DE3526636C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Rückführung der Ab­ gase einer Feuerung, insbesondere einer Feuerung für Heizungen, die einen Feuerraum, einen Abgasauslaß und vorzugsweise einen Zugregler aufweist, wobei eine an den Abgasauslaß angeschlossene Zweigleitung vorgesehen ist, die mit einem Auslaß zum Feuerraum zurückgeführt ist und in der mindestens ein Ventilator angeordnet ist.

Die Abgase von Feuerungen, wie Heizungsfeuerungen, insbesondere in Ein- und Mehrfamilienhäusern, belasten die Umwelt er­ heblich durch Schadstoffe, die aufgrund nicht vollständiger Verbrennung der Brennstoffe in solchen Feuerungen entstehen und an die Umwelt abgegeben werden. Es ist bekannt, daß bei der Verbrennung mit höheren Temperaturen für die Umwelt schädliche Abgase reduziert bzw. eliminiert werden.

So werden bei der US-PS 40 89 278 die Verbrennungsabgase über Zweigleitungen seitlich des Ofens in den unteren Bereich zurück­ geführt und durch Öffnungen in den Seitenwänden wieder in die Brennkammer geführt. Diesem Rückführsystem ist eine Luftöffnung zugeordnet, durch die Frischluft mit angesaugt, mit den Ver­ brennungsgasen vermischt und mit zurückgeführt wird. Der Entgegenhaltung ist der grund­ sätzliche Gedanke der Rückführung von Verbrennungsgasen zur Nachverbrennung derselben entnehmbar. Die Nachverbrennung ist aber nicht sehr wirksam, da die Verbrennungsgase zwar oberhalb des Flammenzentrums zugeführt werden, aber lediglich durch Durch­ brüche in den Seitenwänden der Kammer, so daß sie sich, bevor sie die zentralen Flammenspitzen erreichen, schon im Brennraum verteilen können und nur zum Teil in den Bereich der Flammen­ spitzen gelangen, wo eine effektive Verbrennung stattfindet.

Aus der DE-OS 23 21 600 ist ein Brenner für fließfähige Brenn­ stoffe bekannt, bei dem innerhalb des Brenners selbst Abgase durch einen geringen Raum zwischen einer unterhalb der Brenn­ kammer angeordneten Mischdüse zu einem inneren Hohlraum, in dem dem Abgas Brennstoff zugegeben wird, zurückgeführt werden, wobei oberhalb dieses Hohlraums durch eine seitliche Ring­ öffnung Frischluft zugeführt wird, so daß das gesamte Gemisch aus Brennstoff, Abgasen und Frischluft dann in einer Mischkammer vermischt und erst anschließend in die oberhalb dieser be­ findlichen Brennkammer gelangt. Hier ist als Teil der Auskleidung der Brennkammer der Boden derselben durch eine keramische Platte mit unter Freilassung von Randspalten im Randbereich zur Rück­ führung der Abgase vorgesehen. Doch handelt es sich dabei lediglich um die normale Frage der Auskleidung einer Brennkammer und insbesondere des Schutzes der Zuführöffnung für den fließ­ fähigen Brennstoff an sich. Mit der Frage der Rückführung von Abgasen zwecks einer effektiven Verbrennung direkt in den Verbrennungsbereich hat dies nichts zu tun. Die US-PS 38 54 455 zeigt die Steuerung der Frischluftzufuhr und der Rauchgasrück­ führung zu einer Feuerung in Abhängigkeit von den Rauchgas­ temperaturen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einer Vorrichtung der gattungsgemäßen Art eine Weiterbildung zu schaffen, die eine effektivere Nachverbrennung der gesamten rückgeführten Gase bewirkt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der gattungsgemäßen Art durch eine im Bereich der Flammenspitzen im Feuerraum angeordnete, an die Zweigleitung angeschlossene Ringdüse mit einer nach innen auf die Flammenspitzen gerichteten Düsenöffnung, wobei die Düsen durch keramisches Material gegen Hitze geschützt ist, gelöst.

