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Feuerungsanlage für Stroh oder ähnliches Material
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Feuerungsanlage nach dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1.
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Beim Gegenstand der älteren, aber nicht vorveröffentlichten Hauptanmeldung
sollen zwei Wirbelströmungen durch einzelne beabstandete Düsen erzeugt werden, die
im Brennkammerboden beidseits der vertikalen Brennkammermittelachsebene angeordnet
sind. Mit dieser Ausgestaltung werden zwar schon relativ gute Verbrennungsergebnisse
erzielt, es hat sich jedoch gezeigt, daß der Strohstrang im Bereich jeder Einzeldüse
intensiver verbrannt wird als im Raum zwischen den Düsen. Ferner ist die Herstellung
der Brennkammer mit Einzeldüsen und Luftleitblechen für jede Einzeldüse relativ
aufwendig und bedingt Schweißarbeiten, die an dem hochhitzebeständigem Material
nur begrenzt durchführbar sind. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
den Gegenstand der Hauptanmeldung so zu verbessern, daß mit geringem konstruktiven
Aufwand eine gleichmäßigere Verbrennung des Strohstranges erreicht und der Vorschubwiderstand
des Glutbettes in der Brennkammer verringert wird.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Drallbewegungen
durch eine Prallplatte unter dem Glutbett erzeugt werden, welche im Brennkammerboden
angeordnete und in Brennkammerlängsrichtung verlaufende Luftzuführöffnungen vollständig
überlappt, so daß zwischen Prallplatte und Brennkammerboden ein Spaltraum zur seitlichen
Ausströmung der Verbrennungsluft gebildet wird, wobei die seitliche Luftausströmung
zusätzlich einen Fließbetteffekt auf das Glutbett ausübt.
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Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung der Brennkammer wird beidseits
der Prallplatte entlang deren gesamter Länge eine kontinuierliche Ausströmung der
Verbrennungsluft erzielt und damit eine gleichmäßige Luftdurchströmung und Verbrennung
des Strohstranges gewährleistet. Die beidseits der Prallplatte austretenden Luftströmungen
treffen irr oberen Brennkammerbereich frontal gegeneinander, wodurch sie etwa um
90° nach unten abgelenkt und in zwei kräftige, entgegengesetzt symmetrische Rotationswirbel
gezwungen werden. Dadurch wird die im oberen Brennkammerbereich besonders heiße
Luft mit den vom Glutbett aufsteigenden Schwelgasen intensiv vermischt, wodurch
die beiden wichtigen Voraus-
setzungen für eine gute Verbrennung
der Schwelgase, nämlich gute Durchmischung der Schwelgase mit Verbrennungsluft bei
gleichzeitig hoher Verbrennungstemperatur, auf konstruktiv einfache Weise verwirklicht
werden können. Einen weiteren Vorteil bietet die seitliche Luftausströmung beidseits
der Prallplatte dadurch, daß in dem Bereich, in dem das Glutbett seitlich über die
Prallplatte hinausragt, die Luftschicht zwischen Glutbett und Brennkammerboden eine
Art Fließbett für das Glutbett bildet, wodurch der axiale Vorschubwiderstand des
Glutbettes verringert wird. Die so verminderte Wandreibung des Glutbettes läßt das
Glutbett durch die Brennkammer "fließen", ohne daß ein Festsetzen, Aufbrechen und
Übereinanderschieben des Glutbettes stattfindet, wodurch das Verstopfen der Brennkammer
sicher verhindert wird.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist oberhalb des
Prallplattenbereiches in der Brennkammerdecke des zuführrohrseitigen Brennkammerbereiches
eine nach unten gerichtete, etwa in der vertikalen Brennkammermittelachsebene gelegene
und sich in axialer Richtung der Brennkammer erstreckende Düsenreihe angeordnet.
