DE3737661A1 - Heizungskessel mit zwangsweiser zufuhr der verbrennungsluft - Google Patents
Heizungskessel mit zwangsweiser zufuhr der verbrennungsluftInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Heizungskessel mit zwangs
weiser Zuführung der Verbrennungsluft, mit einem oberen
Brennstoff-Füllraum, in den zwangsweise primäre Verbrennungs
luft zugeführt wird, und einem nachgeordneten Brennerraum,
in den die Rauchgase an Wärmetauscherflächen abgegeben
werden.
Ein bekannter vorgenannter Heizungskessel besitzt einen
Brennstoff-Füllraum, der praktisch vollständig von Wärme
tauscherflächen (auch auf der Bodenseite) umgeben ist. Die
zwangsweise zugeführte Verbrennungsluft wird füllraumunter
seitig ein- und füllraumoberseitig ausgeleitet und verteilt
sich praktisch über den gesamten Füllraum, so daß das
im Füllraum sich befindliche Brennmaterial in einem Brenn
zustand versetzt wird. Von Nachteil ist die unkontrollierte
ineffektive schadstoffreiche Verbrennung im Füllraum und
insbesondere die Verschmutzung der Füllraumwände sowie des
Füllraumbodens in Richtung Wärmetauscher. Insbesondere setzt
sich der bei der Verbrennung entstehende Teer an den Wänden
ab, und es tropft Teer nach unten.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Heizungskes
sels der eingangs genannten Art, bei dem vorgenannte Nach
teile im wesentlichen beseitigt sind und der insbesondere
bei einfachem Aufbau einen effektiven schadstoffarmen Brenn
betrieb zuverlässig ermöglicht.
Gelöst wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch
die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Mit
tel.
Vorteilhaft weitergebildet wird der Erfindungsgegenstand durch
die Merkmale der Unteransprüche 2 bis 16.
Wesen der Erfindung ist die gesteuerte Zu- und Abführung
der Verbrennungsluft im Brennstoff-Füllraum auf der Füll
raum-Bodenseite insbesondere im unteren Füllraumviertel
zwecks Erzeugung eines Schwelzustandes beim eingefüllten
Brennstoffmaterial. Da (im Gegensatz zum eingangs genann
ten Stand der Technik) nicht der gesamte Füllraum in einen
Brennzustand versetzt wird, läuft nach der Erfindung kein
Teer od. dergl. mehr im Füllraum nach unten. Der Füllraum
bleibt sauber und ist in vorteilhafter Weiterbildung der
Erfindung quasi als "Wärmespeicher" aufgebaut, insbesondere
durch eine Schamottauskleidung an den Seitenwänden und an
der Decke (zusammen mit der ohnehin vorhandenen Bodenplatte
aus Schamott).
Die Bodenplatte ist in besonders vorteilhafter Weiterbildung
der Erfindung als sog. heiße vorzugsweise herzförmige Brenn
kammer ausgebildet, durch die das zugeführte Gas/Luftgemisch
zur Zündung gebracht wird. In der heißen Brennkammer befin
det sich zentral ein Zuführrohr für die Zuführung von sekun
därer Verbrennungsluft von der Kesselaußenseite her, so daß
das gezündete Gas/Luftgemisch unter der Beimischung der
Sekundärluft praktisch vollständig einer Nachverbrennung
zugeführt wird. In der Brennkammer und im Brennkammeraus
tritt werden Flammentemperaturen zwischen 850 und 1000°C
erreicht. Durch die optimale Nachverbrennung sind die Emissions
probleme gelöst. Ein praktisches Ausführungsbeispiel eines
Heizungskessels erreicht reduzierte CO-Werte. Die Schadstoff
konzentration liegt bei 300 bis 400 ppm (während nach dem
Stand der Technik 10 bis 20 000 ppm zu verzeichnen sind).
Aufgrund der dicken Bodenplatte aus Schamott ergibt sich
im Betrieb ein Wärmespeicher, der ohne weiteres einen Inter
vallbetrieb des Heizungskessels bei einwandfreier Wieder
erzündung gewährleistet.
Insbesondere ist ein Gebläsekessel mit einer Verbrennungs-
Luftzuführung primär-sekundär über ein Gebläse vorgesehen,
welches am Heizkessel angeordnet ist. An der Vorderwand
des Kesselkörpers befindet sich links und rechts unten
ein Durchbruch, durch welchen je ein Rohr eingeführt ist,
wobei beide Rohre mit Löchern versehen sind, um Primär
luft auf das Brenngut blasen zu können. Die Löcher sind von
vorne nach hinten immer kleiner gebohrt, um einen gleich
mäßigen Luftaustritt zu gewährleisten, insbesondere einen
konstanten Luftaustritt in den Füllraum.
