
  • Der dargestellte Heizkessel setzt sich im wesentlichen aus einer Brennkammer 1 und einem an die Brennkammer 1 über eine Abgasausströmöffnung 2 angeschlossenen, strichpunktiert angedeuteten Wärmetauscher 3 zum Erwärmen von Kesselwasser zusammen. In der mit einer feuerfesten Auskleidung versehenen Brennkammer 1 ist ein Rost 4 zur Aufnahme eines Glutbettes vorgesehen. Dieser Rost 4 ist für den Ascheaustrag als beweglicher Treppenrost ausgebildet. Die mit Hilfe des Treppenrostes in einen Ascheraum 5 geförderte Asche wird aus dem Ascheraum 5 mit Hilfe einer Schnecke 6 ausgetragen. An der einen Stirnwand 7 der liegenden Brennkammer 1 ist eine Beschickungseinrichtung 8 für körnigen Brennstoff vorgesehen, der mit Hilfe einer Dosierschnecke 9 der Beschickungseinrichtung 8 aufgegeben wird. Die Beschickungseinrichtung 8 umfaßt ein an der Stirnwand 7 der Brennkammer 1 angeflanschtes Gebläse 10 mit einer liegenden Welle und einer Ansaugleitung 11, die mit einem Abschnitt 12 gegen das Gehäuse des Gebläses 10 abfällt und an dessen Umfangswand anschließt. Zur Steuerung der Förderluft ist die Ansaugleitung 11 mit einer Luftregelklappe 13 versehen.
  • Die dem Gebläse 10 gegenüberliegende Stirnwand 14 der Brennkammer 1 bildet eine Leitfläche 15 zur Umlenkung der Abgase in eine Abgasströmung entlang der Decke 16 der Brennkammer 1 gegen die Abgasausströmöffnung 2 hin, die in der Decke 16 im Bereich der gebläseseitigen Stirnwand 7 angeordnet ist.
  • Die Primärluftzufuhr 17 ist unterhalb des Rostes 4 vorgesehen. Mit Hilfe eines Gebläses 18 wird Frischluft über einen Ansaugstutzen 19 angesaugt. Dieser Frischluft 19 kann über einen weiteren Ansaugstutzen 20 ein Teilstrom der Abgase zugemischt werden, die über ein Saugzuggebläse 21 aus der Brennkammer 1 abgesaugt und durch den Wärmetauscher 2 gefördert werden. Die Einstellung der Primärluftmenge und des Mischungsverhältnisses zwischen Primärluft und rückgeführtem Abgas erfolgt über Steuerklappen in den Ansaugstutzen 19 und 20.
  • In ähnlicher Weise kann der Sekundärluftzufuhr 22 ein Gebläse 23 zugeordnet werden, das über einen Ansaugstutzen 24 Frischluft und über einen weiteren Ansaugstutzen 25 Abgas ansaugt, das der Abgasleitung 26 des Saugzuggebläses 21 entnommen wird. Die Sekundärluftzufuhr 22 mündet über Lufteinströmöffnungen 27 oberhalb des Rostes 4 in die Brennkammer 1, und zwar im Umlenkbereich der Stirnwand 14 und in einem daran anschließenden Deckenbereich. Durch diese Maßnahme wird eine vorteilhafte Abgasströmung innerhalb der liegenden Brennkammer 1 erzielt, wie dies durch die in vollen Linien eingezeichneten Strömungspfeile angedeutet ist. Der körnige Brennstoff wir über das Gebläse 10 entsprechend den strichliert dargestellten Strömungspfeilen auf den Rost 4 aufgebracht, so daß sich zwischen der Förderluft des Gebläses 10 und der Abgasströmung entlang der Decke 16 eine gegensinnige Strömungsrichtung ergibt, die einen entsprechenden Höhenabstand des Gebläses 10 von der Decke 16 der Brennkammer 1 bedingt, um gegenseitige Störeinflüsse zu vermeiden.
  • Aufgrund der über das Gebläse 10 in die Brennkammer 1 eingebrachten Brennstoffmenge bildet sich auf dem Rost 4 ein Glutbett, dessen Temperatur über die zugeführte Primärluft gesteuert werden kann, und zwar aufgrund der Zumischung von Abgasen aus der Abgasleitung 26. Die Abgastemperatur wird über die Nachverbrennung durch die Steuerung der Sekundärluft geregelt, die wiederum zufolge der Abgaszumischung eine einfache Einflußnahme erlaubt. Die Begrenzung der Abgastemperatur im Bereich der Nachverbrennung ist deshalb von besonderer Bedeutung, weil beispielsweise bei der Verbrennung von Iandwirtschaftlichen Biomassen, wie Getreide, gehäckseltem Gras, Stroh u. dgl. der Ascheschmelzpunkt bei etwa 700°C liegt.

Claims (3)

  1. Heizkessel für körnige Brennstoffe mit einer liegenden Brennkammer (1) oberhalb eines Rostes (4), mit einem an eine Abgasausströmöffnung (2) der Brennkammer (1) angeschlossenen Wärmetauscher (3) für Kesselwasser, mit einer an einer Stirnwand (7) der Brennkammer (1) vorgesehenen Beschickungseinrichtung (8) zum Abwerfen des Brennstoffes auf den Rost (4) und mit einer Primärluftzufuhr (17) unterhalb sowie einer Sekundärluftzufuhr (22) oberhalb des Rostes, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschickungseinrichtung (8) ein Gebläse (10) umfaßt, in dessen mit einer Luftregelklappe (13) versehene Ansaugleitung (11) eine Dosierschnecke (9) für den Brennstoff mündet, daß die Abgasausströmöffnung (2) im Bereich der gebläseseitigen Stirnwand (7) in der Decke (16) der Brennkammer (1) vorgesehen ist und daß die dem Gebläse (10) gegenüberliegende Stirnwand (14) eine Leitfläche (15) zur Umlenkung der Abgase in eine Abgasströmung entlang der Decke (16) der Brennkammer (1) zur Abgasausströmöffnung (2) bildet.
  2. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der die Leitfläche (15) zur Umlenkung der Abgasströmung bildenden Stirnwand (14) und einem anschließenden Abschnitt der Decke (16) der Brennkammer (1) Lufteinströmöffnungen (27) der Sekundärluftzufuhr (22) vorgesehen sind.
  3. Heizkessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse (10) eine liegende Welle aufweist und daß die zum Gebläse (10) abfallende Ansaugleitung (11) an die Umfangswand des Gebläsegehäuses anschließt.
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