DE3737661C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Heizungskessel, mit einem oberen Brennstoff-Füllraum, dem zwangsweise primäre Ver­ brennungsluft zugeführt wird, und einem nachgeordneten Brennerraum, in dem die Rauchgase an Wärmetauscherflächen vorbeigeführt 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 füllraum­ unterseitig eingeleitet und verteilt sich praktisch über den gesamten Füllraum, so daß das im Füllraum befind­ liche Brennmaterial in einem Brennzustand versetzt wird. Die Ableitung der Rauchgase erfolgt an der Füllraumober­ seite. Von Nachteil ist die unkontrollierte, ineffektive, schadstoffreiche Verbrennung im Füllraum und insbesondere die Verschmutzung der Füllraumwände sowie des Füllraum­ bodens. Insbesondere setzt sich der bei der Verbrennung entstehende Teer an den Wänden ab, und es tropft Teer nach unten. Bei einem Inter­ vallbetrieb ist eine zufriedenstellende Wiederzündung nicht gegeben.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Heizungskes­ sels, der bei einfachem Aufbau einen effektiven schadstoff­ armen Brennbetrieb ermöglicht und auch bei Intervallbetrieb eine einwandfreie Wiederzündung gewährleistet.

Gelöst wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch einen Heizkessel mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.

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 als "Wärmespeicher" aufgebaut, ins­ besondere durch eine Schamottauskleidung an den Seitenwän­ den und an der Decke (zusammen mit der ohnehin vorhandenen Bodenplatte aus Schamott). Die Bodenplatte ist als vorzugs­ weise heizförmige heiße Brennkammer ausgebildet, durch die das zugeführte Gas/Luftgemisch zur Zündung gebracht wird. In der heißen Brennkammer befindet sich zentral ein Zuführrohr für die Zuführung von sekundärer Verbrennungs­ luft 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 Brennkammeraustritt werden Flam­ mentemperaturen zwischen 850 und 1000°C erreicht. Durch die optimale Nachverbrennung sind die Emissionsprobleme gelöst. Eine praktische Ausführung eines derartigen Heizungs­ kessels erreicht reduzierte CO-Werte. Die Schadstoffkon­ zentration 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 zündung gewährleistet.

Demgegenüber ist ein aus der FR 25 58 241 bekannter Verbrennungs­ ofen nicht mit einer "heißen Brennkammer" ausgebildet, die eine einwandfreie Wiederentzündung ermöglicht. Vielmehr ist der dortige zentrale Durchgang nicht ausgebuchtet und besitzt nur schlanke Seitenwände, die keine nennenswerte Wärme im Betrieb speichern. Im übrigen besitzt der bekann­ te Ofen einen Füllraum mit einem unteren Boden, an welchem die Sekundärluft nicht tangential zugeführt wird, wie dies bei der Erfindung der Fall ist.

Auch ein aus der FR 25 92 944 bekannter Verbrennungsofen sieht keine heiße Brennkammer mit einer oberseitig planen Boden­ platte vor. Der dortige Durchgang ist ebenfalls vergleichs­ weise schmalwandig und nicht wärmespeichernd ausgebildet. Die Gesamtkonstruktion ist so getroffen, daß die primäre Verbrennungsluft nicht von der Kesselaußenseite her dicht oberhalb der Bodenplatte seitlich zugeführt wird, wie dies bei der Erfindung der Fall ist.

Vorteilhaft ist am Heizkessel ein Gebläsekasten mit einer Verbrennungs- Luftzuführung primär-sekundär über ein Gebläse angeordnet. An der Vorderwand des Kesselkörpers befindet sich links und rechts unten je 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, kann sich in der Mitte etwas weiter unten nochmals ein Rohr mit seitlichen Aus­ trittslöchern auf beiden Seiten nach Art der vorgenannten beiden Zuführrohre befinden, wobei durch das letztgenannte Rohr ebenfalls (Sekundär-)Luft austritt, welche zur Nachver­ brennung benötigt wird.

An allen drei Zuführrohren können sich im seitlichen Eingangsbereich Luftmengen-Reguliereinrichtungen in Form von Tellern oder Scheiben befinden, 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 für einen 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 Brennraums erfolgt durch eine separate untere Tür an der Heizungskessel-Vorder­ seite. Im Brennraum werden die Rauchgase an die Wärme­ tauscherfläche abgegeben ("unterer Abbrand").