Zwischen beiden vorgenannten Primärluft-Zuführrohren,
welche unmittelbar an der Bodenplatte aufliegen und
bis nach hinten geführt sind, befindet sich in der Mitte
etwas weiter unten nochmals ein Rohr mit seitlichen Aus
trittslöchern auf beiden Seiten nach Art der vorgenannten
beiden Zuführrohre, wobei durch das letztgenannte Rohr
ebenfalls (Sekundär-)Luft austritt, welche zur Nachver
brennung benötigt wird.
An allen drei Zuführrohren befinden sich im seitlichen
Eingangsbereich Luftmengen-Reguliereinrichtungen in Form
von Tellern oder Scheiben, die durch Gewindebolzen geführt
sind und daher eine stufenlose Einstellung der zugeführten
Luftmenge ermöglichen. Die Einstellung erfolgt durch den
Gebläsekasten mittels Schrauben von außen. Der sowohl die
Primär- als auch die Sekundärluft zuführende Gebläsekasten
mit Gebläse kann außerhalb wie auch innenliegend im Füll
raum des Heizkessels angeordnet sein. Letztgenannte Variante
sorgt für einen sehr kompakten, sicheren beschädigungs
unempfindlichen Aufbau. Bei einem Füllen des Füllraums
mit Brennstoffmaterial durch die obere Füllraumöffnung
an der Vorderwand des Heizungskessels kann kein Brenn
gut mehr auf ein (außenliegendes) Gebläse fallen.
Die erfindungsgemäße Konstruktion eignet sich sowohl für
einen mit Überdruck mittels Gebläse betriebenen Heizungs
kessel als auch mit einem Heizungskessel, der auf der
Rauchgasabführungsseite mit einem saugseitigen Ventila
tor angeschlossen ist, wobei in letztgenannter Variante
auch Hackschnitzel und feines Material sowie Kohle ver
heizt werden können. Mit Überdruck betriebene Heizkessel
sind vorwiegend für Stückholz oder Scheitholz geeignet.
Die Reinigung des unteren Brennerraums erfolgt durch
eine separate untere Tür an der Heizungskessel-Vorder
seite. Im Brennerraum werden die Rauchgase an die Wärme
tauscherfläche abgegeben ("unterer Abbrand").
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungs
beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung
näher erläutert; es zeigen:
Fig. 1 einen Heizungskessel in einem schematischen Seiten
schnitt,
Fig. 2 einen Schnitt längs AB durch den Heizungskessel
nach Fig. 1,
Fig. 3 die Einzelheit Z nach Fig. 1, und
Fig. 4 die Erfindung ähnlich Fig. 2 in größerer Einzelheit.
Der in der Zeichnung dargestellte Heizungskessel (1) mit
zwangsweiser Zufuhr der Verbrennungsluft entweder durch
ein vorgeordnetes Gebläse (Überdruckbetrieb) oder einen
nachgeordneten saugseitigen Ventilator (Saugbetrieb) um
faßt einen oberen Brennstoff-Füllraum (3) und einen unte
ren Brennerraum (4) ("unterer Abbrand"), wobei vorgenannte
Räume durch eine zwischengeordnete Bodenplatte (6) aus
Schamott, die oberseitig eine im wesentlichen plane strö
mungsgünstige horizontale Oberfläche aufweist und im
praktischen Ausführungsbeispiel zweigeteilt aufgebaut
ist, voneinander getrennt sind.
Die Bodenplatte (6), die im Querschnitt der Fig. 2 und 4
nach unten im wesentlichen keilförmig ausgebildet ist,
umfaßt einen zentralen Durchgang (9), der als sog. "heiße
Brennkammer" ausgebildet ist, in welcher zentral sekun
däre Verbrennungsluft (8) zugeleitet wird, wie nachfol
gend noch im einzelnen ausgeführt wird.
Der untere Brennerraum nimmt eine zentrale Auffangschale
(17) auf, die auf Beinen (18) abgestützt ist. Der Brenner
raum (4) ist durch eine untere Öffnung (13) bzw. Tür zu
gänglich. Umfangsmäßig ist er mit einer Wärmetauscher
fläche (5) umgeben, wobei innere Wärmetauscherrippen (19)
vorgesehen sind. Das Wasser im Wärmetauscher wird durch
die Wärmetauscherflächen (5) erhitzt und einer
Verwendung zugeführt.
In der Vorderwand (11) des Heizungskessels (1) befindet
sich im oberen Bereich eine Einfüllöffnung (12) bzw. Tür
zum Befüllen des Füllraums (3) mit Festbrennstoff.
