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"Liegender Kessel für feste Brennstoffe" Die Erfindung betrifft einen
liegenden Kessel zum Erwärmen von im Betrieb nicht siedender Wärmeübertragungsflüssigkeit,
insbesondere derartigem Ö1, in Zwangs umlauf mit einem durch eine Drosselverengung
quer in einen Hauptbrennraum und einen Nachbrennraum geteilten langgestreckten Gehäuse,
mit einer Vorrichtung zum fortlaufenden Einblasen von im Luftstrom transportierbarem
Festbrennstoff an einer Stirnseite, welche außerdem einen Brenner für flüssige oder
gasförmige Brennstoffe zur Erzeugung einer Stütz- und Halteflamme trägt, mit einer
die Umfangswand des an diese Stirnseite
anschließenden den Hauptbrennraum
bildenden Kesselabteils auskleidenden und kühlenden Rohrschlangenwendel, die von
der Flüssigkeit durchströmt wird, mit einem Rost im Hauptbrennraum, auf welchem
gröbere Bestandteile des Brennstoffs ausbrennen sollen, mit einer oder mehreren
Rohrschlangenwendeln im Nachbrennraum und mit einem den Nachbrennraum nachgeschalteten
Saugzuggebläse.
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Der Kessel weist vorzugsweise zusätzliche Sicherheitseinrichtungen
auf, welche gewährleisten, daß beim Ausfall des Zwangsumlaufs der Wärmeträgerflüssigkeit,
also normalerweise beim Ausfall der hierfür vorgesehenen Pumpe, die weitere Verbrennung
unterbrochen wird, was beispielsweise durch Unterbrechen des weiteren Einblasens
von Brennstoff, gegebenenfalls vorhandener Verbrennungsluftgebläse und des Saugzuggebläses
erfolgen kann. Derartige Sicherheitseinrichtungen sind jedoch nicht Gegenstand der
Erfindung und daher hier nicht näher erläutert.
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Der im Luftstrom transportierbare Festbrennstoff kann beispielsweise
von Holzmehl, Sägespänen, genügend feinem Häcksel und was dergleicheh mehr ist gebildet
sein. Er kann auch größere Bestandteile enthalten. Die Maximalgröße von Grobanteilen
ist dadurch bestimmt, daß diese auch noch einwandfrei vom Luftstrom transportierbar
und in den Hauptverbrennungsraum
einblasbar sein müssen. Wenn der
Festbrennstoff, wie dies bevorzugt wird, von Holz- und Pflanzenabfällen der oben
beispielsweise erwähnten Art gebildet wird, so soll er ausreichend trocken sein,
damit nicht ein zu großer Anteil der in ihm enthaltenen Verbrennungswärme zum Verdampfen
des Wassergehalts des Brennstoffs verwendet werden muß. Bei zu feuchtem Brennstoff
können bei Kesseln der durch die Erfindung verbesserten Art Schwierigkeiten auftreten,
es sei denn, der Brennstoff ist genügend kalorienreich oder aber er wird mit zusätzlichem
flüssigem oder gasförmigem Brennstoff zusammen verbrannt.
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Festbrennstoff-Feuerungen bedürfen normalerweise einer Schamottsteinausmauerung.
In diesem Falle muß mit hohem Luftüberschuß gefahren werden, damit die Flamme nicht
so heiR wird, daß sie die Ausmauerung relativ schnell zerstört. Um diese Schwierigkeit
zu beseitigen, hat man schon Kessel der durch die Erfindung verbesserten Art mit
einer Rohrschlangenwendel ausgekleidet, welche dicht gewickelt war, so daß die gesamte
Umfangswandung der Hauptbrennkammer durch die in dieser Rohrwendel zirkulierende
Wärmeübertragungsflüssigkeit gekühlt wird. Hiermit lassen sich gute Ergebnisse erzielen.
Der Nachteil eines derartigen Kessels liegt jedoch darin, daß der Brennstoff keine
größeren Teilchen enthalten darf. Diese brennen dann nämlich nicht mehr im Fluge
aus, sondern fallen zu Boden, wo sie unverbrannt liegen bleiben. Dieses Problem
läßt
sich auch nicht durch den Einbau eines Rostes im Hauptbrennraum vermeiden, da größere
Teilchen (normalerweise größer als 0,5 mm) dann auf dem Rost liegen bleiben und
ebenfalls kein 100 %-iger Ausbrand erreicht wird. Darüber hinaus sind diese Roststäbe
ungekühlt und verbrennen mit der Zeit.
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Die Erfindung verbessert den Kessel der eingangs umrissenen Art dahingehend,
daß ein praktisch 100 %-iger Ausbrand erfolgt, daß die Gefahr eines Verbrennens
von Roststäben beseitigt wird und daß schließlich höhere Flammentemperaturen durch
geringeren Luftüberschuß ermöglicht werden, wodurch der Wirkungsgrad des Kessels
wesentlich erhöht wird.