Eine besonders wirksame Erhöhung der Verbrennungstemperatur wird dadurch erreicht werden, daß die Abgase den Spitzen der Flammen zugeführt werden. Am meisten Schadstoffe werden bei derartigen Feuerungen, insbesondere auch Feststoffeuerungen, abgegeben, wenn der Feuerungsvorgang einsetzt. Bei modernen Heizungsanlagen, insbesondere mit gasförmigem oder flüssigem Brennstoff, wird der dortige Brenner durch Thermostate derart geregelt, daß er ein- und ausgeschaltet wird, so daß sehr oft Anfangsphasen des Brennvorganges vorliegen, bei denen aufgrund nicht ausreichender Temperatur viele Schadstoffe in den Abgasen mit abgegeben werden, wogegen, wenn der Ver­ brennungsvorgang seinen stationären Zustand hat, die Tem­ peratur im allgemeinen so hoch ist, daß wenige Schadstoffe abgegeben werden, da die Verbrennung vollständiger verläuft. Die Erfindung sieht daher in bevorzugter Ausgestaltung vor, daß die erwärmten Abgase nur zeitweilig rückgeführt werden, wobei dies ins­ besondere durch Regelung derart erfolgt, daß ein Abgastemperatur­ meßgerät vorgesehen ist, das mit mindestens einem Ventilator sowie mit der Zugklappe der Feuerung verbunden ist. Es wird also die Abgastemperatur gemessen und in Abhängigkeit der Abgastemperatur die Abgasrückführung geregelt, indem bei niedriger Abgastemperatur ein Großteil der Abgase in die Brennkammer zurückgeführt wird, während, wenn die Abgas­ temperatur einen ausreichenden Wert erreicht, so daß eine vollständige Verbrennung stattfindet und damit die Abgase kaum mehr Schadstoffe aufweisen, die Rückführung eingestellt werden kann und die Abgase direkt dem Kamin zugeführt werden können. Der düsenartige Auslaß der Rück­ führungsleitung umgibt den Verbrennungsbereich ringförmig. Um eine Beschädigung der Rückführungsleitung und insbesondere deren Auslaß zu vermeiden, welche durch übergroße Hitze beim Verbrennungsvorgang insbesondere im Bereich der Flammenspitzen eintreten könnte, ist im Bereich des Auslasses keramisches Material zum Schutz des Auslasses vorgesehen. Dabei kann beispielsweise zum Schutz zunächst ein Keramikring, der den Feuerungsbereich zumindest teilweise, vorzugsweise im Bereich der Flammenspitzen umgibt, eingesetzt sein. In Weiterbildung kann vorgesehen sein, daß die Düsen in keramischem Material ausgebildet sind.

Weiterhin kann vorzugsweise vorgesehen sein, daß, wie an sich bekannt, neben den Abgasen auch Frischluft, gegebenenfalls über einen zusätzlichen Ventilator in die Rückführungsleitung und damit in den Brennerraum, vorzugsweise auch in den Bereich der Flammenspitzen eingeführt wird, wodurch die dortige Temperatur erhöht wird, insbesondere wenn die zugeführten Gase, wenn dies notwendig ist, vorerwärmt werden. Dies ist aber im allge­ meinen für die rückgeführten Abgase weniger erforderlich als für zugeführte Frischluft.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erreicht die erforderliche Gesamttemperatur des Verbrennungsvor­ ganges insbesondere in den Anfangsphasen der Verbrennung wesentlich schneller, so daß schneller ein Verbrennungsvorgang erzielt wird, bei dem die Abgase weniger Schadstoffe enthalten, sondern vielmehr eine vollständige, nahezu rückstandslose Ver­ brennung stattfindet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann sowohl bei vorhandenen Feuerungen nachträglich vorgesehen werden oder bei neuen Heizanlagen sogleich integriert mit ausgebildet sein. Der Düseneinsatz für den Feuerungsraum kann eine geeignete Form aufweisen, wobei eine kreisrunde Form bevorzugt wird, es können aber auch andere Formen vorgesehen sein. Neben der Re­ duzierung der Schadstoffe in den Abgasen, wird durch die voll­ ständige Verbrennung aufgrund der Temperaturerhöhung der Flamme auch ein höherer Wirkungsgrad der Verbrennung erreicht, was zur Energieeinsparung führt. Wesentlich ist aber, daß die schäd­ lichen Abgase mit geringem Aufwand auf ein Minimum herunter­ geführt werden können, wozu neben der erhöhten Verbrennungs­ temperatur auch beiträgt, daß die rückgeführten Abgase noch einmal der Verbrennung zugeführt werden können. Durch die düsenartige Ausgestaltung des Auslasses der Rückführungsleitung und dem hierdurch bedingten Einblasen der rückgeführten Gase wird eine gleichmäßige Verbrennung mit kurzer Anheizzeit er­ reicht, was insbesondere auch bei Feststoffeuerung wichtig ist.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Feuerung im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäß ausgestattete Feuerung im Schnitt;

Fig. 2 eine Detaildarstellung der Rückführungsdüse im Bereich II der Fig. 1.

Die in der Fig. 1 dargestellte Feuerung 1, beispielsweise für eine Heizung mit oder ohne Warmwasserzubereitung, ist im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Feststoffeuerung. Die Feuerung 1 weist einen Feuerraum 2 auf, in dem zunächst auf einem Rost 3 der zu verbrennende Feststoff 4 liegt. Von der Brennkammer 2 führt ein Abgaskanal 6 zu einem Abgasauslaß 7. Vom Auslaß 7 können die Abgase einerseits über einen Auslaß 8 zu einem Kamin geführt werden. Andererseits ist im Bereich des Auslasses 7 eine Zweigleitung 9 angeschlossen, die zum Feuer­ raum zurückführt. In der Zweigleitung ist mindestens ein Ven­ tilator 11 angeordnet, der mit einem Abgastemperaturfühler 12 über eine Steuerleitung 13 verbunden ist und über diese vom Abgastemperaturregler geregelt wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist weiterhin im vorderen Bereich des Feuerraums 1 etwas seitlich neben der Rückführungsleitung 9 ein weiterer Ventilator 14 vorgesehen, mit dem, neben den Ab­ gasen der Leitung 9, gegebenenfalls auch Frischluft zusätzlich in den zum Feuerraum hingeführten Leitungsteil 9′ eingebracht werden kann. Die Rückführungsleitung 9, 9′ endet in einer Düseneinrichtung 21, die im Feuerraum 2 im Bereich der Flammenspitzen 22 der Flammen angeordnet ist und diese ringförmig umgibt.