Unterhalb der oberen Einfüllöffnung (12) ist ein Gebläse
kasten (27) mit vorgeordnetem Gebläse (28) vorgesehen,
welches über Durchgänge in der Vorderwand (11) primäre
Verbrennungsluft (2) unmittelbar dicht oberhalb der Boden
platte (6) seitlich zuleitet, und zwar über zwei Primär
luft-Zuführrohre (22, 23), welche Mantelbohrungen (24)
aufweisen, um Primärluft auf das Brenngut im Füllraum (3)
blasen zu können. Die Primärluft-Zuführrohre besitzen ins
besondere Mantelbohrungen (24), die auf einer Mantelgeraden
liegen und von der Heizungskessel-Vorderwand (11) in Rich
tung Rückwand des Heizkessels einen sich verjüngenden
Durchmesser dergestalt aufweisen, daß die Austritts
geschwindigkeit der Luft aus den Mantelbohrungen im
wesentlichen konstant und ein gleichmäßiger Luftaustritt
gewährleistet ist. Die Primärluft-Zuführrohre (22, 23) er
strecken sich über die gesamte Tiefe des Füllraums (3),
der zusätzlich mit einer Schamottauskleidung (10) prak
tisch vollständig ausgekleidet ist und zusammen mit der
Bodenplatte (6) aus Schamott als Wärmespeicher fungiert.
Selbstverständlich ist der gesamte Heizungskessel (1) in
einer Isolierverkleidung (16) aufgenommen, und es be
sitzt der Heizungskessel (11) im Bereich seiner Rück
wand einen Abgaskanal (15), der den unteren Brennerraum
(4) mit dem Rauchgasaustritt (14) verbindet, der zusätz
lich eine Rauchgasklappe (21) umfaßt, welche bei ent
sprechender Horizontalschwenkung den Abgaskanal (15)
absperrt und einen direkten Rauchgasaustritt aus dem
oberen Füllraum (3) ermöglicht.
Die "heiße Brennkammer" der Bodenplatte (6) ist insbe
sondere aus den Fig. 2 und 4 ersichtlich. Im Querschnitt
ist sie im wesentlichen herzförmig in strömungsgünstiger
Weise aufgebaut, wobei ein Sekundärluft-Zuführrohr (29)
zentral aufgenommen ist, welches seinerseits aufgebaut
ist wie die vorgenannten Primärluft-Zuführrohre (22, 23),
allerdings mit Mantelbohrungen rechts und links, d.h. auf
zwei Mantelgeraden, versehen sind, wie dies insbesondere
der Fig. 4 zu entnehmen ist.
Sämtliche Zuführrohre (22, 23, 29) weisen eingangsseitig
im Gebläsekasten (27) eine Luftmengen-Reguliereinrichtung
(26) auf, die insbesondere eine stufenlos verstellbare
Scheibe (33) bzw. einen stufenlos verstellbaren Teller
umfaßt, deren bzw. dessen axialmittiger Gewindebolzen (34)
in einer Halterung (35) in einem Schraubeingriff steht,
wobei die die Gewindebohrung aufweisende Halterung (35)
seitlich im Zuführrohr (22, 23 bzw. 29) auf der Eingangs
seite befestigt ist. Die Scheibe (33) weist einen größeren
Durchmesser auf als das Zuführrohr (22, 23 bzw. 29) selbst,
wie dies insbesondere der Fig. 3 zu entnehmen ist. Durch
Axialverstellung der Scheibe (33) kann der Querschnitt des
Eingangskanals jedes Zuführrohrs verstellt und mithin die
zugeführte Luftmenge reguliert werden. Jede Scheibe (33)
weist zentral eine Aussparung (36) (Schlitz od. dergl.) auf,
so daß die Scheibe (33) durch den Gebläsekasten (27) hin
durch durch einen Stellstift, Schraubenzieher od. dergl.
verdreht bzw. verstellt werden kann.
Die heiße Brennkammer in der Bodenplatte (6) besitzt einen
oberseitigen zentralen Lufteinlaß (31) mit einem Querschnitt,
der größer ist als der unterseitige Luftauslaß (32) in Rich
tung Brennerraum (4), wie dies insbesondere der Fig. 4 zu
entnehmen ist.
Ersichtlich wird im Betrieb des Heizungskessels (1) die pri
märe Verbrennungsluft (2) zwangsweise von der Kesselaußen
seite her dicht oberhalb der Bodenplatte seitlich zugeführt
und durch den zentralen Durchgang (9) in der Bodenplatte
(6) strömungsgünstig zum unteren Brennerraum weitergelei
tet. Im Füllraum (3) wird mithin nur in etwa das untere
Drittel oder Viertel primärer Verbrennungsluft ausgesetzt,
so daß dort Schwelgase entstehen. Die eigentliche Zündung
erfolgt in der nachgeordneten heißen Brennkammer unter Zu
führung der sekundären Verbrennungsluft (8), die für eine
optimale Nachverbrennung sorgt. Schließlich gelangen die
heißen Rauchgase (7) im unteren Brennerraum (4) an die seit
lichen Wärmetauscherflächen (5) und von dort in den Abgas
kanal (15) nach oben.