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Das wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Rohrschlangenwendel
im Hauptbrennraum mit Abstand gewickelt ist, daß die so gebildeten Spalte zwischen
den einzelnen Windungen der Wendel oben und an den Seiten geschlossen sind, während
sie unten offen sind und die Rohrschlangenwendel hier den Rost bildet, daß unterhalb
der Wendel ein Aschenraum vorgesehen ist, und daß der Aschenraum einen Sekundärlufteinlaß
besitzt. Durch eine derartige Ausbildung sind die Wände des Hauptbrennraumes oben
und an den Seiten gegen Überhitzung durch die strömende Wärmeträgerflüssigkeit geschützt.
Hier sind daher Ausmauerungen oder dergleichen nicht mehr erforderlich. Hier genügt
beispielsweise eine Isolierpackung aus Steinwolle. Die Roststäbe selbst sind ebenfalls
gegen über
hitzung geschützt, da sie von der Wärmeträgerflüssigkeit
durchströmt werden und darüber hinaus durch die von unten zuströmende Sekundärluft
weiter gekühlt werden. Diese Sekundärluft bringt den weiteren Vorteil mit sich,
daß sie eventuell auf den Rost niedergefallenen größeren Teilen des zumindest überwiegend
im Fluge verbrennenden Brennstoffes den erforderlichen Verbrennungssauerstoff zuführen
und diese Teile je nach ihrer Größe mehr oder wenIger nach oben in den Bereich der
Flamme mitnehmen. Der Sekundärlufteinlaß wird am einfachsten von einer in der den
Brenner tragenden Stirnseite vorgesehenen Aschenklappe unterhalb des Rostes gebildet,
welche je nach dem Sekundärluftbedarf mehr oder weniger geöffnet werden kann. Das
Saugzuggebläse, das dem Kessel nachgeschaltet ist, sorgt dafür, daß hier Sekundärluft
in ausreichendem Maße eintreten kann, da im Kessel mit Unterdruck gefahren wird.
Dem Grunde nach kann die Rohrschlangenwendel in dem Bereich, in welchem sie die
Roststäbe bildet, eben verlaufen. Da dies jedoch herstellungsmäßig relativ aufwendig
ist, verläuft die Rollrschlange auch im Hauptbrennraum ebenso wie im Nachbrennraum
bevorzugt längs einer Schraubenlinie, also längs einer auf einer Kreiszylinderfläche
gleichmäßig ansteigenden Linie.
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Dem Grunde nach kann der praktisch durch die ihn innen auskleidende
wendel begrenzte Hauptbrennraum seitlich gegen den Nachbrennraum versetzt sein,
also beispielsweise tiefer
angeordnet sein als letzterer. Aus konstruktiven
Gründen und der Einfachheit des Aufbaus wegen wird es jedoch bevorzugt, daR beide
Brennräume koaxial in einer Flucht verlaufen. In diesem Falle erstreckt sich der
Aschenraum unterhalb des von einem Teil der Wendel im Hauptbrennraum gebildeten
Rostes tiefer als die übrigen Teile des Kessels.
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Der Brenner für die Stütz- und Halteflamme ist vorzugsweise zentral
in seiner Stirnwand angeordnet. Seine Düse ist vorzugsweise von einem Mantel umgeben,
durch welchen die von einem Gebläse gelieferte Verbrennungsluft für die Brennerflamme
koaxial mit letzterer zuströmt. Diesen Mantel umgebend ist vorteilhaft wiederum
ein Spiraleinlaßkanal für Sekundärverbrennungsluft vorgesehen, die spiralig wirbelnd
axial in den Hauptverbrennungsraum einströmt. Der Spiraleinlaßkanal bildet vorteilhaft
zugleich den Brennstoffeintrittskanal. Bei der Erfindung wird die Drossel vorzugsweise
von einer dicht gewickelten, von der Flüssigkeit durchströmten, in der Mitte offenen
Rohrschlangenspirale gebildet, die den Hauptverbrennungsraum vom Nachbrennraum trennt.
Auf diese Weise ist auch die Drossel gekühlt und die Gefahr einer Überhitzung derselben,
die bei der Herstellung aus feuerfestem Material auftreten könnte, ist vermieden.
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Die Spalte zwischen den einzelnen Windungen der Wendel im Hauptbrennraum
können beispielsweise dadurch verschlossen sein, daß die Wendel mit einer ausreichend
feuerfesten Blechauskleidung
hinterlegt ist. Bevorzugt sind sie
jedoch durch eingeschweißte Stahlstreifen verschlossen, welche jeweils zu beiden
Seiten an das entsprechende Rohrstück der Wendel angeschweißt sind. Die Breite der
verschlossenen Spalte und damit auch der Rostspalte beträgt vorzugsweise etwa 1)
- 20 mm.