Während die Abgase im Bereich der Flammenspitzen zurückgeführt werden, wird die Frischluft vorzugsweise im unteren Bereich mittels einer Düse 10 zugeführt. Besonders optimal ist aber eine geeignete Mischung von Abgasen und Frischluft, die in den Düsen 21 und 10 unterschiedlich ist, wobei die aus der Düse 21 ausge­ lassenen Gase einen höheren Anteil von Abgasen im Verhältnis zum Auslaß an der Düse 10 haben.

Die Düseneinrichtung weist eine ringförmig ausgebildete, nach innen auf die Flammenspitzen 22 hin gerichtete Düse 23 auf. Die Düseneinrichtung 21 ist in keramischem Material ausgebildet oder durch solches geschützt, so daß sie nicht durch hohe Temperaturen beschädigt wird. Insbesondere werden die über die Düseneinrichtung 21 rückgeführten Abgase, bevor sie aus der Düse 23 austreten noch durch die Flammenspitzen 22 weiter erhitzt.

Die erfindungsgemäß mit einer Abgasrückführung ausgestaltete Feuerung arbeitet nun folgendermaßen: Wenn der Feuerungsvor­ gang einsetzt, wird zunächst Luft zugeführt, um den Ver­ brennungsvorgang zu unterstützen. Da die Abgastemperaturen noch nicht sehr hoch sind, werden über den Abgastemperaturmeßfühler die Ventilatoren in Betrieb gesetzt, so daß Gase, auch die ent­ stehenden Abgase, über die Düse 23 dem Feuerraum 2 zugeführt werden, wobei durch den Anteil an erwärmten Abgasen sowie die weiter vorerwähnte Vorerwärmung der Verbrennungsvorgang sehr schnell durch seine Anfangsphase, in der die Schadstoffe in den Abgasen relativ groß sind, hindurchgeführt und auf hohe Verbrennungs­ temperaturen gebracht wird, bei denen wenige schädliche Abgase entstehen. Die schädlichen rückgeführten Abgase werden dabei nachverbrannt, so daß sie, wenn sie dann austreten, ebenfalls nicht mehr bzw. in verringertem Umfang als Schadgase austreten.

Wenn der Verbrennungsvorgang die erforderlichen Temperaturen für Feststoffe erreicht hat, bei denen die Abgase im wesent­ lichen schadstofffrei sind, wird vom Abgastemperaturmeßfühler 12, der diese Temperaturen feststellt, der Ventilator 11 stillgesetzt, während über dem Ventilator 14 weiterhin Frischluft zur Unterstützung des Verbrennungsvorganges und Ge­ währleistung einer vollständigen Verbrennung zugeführt werden kann.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Verbrennungs­ temperatur, insbesondere zu Beginn des Verbrennungsvorganges, wesentlich erhöht und damit insbesondere die Anfangsphase des Verbrennungsvorganges, in der noch schädliche Abgase auftreten können, wesentlich verkürzt sowie schädliche Abgase nachverbrannt. Daneben wird durch die Erhöhung der Flammen­ temperatur ein höherer Wirkungsgrad und damit eine Energie­ einsparung erreicht. Wenn während des eigentlich stationären Verbrennungsvorganges die Abgastemperatur unter den erwünschten Wert gerät, so wird der Ventilator wieder eingeschaltet und der Verbrennungsvorgang dadurch wiederum unterstützt.

Die erfindungsgemäße Nachverbrennung kann sowohl bei be­ stehenden Feuerungen nachgerüstet werden, als auch bei neuen Feuerungen direkt vorgesehen werden.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Rückführung der Abgase einer Feuerung, insbesondere einer Feuerung für Heizungen, die einen Feuerraum, einen Abgasauslaß und vorzugsweise einen Zugregler aufweist, wobei eine an den Abgasauslaß angeschlossene Zweigleitung vorgesehen ist, die mit einem Auslaß zum Feuerraum zurück­ geführt ist und in der mindestens ein Ventilator angeordnet ist, gekennzeichnet durch eine im Bereich der Flammenspitzen im Feuerraum angeordnete, an die Zweigleitung (9′) ange­ schlossene Ringdüse (21, 23) mit einer nach innen auf die Flammenspitzen gerichteten Düsenöffnung, wobei die Düse (21, 23) durch keramisches Material gegen Hitze geschützt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (21, 23) in keramischem Material ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erwärmten Abgase nur zeitweilig rückgeführt werden.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Abgastemperaturmeßgerät (12) vorgesehen ist, das mit dem mindestens einen Ventilator (11) sowie mit der Zugklappe der Feuerung (1) verbunden ist.