Einerseits dient diese Düsenreihe dazu, im Anfangsbereich der Brennkammer, in dem
der Großteil der Schwelgase freigesetzt wird, zusätzlich Verbrennungsluft zuzuführen,
andererseits unterstützt das Einblasen der Verbrennungsluft etwa in der vertikalen
Brennkammermittelachsebene ein frühzeitiges Einsetzen und eine vollständige Ausbildung
der beiden Wirbelströmungen.
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Eine günstige Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes wird ferner
dadurch erreicht, daß im Brennkammerboden angeordnete und (sich etwa über die gesamte
Brennkammerlänge erstreckende Düsenreihen nur etwa bis zur Hälfte der Brennkammerlänge
von der Prallplatte überlappt werden. Dadurch wird das Glutbett, welches im Prallplattenbereich
von unten nur wenig mit Verbrennungsluft durchströmt wird, im Anschluß an den Prallplattenbereich
intensiv von unten mit Luft beaufschlagt und das Brennmaterial ausgebrannt.
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Die Erfindung schlägt ferner vor, daß die Breite der Prallplatte etwa
einem Sechstel des Brennkammerinnenmantelumfanges entspricht und daß die Prallplatte
als eine leicht herausnehmbare, der Form des Brennkammerbodens angepaßte Blechschale
aus hitzebeständigem Stahl ausgebildet ist, welche durch Stützelemente auf Abstand
zum Brennkammerboden gehalten wird und gegen Verschieben in Brennstoffschubrichtung
gesichert ist. Die Prallplatte läßt sich zum Reini-
gen des Spaltraumes
leicht entnehmen und ist außerdem nach Verschleiß einfach ersetzbar. Am Brennrohr
selbst sind zur Düsenbildung keine Schweißarbeiten notwendig, sondern nur einfache
Bohr- oder Stanzarbeiten.
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In vorteilhafter Weise besteht die Brennkammer aus einem zylindrischen
Außenmantel, der einen hohlkegelstumpfförm igen Innenmantel aus hochhitzebeständigem
Stahl umschließt, wobei zwischen Außenmantel und Innenmantel ein von Verbrennungsluft
durchströmbarer Ringraum gebildet wird, der am'Brennkammereingang mit einem Druckluftgebläse
in Verbindung steht und am Brennkammerausgang stirnseitig geschlossen ist, wobei
der Innenmantel gegenüber einem Zuführrohr verschiebbar und herausnehmbar ausgebildet
ist. Durch diese Ausgestaltung werden Wärmespannungen innerhalb der Brennkammer
und damit auftretende Rißbildungen vermieden. Überdies wird die Herstellung der
Brennkammer und die Wartung, z. B. Reinigen und Auswechseln des Brennrohres sehr
vereinfacht.
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Um zu gewährleisten, daß die Wirbelströmungen über die gesamte Brennkammerlänge
dicht über das Glutbett geführt werden, verkleinert sich der Brennkammerquerschnitt
in Brennstoffschubrichtung.
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Ein Beispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung dargestellt
und im folgenden beschrieben. Hierbei zeigen: F i g . 1 einen vertikalen Mittelschnitt
durch eine erfindungsgemäße Brennkammer einer Feuerungsanlage.
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F i g . 2 einen Querschnitt in der Schnittebene A - B.
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F i g . 3 einen Querschnitt in der Schnittebene C - D.
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Von der in der Hauptanmeldung P 31 26 419.0 näher beschriebenen Feuerungsanlage,
deren Heizungskessel 1 hier nur andeutungsweise dargestellt ist, wird im folgenden
im wesentlichen nur die Ausbildung der Brennkammer 2 dargestellt und beschrieben.
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Die Brennkammer 2 wird gebildet von einem zylindrischen Außenmantel
3, in den ein Zuführrohr 4 hineinragt. Der Außenmantel 3 hat etwa den doppelten
Durchmesser
des Zuführrohres 4 und liegt mit seiner Mittelachse gegenüber dem etwa horizontalen
Zuführrohr 4 nach unten geneigt. Der Außenmantel 3 wird von einer vertikalen Stirnplatte
5 getragen und außerhalb des Zuführrohrumfanges von dieser Stirnplatte 5 in axialer
Richtung abgeschlossen. Im unteren Bereich weist der Außenmantel 3 eine Ausnehmung
6 auf, in die ein Druckluftgebläse 7 mündet.