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Eine andere Möglichkeit, die Spalte zwischen den Windungen der Wendel
an den Seiten und an der Oberseite des Hauptbrennraumes zu verschließen, besteht
beispielsweise darin, daß dort das die Wendel bildende Rohr derart oval gedrückt
ist, daß die größte Erstreckung des Rohrquerschnitts in den oberen und seitlichen
Bereichen der Rohrwendel in Längsrichtung des Kessels liegt, während sie dort, wo
die Wendel den Rost bildet, senkrecht zur Längsrichtung des Kessels liegt.
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Wenn der zu verfeuernde Brennstoff einen relativ großen Anteil an
größeren Partikeln enthält, wird deren Verbrennung vorzugsweise dadurch gefördert,
daß der Rost an seiner Oberseite mit Platten aus feuerfestem mineralischem Material,
wie z.B. Schamott, abgedeckt wird, die jeweils zwischen sich Spalte für den Sekundärluftdurchtritt
frei lassen.
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Verwendet man hierfür ebene Platten, so liegen diese wegen der Wölbung
des Rostes an jedem Rohr praktisch nur punktförmig auf, so daß diese Platten sehr
heiß werden können, ohne dem gekühlten Rohrschlangenrost örtlich unzulässig
viel
Wärme zuzuführen. Die heißen Platten haben jedoch den Vorteil, daß sie auf sie auffallendes
nicht oder nur zum Teil verbranntes Material durch Strahlungswärmezuführung schnell
zum vollständigen Verbrennen bringen. Die Spalte zwischen den einzelnen Platten
können beispielsweise durch entsprechende Rippen an den Kanten der Platten gewährleistet
sein. Äquivalente Ausführungen zur Verlegung der Platten mit Luftdurchtrittsspalten
sind beispielsweise die Ausführung der Platten als geschlitzte Platten oder als
Lochplatten. Auch können die Umrißformen der Platten, die normalerweise rechteckig
sind, so gewählt werden, daß sie entsprechende Luftdurchtrittskanäle frei lassen.
Das ist beispielsweise bei kreisrunden Platten der Fall.
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Nachfolgend ist die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand
der Zeichnungen als erläuterndes Beispiel beschrieben.
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Fig. 1 zeigt schematisch einen Vertikallängsschnitt durch einen Kessel
gemäß der Erfindung, wobei jedoch der Übersichtlichkeit halber von den Rohrwendeln
lediglich die Schnittflächen gezeigt sind.
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Fig. 2 zeigt die Ansicht von links auf Fig. 1.
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Der Kessel gemäß der Erfindung besitzt einen äußeren Kesselmantel
1, der außen einen Blechmantel besitzt und innen mit Steinwolle gefüllt ist. Im
in Fig. 1 links gezeigten Hauptverbrennungsteil des Kessels reicht die Steinwollfüllung
des Mantels bis zur den Hauptbrennraum auskleidenden Rohrschlangenwendel 3, welche
die Achse 4 des Kessels konzentrisch umgibt. Im rechts gezeigten Nachbrennabteil
ist die Steinwollisolierung durch einen weiteren inneren Mantel 8 nach innen begrenzt.
Die Steinwollisolierung erstreckt sich auch über die linke Stirnwand 5 des Kessels,
während die rechte Stirnwand 6 des Kessels von einem abnehmbaren Ilohlblechdeckel
gebildet ist, der ebenfalls mit Steinwolle gefüllt ist. Der Kessel kann bei größeren
Ausführungen aus zwei Teilen zusammengesetzt sein, die längs der Ebene 7 in geeigneter
Weise miteinander verbunden, beispielsweise zusammengelanscht sind. Der den Hauptbrennraum
umgebende Teil des Kessels ruht auf dem Aschenraum 9, während der den Nachbrennraum
umgebende Kesselteil auf Füßen 10 abgestützt ist.
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Die linke Stirnwand 5 des Kessels trägt zentral eine Brenneranordnung
11, welche eine Stütz- und Halteflamme liefert.
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Die Brennstoffeinspritzdüse des Brenners 11 sowie die Luftzuführung
für die Brennerflamme sind von einem Zylindermantel 12 umgeben, welcher bis über
die Mitte der Wand 5 hinaus in eine Ausmauerung aus feuerfester Stampfmasse 13 in
der linken Stirnwand ragt. Den Mantel 12 umgebend ist ein Ringraum
in
der Stirnwand 5 und der Ausmauerung 13 vorgesehen.
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Diesem Ringraum kann durch den Stutzen 14 das Brennmaterial beispielsweise
in Form von Holzstaub oder Holzspänen mittels eines das Brennmaterial tragenden
Luftstromes zugeführt werden. Dieser Luftstrom rotiert dann um den Mantel 12 und
bewegt sich gleichzeitig in Axialrichtung in das Innere des Hauptbrennraumes 16.