Alle in der Beschreibung erwähnten und/oder in der Zeichnung
dargestellten neuen Merkmale allein oder in sinnvoller Kombi
nation sind erfindungswesentlich, auch soweit sie in den An
sprüchen nicht ausdrücklich beansprucht sind.
Claims (16)
1. Heizungskessel, mit einem oberen Brennstoff-Füllraum, in
den zwangsweise primäre Verbrennungsluft zugeführt wird,
und einem nachgeordneten Brennerraum, in den die Rauch
gase an Wärmetauscherflächen abgegeben werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen oberem Füllraum (3) und unterem Brennerraum
(4) eine oberseitig im wesentlichen plane Bodenplatte (6)
aus Schamott angeordnet ist, wobei die primäre Verbren
nungsluft (2) von der Kesselaußenseite her dicht ober
halb der Bodenplatte (6) seitlich zugeführt wird und
durch einen zentralen Durchgang (9) in der Bodenplatte
(6) zum unteren Brennerraum (4) gelangt.
2. Heizungskessel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der zentrale Durchgang (9) in der Bodenplatte (6) als
heiße Brennkammer ausgebildet ist, in die sekundäre Ver
brennungsluft (8) von der Kesselaußenseite her zugelei
tet wird.
3. Heizungskessel nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Füllraum (3) praktisch vollständig mit einer
Schamottauskleidung (10) versehen ist.
4. Heizungskessel nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Vorderwand (11) des Heizkessels jeweils im
äußersten Seitenbereich Durchbrüche vorgesehen sind,
durch die sich zwei Primärluft-Zuführrohre (22, 23)
im wesentlichen horizontal und parallel zueinander
dicht über der Bodenplatte (6) praktisch über die
gesamte Tiefe des Füllraums (3) erstrecken.
5. Heizungskessel nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Primärluft-Zuführrohre (22, 23) in Richtung
ihrer Achse mehrere Mantelbohrungen (24) für den Luft
austritt in den Füllraum (3) aufweisen, die im wesent
lichen zum zentralen Durchgang (9) der Bodenplatte (6)
hin gerichtet sind.
6. Heizungskessel nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Mantelbohrungen (24) auf einer Mantelgeraden
liegen.
7. Heizungskessel nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Mantelbohrungen (24) gleich voneinander beabstandet
sind.
8. Heizungskessel nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Mantelbohrungen (24) in Richtung Kesselhinterwand
jeweils mit sich verjüngendem Durchmesser ausgebildet sind.
9. Heizungskessel nach einem der Ansprüche 4 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Primärluft-Zuführrohre (22, 23) eingangsseitig je
weils mit einer Luftmengen-Reguliereinrichtung (26) ver
sehen sind.
10. Heizungskessel nach einem der Ansprüche 4 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Primärluft-Zuführrohre (22, 23) eingangsseitig in
einem kesseläußeren oder kesselinneren Gebläsekasten (27)
mit Gebläse (28) angeordnet sind.
11. Heizungskessel nach einem der Ansprüche 4 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß der zentrale Durchgang (9) in der Bodenplatte (6) im
wesentlichen kreisförmigen oder herzförmigen Querschnitt
aufweist (vgl. Fig. 4).
12. Heizungskessel nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß im zentralen Durchgang (9) im wesentlichen mittig ein
im wesentlichen horizontales parallel zu den Primärluft-
Zuführrohren (22, 23) verlaufendes Sekundärluft-Zuführ
rohr (29) aufgenommen ist, das an jeder Mantelseite Luft
austrittsöffnungen (30) in Richtung der heißen Brennkammer
aufweist.
13. Heizungskessel nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Sekundärluft-Zuführrohr (29) nach Art der Primär
luft-Zuführrohre (22, 23) aufgebaut, angeschlossen und/
oder mengenregulierbar ausgebildet ist.
14. Heizungskessel nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Lufteinlaß (31) in der Bodenplatte (6) einen
größeren Querschnitt aufweist als der untere Luftaus
laß (32) der Bodenplatte (6) in Richtung Brennerraum
(4) (vgl. Fig. 4).
15. Heizungskessel nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf der Rauchgasabführungsseite des Heizungskessels
ein saugseitiger Ventilator angeordnet ist.
16. Heizungskessel nach einem der Ansprüche 9 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Luftmengen-Reguliereinrichtung (26) eine stufen
los verstellbare Scheibe (33) ist, deren axialmittiger
Gewindebolzen (34) in einer seitlich im Zuführrohr (22,
23 bzw. 29) befestigten Halterung (35) in einem Schraub
eingriff steht, wobei der Durchmesser der Scheibe (33)
größer oder gleich dem Durchmesser des Zuführrohrs ist.
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