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Innerhalb des Außenmantels 3 ist ein etwas kürzerer hohlkegelstumpfförmiger
Innenmantel 8 angeordnet. In die große Öffnung 9 des Innenmantels 8 ragt in geringem
Abstand oberhalb der Innenmantelunterseite, die einen Brennkammerboden 10 bildet,
das Zuführrohr 4 hinein. Die kleine Öffnung des Innenmantels 8 schließt etwa mit
dem Außenmantel 3 ab und bildet einen offenen Brennkammerausgang 13. Die Innenmantelunterseite
verläuft mit Abstand parallel zum Außenmantel 3, so daß zwischen Innenmantel 8 und
Außenmantel 3 auf dem ganzen Umfang ein von Luft durchströmbarer Ringraum 11 verbleibt.
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Eine Stirnplatte 12 verschließt außerhalb des Zuführrohrumfanges die
große Öffnung 9. Die Stirnplatte 12 trägt den Innenmantel 8 und besitzt einen etwas
größeren Innendurchmesser als das Zuführrohr 4, so daß der Innenmantel 8 mit der
Stirnplatte 12 auf dem Zuführrohr 4 verschiebbar ist. Kurz vor dem Brennkammerausgang
13 umschließt den Innenmantel 8 eine Ringscheibe 14. Die Ringscheibe 14 deckt einerseits
den Ringraum 11 brennkammerausgangsseitig ab und andererseits dient sie als Befestigung
des Innenmantels 8 am Außenmantel 3. Zur Befestigung ist die Ringscheibe 14 am Außenumfang
um 90" nach vorn gebördelt und dieser Bördelrand 15 ist in den Außenmantel 3 geschoben.
Oben und unten durchsetzt den Außenmantel 3 und den Bördelrand 15 jeweils ein Befestigungselement
16.
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Nach Entfernen der Befestigungselemente 16 läßt sich der Innenmantel
8 aus dem Außenmantel 3 herausziehen.
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Die Verbrennungsluft wird vom Druckluftgebläse 7 in den Ringraum 11
geblasen und tritt aus dem Ringraum 11 in den Innenmantel 8 durch vier Düsensätze
ein: a) Im Brennkammerboden 10 ist beidseits im Abstand zur vertikalen Brennkammermittelachsebene
eine sich etwa über die gesamte Brennkammerlänge erstreckende Düsenreihe 17 angeordnet,
die aus Einzelbohrungen gebildet wird. Zuführrohrseitig werden diese Düsenreihen
17 über etwa 2/3 der Brennkammerlänge von einer Prallplatte 18 vollständig überlappt.