Hierbei wird das vom Luftstrom getragene Brennmaterial durch die Kante 17 nach innen
auf die Flamme des Stütz- und Haltebrenners zu abgelenkt. Dem Ringraum 18, durch
den auch das Brennmaterial zugeführt wird, kann ferner über einen Stutzen 20 Sekundärverbrennungsluft
zugeführt werden.
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Durch die Stirnwand 5 und die Ausmauerung 13 erstreckt sich ferner
eine Sichtöffnung 21 mit einer Sichtklappe 22. Der Hauptbrennraum 16 ist von der
auf Abstand gewickelten Rohrschlangenwendel 3 umgeben. In den oberen und seitlichen
Bereichen sind die einzelnen Gänge dieser Rohrwindung durch zwischengeschweißte
Vierkanteisenstäbe vom Format von beispielsweise 15 x 5 mm zu einem starren Mantel
miteinander verbunden. Im unteren Bereich, also im in Fig. 2 angedeuteten unteren
Winkelbereich von etwa 900, sind die Spalte zwischen den einzelnen Rohren der Wendel
3, wie aus der Zeichnung ersichtlich, offen. Da der Kessel mit einem nicht gezeichneten
Saugzuggebläse betrieben wird, arbeitet er mit Unterdruck, so daß zwischen den Spalten
zwischen den einzelnen
Gängen der Rohrwendel 3 im unteren Bereich
hindurch Sekundärluft aus dem Aschenraum 9 angesaugt werden kann, dem diese Luft
wiederum durch mehr oder weniger weites Offnen der Aschenklappe 24 zuströmen kann.
In der Zeichnung ist der Rostbereich der Rohrschlangenwendel 3 mit Schamottsteinen
26 von geringem Wärmeinhalt ausgelegt. Diese Steine sind so geformt und angeordnet,
daß sie zwischen sich Spalte frei lassen, durch welche die Sekundärverbrennungsluft
nach oben strömen und auf den heißen Steinen liegendes Brennmaterial verbrennen
und nach oben in den auptrauchgasstrom hineinwirbeln kann.
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Abgesehen von der Klappe 24 und den Spalten zwischen den Stäben der
Rohrschlangenwendel 3 ist der Aschenraum 9 allseitig, wie auch durch die Wand 27
angedeutet, abgeschlossen.
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Rechts vom Hauptbrennraum 16 erstreckt sich der Nachbrennraum 30,
welchem die brennenden Rauchgase durch eine zentrale öffnung 31 in der Drosselwand
32 zuströmen. Die Drosselwand 32 besteht aus einer dicht gewickelten, von der zu
erwärmenden Flüssigkeit durchströmten Rohrschlangenspirale.
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Sie gewährleistet durch ihren Drosseleffekt eine sehr gute Durchwirbelung
der ausgebrannten und noch ausbrennenden Rauchgase, so daß im Nachbrennraum 30 der
Brennstoff praktisch
vollständig verbrannt wird. Der Brennraum
30 ist von einem dicht gewickelten Rohrschlangenzylinder 35 umgeben, welcher die
strömenden Rauchgase bis kurz vor die rechte Stirnabschlußplatte 6 des Kesselgehäuses
führt. Dort werden die Rauchgase umgelenkt, so daß sie auf der Außenseite des Rohrschlangenzylinders
35 zurückströmen, bis sie durch öffnungen des nahe der Drosselwand 32 mit Abstand,
im übrigen aber ohne Abstand gewickelten äußeren Rohrschlangenzybinders 36 radial
nach außen und dann auf der Außenseite des Rohrschlangenzylinders 36 wieder nach
rechts strömen, wo sie durch den Rauchgasabzug 40 austreten. Letzterem ist das erwähnte
nicht dargestellte Saugzuggebläse nachgeschaltet.
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Bei der beschriebenen Konstruktion können durch die von unten zuströmende
Sekundärluft und falls erforderlich auch durch die von der Schamottsteinauflage
26 ausgehende Wärmestrahlung auch relativ grobe Bestandteile des Brennstoffes einwandfrei
im Hauptverbrennungsraum verbrannt werden oder wenigstens auf eine so geringe Größe
herab verbrennen, daß sie im Nachbrennraum 30 restlos verbrennen.
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Die Konstruktion gemäß Erfindung vereinigt also die Vorteile der bisher
üblichen Anordnungen mit gesonderten mit Schamott ausgemauertem Hauptbrennraum mit
den Vorteilen der Konstruktion mit durch von der Wärmeträgerflüssigkeit durchströmte
Rohre
gekühltem Hauptbrennraum.
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Patentansprüche: