DE3628293A1

DE3628293A1 - Heizkessel fuer die verbrennung fluessiger und/oder gasfoermiger brennstoffe

Info

Publication number: DE3628293A1
Application number: DE19863628293
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl Ing Seidl
Original assignee: WOLF KLIMATECHNIK GmbH
Current assignee: WOLF KLIMATECHNIK GmbH
Priority date: 1986-08-20
Filing date: 1986-08-20
Publication date: 1988-02-25

Description

Die Erfindung betrifft einen Heizkessel für die Verbren nung flüssiger und/oder gasförmiger Brennstoffe gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige Heizkessel sind allgemein bekannt und werden bis zu einer Leistung von ca. 250 kW gebaut. Nachteilig bei den herkömmlichen Heizkesseln dieser Art ist der hohe NO_x-Gehalt der Rauchgase. Im Hinblick auf die steigenden Anforderungen der Umweltbestimmungen, insbe sondere auch im Bereich kleinerer Heizanlagen, wie sie z. B. für Ein- oder Zwei-Familienhäuser eingesetzt werden, hat sich der Erfinder die Aufgabe gestellt, den Heiz kessel der bekannten Art dahingehend zu verbessern, daß ohne großen Aufwand eine ganz erhebliche Reduzierung des NO_x-Gehaltes erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Dabei handelt es sich um eine denkbar einfache Zusatz-Konstruktion, mit der sich eine Reduzierung des NO_x-Gehaltes um bis zu 30% erzielen läßt. Der Grund dafür liegt in der durch die erfindungs gemäße Konstruktion bedingten Temperatursenkung der Flamme. Konkret wird die Temperatursenkung dadurch erhal ten, daß rezirkulierendes, auf dem Weg zum Abzug bereits etwas abgekühltes Rauchgas in den Injektorkanal regel recht angesaugt und der Flamme beigemischt wird. Begün stigt wird die erwähnte Rauchgas-Rezirkulierung durch eine zum Brenner hin offene, topfartig ausgebildete Brennkammer. Dadurch werden die heißen Rauchgase zwangs läufig in Richtung zum Brenner hin umgelenkt, um dann über die freie Kante des Brennkammertopfes in den Rauch gasabzug zu gelangen. Ein Teil der zum Brenner rück strömenden und auf diesem Wege sich bereits wieder ab kühlenden Rauchgase gelangt in den Bereich zwischen Brenner/Flamme einerseits und Injektorkanal anderer seits aufgrund des sich im Injektorkanal ausbildenden Unterdrucks. Vorzugsweise wird dem in den Injektorkanal gelangenden Rauchgas ein Drall aufgeprägt, der der Flam menrotation entgegengesetzt gerichtet ist. Dadurch wird die Temperatursenkung der Flamme zusätzlich gefördert.

Weitere konstruktive Details der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen eines erfindungsgemäß ausgebildeten Heizkessels anhand der bei gefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis 6 verschiedene Ausführungsformen eines erfin dungsgemäß ausgebildeten Heizkessels im schema tischen Querschnitt;

Fig. 7 eine weitere Ausführungsform eines Injektorkanals in Seitenansicht, und

Fig. 8 eine noch weitere Ausführungsform eines Injek torkanals in schematischer Frontansicht vom Brenner aus gesehen.

Die in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Heizkessel sind jeweils durch folgende Grundkonstruktion gekennzeichnet:

An der einen (in den Fig. 1 bis 6 jeweils linken) Stirn seite eines zylindrischen Feuerraums 4, dessen Umfang durch einen ringförmigen Wassermantel 5 begrenzt ist, ist ein Gebläsebrenner 6 angeordnet. Die schematisch dar gestellte Brennerflamme 7 erstreckt sich in eine heiße, topfartig ausgebildete Brennkammer 1 aus hitzebeständigem Stahlblech. Sie kann auch gegen eine platten- bzw. scheibenförmig ausgebildeten Heizgaslenkschirm gerichtet sein. Beide Einrichtungen dienen zur Heizgas- bzw. Rauch gasumlenkung mit dem Ziel, das Berühren der Flamme 7 mit dem kalten Wärmetauscher zu vermeiden. Die topfartig ausgebildete Brennkammer 1 besteht aus einer Zarge 8 und einem fest daran angeschweißten Boden 9, welcher flammen seitig durch einen Isolierstein geschützt sein kann.

Die Rauchgase werden durch die Brennkammer 1 in Richtung der Pfeile 10 umgelenkt und gelangen in einen Ringspalt 11 zwischen der Zarge 8 und dem äußeren Wassermantel 5. In diesem Ringspalt geben die Rauchgase ihre Wärme an den Wassermantel 5 bzw. an das diesen durchströmende Wasser ab und gelangen in Richtung der Pfeile 12 über einen Rauchgasstutzen 13 zu einem nichtdargestellten Kamin.