Nachfolgend wird ein Ausführungs­ beispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert; es zeigt:

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 Brennraum 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 zweigeteilt aufgebaut ist, voneinander getrennt sind.

Die Bodenplatte 6, die im Querschnitt (vergl. Fig. 2 und 4) nach unten im wesentlichen keilförmig ausgebildet ist, umfaßt einen zentralen Durchgang 9, der als sog. "heiße Brennkammer" ausgebildet ist, welcher zentral sekun­ däre Verbrennungsluft 8 zugeleitet wird, wie nachfol­ gend noch im einzelnen ausgeführt wird.

Der untere Brennraum 4 nimmt eine zentrale Auffangschale 17 auf, die auf Beinen 18 abgestützt ist. Der Brenn­ 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. Im Wärmetauscher befindet sich Wasser, das durch die Wärmetauscherflächen 5 erhitzt und einer Verwendung zugeführt wird.

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 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 sind und damit 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 Brennraum 4 mit einem 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 Luftaustrittsöffnungen 30 rechts und links, d.h. auf zwei Mantelgeraden, versehen ist, wie dies der Fig. 4 zu entnehmen ist.

Sämtliche Zuführrohre 22, 23, 29 weisen eingangsseitig im Gebläsekasten 27 eine Luftmengen-Reguliereinrichtung 26 auf, die 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 freie Querschnitt des Eingangskanals jedes Zuführrohrs verändert 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 Brennraum 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 Brennraum 4 an die seit­ lichen Wärmetauscherflächen 5 und von dort in den Abgas­ kanal 15.

Claims (15)

1. Heizungskessel, mit einem oberen Brennstoff-Füllraum, dem zwangsweise primäre Verbrennungsluft zugeführt wird, und einem nachgeordneten Brennerraum, in dem die Rauch­ gase an Wärmetauscherflächen vorbeigeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen oberem Füllraum (3) und unterem Brennerraum (4) eine oberseitig im wesentlichen ebene Bodenplatte (6) aus Schamott angeordnet ist, die zumindest in ihrem mittleren Bereich eine derartige Dicke aufweist, daß sie einen zentralen, als heiße Brennkammer ausgebildeten Durch­ gang (9) bildet, wobei die primäre Verbrennungsluft (2) von der Kesselaußenseite her dicht oberhalb der Boden­ platte (6) seitlich zugeführt wird und durch den zen­ tralen Durchgang (9) zum unteren Brennerraum (4) gelangt.

2. Heizungskessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllraum (3) praktisch vollständig mit einer Schamottauskleidung (10) versehen ist.

3. Heizungskessel nach einem der Ansprüche 1 oder 2, 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.

4. Heizungskessel nach Anspruch 3, 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.

5. Heizungskessel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelbohrungen (24) auf einer Mantelgeraden liegen.

6. Heizungskessel nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelbohrungen (24) gleichen Abstand vonein­ ander haben.

7. Heizungskessel nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der Mantelbohrungen (24) in Richtung Kesselhinterwand kleiner werden.

8. Heizungskessel nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärluft-Zuführrohre (22, 23) eingangsseitig jeweils mit einer Luftmengen-Reguliereinrichtung (26) versehen sind.

9. Heizungskessel nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärluft-Zuführrohre (22, 23) eingangsseitig in einem kesseläußeren oder kesselinneren Gebläsekasten (27) mit Gebläse (28) angeordnet sind.

10. Heizungskessel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Durchgang (9) in der Bodenplatte (6) im wesentlichen kreisförmigen oder herzförmigen Quer­ schnitt aufweist (vgl. Fig. 4).

11. Heizungskessel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß im zentralen Durchgang (9) im wesentlichen mittig ein im wesentlichen horizontales parallel zu dem Pri­ märluft-Zuführrohren (22, 23) verlaufendes Sekundär­ luft-Zuführrohr (29) aufgenommen ist, das entlang zweier, gegenüberliegender Mantellinien Luftaustrittsöffnungen (30) aufweist.

12. Heizungskessel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Sekundärluft-Zuführrohr (29) nach Art der Pri­ märluft-Zuführrohre (22, 23) aufgebaut, angeschlossen und/oder mengenregulierbar ausgebildet ist.

13. Heizungskessel nach einem der Ansprüche 1 bis 12, 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).

14. Heizungskessel nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Rauchgasabführungsseite des Heizungskessels ein saugseitiger Ventilator angeordnet ist.

15. Heizungskessel nach einem der Ansprüche 8 bis 14, 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.