Die Prallplatte 18 besteht aus einer der Form des Brennkammerbodens 10 angepaßten
Blechschale aus hochhitzebeständigem Stahl, besitzt eine Breite, die etwa einem
Sechstel des Innenmantelumfanges
entspricht und weist seitliche
Verschränkungen 19 als Stützelemente auf, die die Blechschale auf einen Abstand
von etwa 2 mm zum Brennkarrmerboden 10 halten, so daß zwischen Prallplatte 18 und
Brennkammerboden 10 ein Spaltraum 20 gebildet wird. Die Prallplatte 18 lenkt die
durch die Düsenreihen 17 in den Spaltraum 20 einströmenden Luftstrahlen etwa um
90" zur seitlichen Ausströmung um, so daß sich auf jeder Brennkammerseite eine Luftströmung
21, 22 entlang des Innenmantelumfanges bildet. Die Luftströmungen 21, 22 treffen
im oberen Brennkammerbereich frontal gegeneinander, wodurch diese etwa um 900 nach
unten abgelenkt und in zwei kräftige, entgegengesetzt symmetrische Drallbewegungen
23, 24 gezwungen werden, die als axiale Rotationswirbel zum Brennkammerausgang 13
strömen. Um eine Verschiebung der Prallplatte 18 gegenüber dem Brennkammerboden
10 zu vermeiden, greift ein an der Prallplatte 18 befestigter, nach unten gerichteter
Zapfen 25 in eine Bohrung 26 im Brennkammerboden 10 ein. b) Im zuführrohrseitigen
Brennkammerbereich ist oberhalb der Prallplatte 18 in der vom Innenmantel 8 gebildeten
Brennkammerdecke eine in der vertikalen Brennkammermittelachsebene gelegene und
in axialer Richtung der Brennkammer 2 verlaufende Düsenreihe 27 angeordnet, deren
Luftstrahlen 28 nach unten gerichtet sind und deren Länge etwa der halben Prallplattenlänge
entspricht. c) In Brennstoffschubrichtung 29 gesehen hinter der Prallplatte 18 sind
die Düsenreihen 17 bis zum Brennkammerausgang 13 hin unbedeckt, so daß die Luft
in radialer Richtung 30 nach oben geblasen wird. d) In der Brennkammerdecke sind
kurz vor dem Brennkammerausgang 13 über das obere Drittel des Innenmantelumfanges
verteilt Düsen 31 in Form von Bohrungen vorgesehen, deren Strömung 32 radial nach
unten gerichtet ist.
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Bei der Inbetriebnahme wird ein Brennstoffstrang 33 aus komprimiertem
Kurzstroh in Brennstoffschubrichtung 29 durch das Zuführrohr 4 in die Brennkammer
2 geschoben und das Druckluftgebläse 7 eingeschaltet. Nach einer Initialzündung
brennt der Brennstoffstrang 33 stirnseitig ab, wobei sich während des Vorschiebens
des Brennstoffstranges 33 über der Prallplatte 18 und über dem Brennkammerboden
10 ein Glutbett 34 aus Strohkohle ausbildet, das zum Brennkammerausgang 13 hin flacher
wird. Durch die konische Form des Innenmantels 8 weist die Düsenreihe 27 eine auf
die Brennstoffstrangstirnseite gerichtete Komponente zur Verbrennungsluftzufuhr
auf. Während der Verbrennung steigen die freigesetzten, flüchtigen Schwelgase nach
oben zur Brennkammerdecke und werden von den Luftdrallbewegungen 23, 24 erfaßt,
intensiv mit Luft durchmischt und strömen als brennende Luft-Schwelgas Drallbewegungen
23, 24 zum Brennkammer-
ausgang 13, wobei sie infolge der Verjüngung
der Brennkammer 2 nahe am Glutbett 34 gehalten werden. Die Düsenreihe 27 unterstützt
durch die vertikal nach unten gerichteten Luftstrahlen 28 die Bildung der beiden
entgegengesetzt symmetrischen Drallbewegungen 23, 24. Die seitlich aus dem Spaltraum
20 ausströmende Luft erzeugt zwischen Glutbett 34 und Brennkammerboden 10 eine Luftschicht,
die den Vorschubwiderstand des Glutbettes 34 verringert. Nachdem das Glutbett 34
über die Prallplatte 18 hinausgeschoben ist, wird es durch die radial nach oben
gerichteten Luftstrahlen 30 der Düsenreihen 17 von unten durchströmt, so daß auch
Restbrennstoffteile noch verbrannt werden. Die im oberen Drittel des Innenmantelumfanges
verteilten Düsen 31, dienen der Restgasverbrennung. Das Glutbett 34 fällt nach Erreichen
des Brennkammerausgangs 13 nach unten in den Ascheraum am Boden der Feuerungsanlage.
Im übrigen arbeitet die Regelung der Verbrennung nach dem gleichen Prinzip wie es
in der Hauptanmeldung näher erläutert ist.