Die beschriebenen Konstruktionsmerkmale sind in sämtli chen Fig. 1 bis 6 mit den jeweils selben Bezugsziffern gekennzeichnet und werden im folgenden nicht mehr weiter erwähnt.

In allen Fällen ist innerhalb der Brennkammer 1 ein die Flamme 7 umgebender Injektorkanal 3 angeordnet, wobei dieser Injektorkanal zylindrisch (Fig. 1), sich in Rich tung zum freien Flammenende hin konisch verjüngend (Fig. 6) oder sich konisch erweiternd (Fig. 2) ausgebil det sein kann. Entsprechend Fig. 5 kann der Injektor kanal 3 auch nach Art einer Venturidüse ausgebildet sein. Schließlich kann der Injektorkanal zwei-teilig ausgebil det sein entsprechend Fig. 4, d. h. aus zwei voneinander getrennten Abschnitten 3′, 3′′ bestehen, wobei zwischen den beiden Abschnitten 3′, 3′′ ein Ringspalt 14 gebildet ist, durch den rezirkulierendes Rauchgas (Pfeil 15) in dem Bereich zwischen Flamme 7 und Injektorkanal-Abschnitt 3′ gelangt. Der Injektorkanal 3 bzw. die Einzelabschnit te 3′, 3′′ desselben können radiale Durchbrüche aufweisen zur zusätzlichen Beimischung von rezirkulierendem Rauch gas.

An der dem Brenner 6 zugewandten Seite des Injektorkanals 3 können Umlenkelemente, z. B. in Form eines ringförmigen Umlenkblechs 16 angeordnet sein zur Unterstützung der Rauchgasumlenkung in den Bereich zwischen Flamme 7 und Injektorkanal 3 (siehe Rauchgas-Pfeile 17 in Fig. 3). In entsprechender Weise kann die Umlenkung des Rauchga ses im Bereich des Ringspaltes 14 nach Fig. 4 unter stützt werden. Zu diesem Zweck ist der dem freien Ende der Flamme 7 zugewandte Rand des Injektorkanal-Ab schnittes 3′ radial nach außen erweitert, um auf diese Weise eine nahezu axiale Eintrittsöffnung für rezirku lierendes Rauchgas 15 in dem Bereich zwischen Flamme 7 und dem dem Flammenende zugeordneten Injektorkanal-Ab schnitt 3′′ zu erhalten.

In allen Fällen muß sichergestellt sein, daß zwischen dem Brenner 6 und dem brennerseitigen Rand des Injek torkanals 3 ein Eintrittsspalt für rezirkulierendes Rauchgas ausgebildet bzw. vorhanden ist. Vorzugsweise liegt diese Eintrittsspalte etwa auf Höhe der Rauchgas- Umlenkung im Bereich des Ringspalts 11. Das in der Brenn kammer 1 rezirkulierende Rauchgas kühlt sich auf dem Weg zur Rauchgasumlenkung in den Ringspalt 11 bereits etwas ab mit der Folge, daß der Flamme 7 entsprechend abge kühltes Rauchgas beigemischt wird. Dadurch wird eine nicht unerhebliche Temperaturabsenkun der Flamme 7 er reicht, was letztlich zu einer beträchtlichen Reduzierung des NO_x-Gehaltes der den Feuerungsraum 4 verlassenden Rauchgase (Pfeil 12) führt. Vorzugsweise ist der Abstand des Injektorkanals von der den Brenner 6 aufnehmenden Stirnwand des Feuerungsraums 4 einstellbar bzw. variabel, wodurch in entsprechender Weise die Rauchgas-Beimischung veränderbar ist.

Der Injektorkanal 3 kann mittels sich radial erstrecken der Haltestreben innerhalb des Feuerungsraums 4 bzw. der Brennkammer 1 gehalten werden. Es ist auch eine Befe stigung an der brennerseitigen Stirnwand des Feuerungs raums 4 mittels sich axial erstreckender Haltestege mög lich. Die Haltestege können in beiden Fällen zugleich als Drallelemente ausgebildet sein.

Schließlich können dem brennerseitigen Rand des Injektor kanals 3 gesonderte Drallelemente zugeordnet sein, mit tels denen dem beigemischten Rauchgas eine Rotation um die Flammen-Längsachse aufgeprägt wird, vorzugsweise der art, daß sie der Flammenrotation, wie sie üblicherweise vorliegt, entgegengesetzt gerichtet ist. Dadurch wird eine intensive Vermischung bereits kühlerer Rauchgase mit der Flamme und dementsprechend eine erhöhte Temperatur senkung derselben erreicht.

Zur Reduzierung des Strömungswiderstandes im Bereich des Rauchgas-Einlasses kann der brennerseitige Rand des Injektorkanals entsprechend Fig. 7 trichterartig erwei tert sein.

Schließlich sei noch auf die bevorzugte Ausbildung des Injektorkanals nach Fig. 8 hingewiesen, die sich da durch auszeichnet, daß er vier, gleichmäßig über den Um fang verteilt angeordnete, sich jeweils axial erstrek kende und in Richtung zum Brenner hin etwa konisch ver jüngende Einbuchtungen 18 aufweist. Längs dieser Ein buchtungen erfolgt die Rezirkulation abgekühlten Rauch gases (siehe Pfeil 19). In Fig. 8 ist der beschriebene Injektorkanal aus der Sicht vom Brenner 6 dargestellt. Die Rauchgas-Umlenkung am brennerseitigen Rand des In jektorkanals 3 kann zusätzlich begünstigt werden durch ein wulstartiges Randprofil, wie es in Fig. 7 gestri chelt dargestellt und mit der Bezugsziffer 20 gekenn zeichnet ist. Die Rauchgas-Beimischung bzw. -Rückströ mung in den Injektorkanal 3 hinein ist in den Figuren mit den Pfeilen 21 angedeutet.

Auch am brennerentfernten Rand des Injektorkanals 3 kann ein die Rauchgas-Rückströmung begünstigender Rand wulst vorgesehen sein. In Fig. 7 ist ein solcher Rand wulst, und zwar ein sich radial nach innen erstreckender Randwulst, strich-punktiert angedeutet und mit der Bezugs ziffer 22 versehen. Die Rauchgas-Rückströmung um diesen Randwulst 22 ist in Fig. 7 durch die Pfeile 23 darge stellt.

Claims

1. Heizkessel für die Verbrennung flüssiger und/oder gasförmiger Brennstoffe vorzugsweise mit einer ein- oder mehrteiligen (heißen) Brennkammer (1) oder einem ein- oder mehrteiligen Heizgaslenkschirm, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Brennkammer (1) ein die Flamme (7) um gebender Injektorkanal (3) angeordnet ist.

2. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Injektorkanal (3) aus hitzebeständigem, flammfe sten Material, insbesondere Stahlblech oder Keramik, besteht.

3. Heizkessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Injektorkanal (3) in Richtung zum freien Flammen ende hin sich konisch verjüngend (Fig. 6) oder sich konisch erweiternd (Fig. 2) ausgebildet ist.

4. Heizkessel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Injektorkanal (3) nach Art einer Venturidüse ausgebildet ist (Fig. 5).

5. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Injektorkanal (3) zwei- oder mehrteilig ausge bildet ist, wobei zwischen den einzelnen Abschnitten (3′, 3′′) zur zusätzlichen Rauchgas-Injektion dienen de Ringspalte (14) gebildet sind.

6. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Injektorkanal (3) bzw. dessen Einzelabschnitte 3′, 3′′) radiale Durchbrüche aufweisen.

7. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Brenner (6) zugewandte Rand des Injektor kanals (3) zum Brenner (6) hin trichter- bzw. trompe tenartig erweitert ist (Fig. 7).

8. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Brenner (6) zugewandten Seite des Injektor kanals (3) sowie gegebenenfalls den zwischen den Injektorkanal-Abschnitten (3′, 3′′) ausgebildeten Ringspalten (14) Rauchgas-Umlenkelemente, insbe sondere in Form von ringförmigen Umlenkblechen (16), zugeordnet sind, die die Rauchgas-Injektion in die Flamme (7) bzw. in den Bereich zwischen Flamme (7) und Injektorkanal (3 bzw. 3′, 3′′) unterstützen.

9. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Injektor kanal (3 bzw. 3′, 3′′) durch radiale Haltestege inner halb der Brennkammer (1) fixiert ist, wobei die Halte stege zugleich als Drallelemente ausgebildet sein können, durch die den in der Brennkammer (1) zurück geführten Rauchgasen eine Rotationsbewegung um die Brennerachse herum aufprägbar ist.

10. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Injektor kanal (3) an der den Brenner (6) umfassenden Stirn wand bzw. an der Heizkesseltür befestigt ist, vor zugsweise über sich axial erstreckende Haltestege, deren dem Injektorkanal (3) zugewandten Bereiche bzw. Abschnitte zugleich als Drallelemente ausgebil det sein können.

11. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Injektorkanal (3) mehrere, mindestens jedoch zwei, gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete, sich jeweils axial erstreckende und in Richtung zum Brenner (6) hin etwa konisch verjüngende Einbuchtungen (18) aufweist.

12. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der brenner seitige und/oder brennerentfernte Rand des Injektor kanals mit einem die Rauchgas-Umlenkung begünstigen den Randwulst (20, 22) versehen ist bzw. sind.