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Verfahren und Einrichtungen zur wirtschaftlichen Verbrennung in Feuerungsanlagen
mit stark wechselnder Belastung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und
auf Einrichtungen zur Sicherung einer wirtschaftlichen Verbrennung in mit Feuerungsanlagen
adsgerüsteten Wärmeerzeugern, insbesondere solchen, die starken Belastungsschwankungeü
unterworfen sind, z. B. Wärmeerzeugern für Heizungsanlagen.
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Die Größe der Wärmeerzeugungsanlagen wird naturgemäß entsprechend
der zu erwartenden Höchstbelastung bemessen. Für diese Höchstbelastung werden Kessel,
Fuchs und Schornstein ausgelegt. Rostfläche, Heizfläche, Fuchsquerschnitt und Schornsteingröße
sind dabei so aufeinander abgestimmt, daß sich ein möglichst hoher wärmetechnischer
Wirkungsgrad ergibt. Bei einem großen Teil derartiger Anlagen wechselt aber die
Be-1lstungshöhe erheblich. Sie beträgt z. B. bei Wohnhausheizungen im Durchschnitt
der Heizperiode nur etwa ein Drittel der Höchstlast. Um die jeweils geforderte Nutzwärme
mit einem möglichst geringen Brennstoffaufwand erzeugen zu können, muß das bei Vollust
bestehende günstige Größenverhältnis der Einzelelemente auch bei jeder Teilbelastung
vorhanden sein. Ferner muß die Ausgestaltung der Feuerungseinrichtung _ den physikalischen
Bedingungen für eine vollkommene Verbrennung Rechnung tragen und Verluste durch
Unverbrannte8 (Rostdurchfall) .möglichst ausschalten.
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Diese an sich- selbstverständlichen Voraussetzungen für eine wirtschaftliche
Verbrennung wurden bisher nicht oder nur recht unvollkommen erfüllt. Sie machen
es notwendig, daß i. Rostfläche, Heizfläche und Beschickungshöhe so veränderlich
sind, da( sie den Belastungsschwankungen und den Brennstoffsorten angepaßi werden
können und eine .
gleichmäßige Rostauflage .sichergestellt ist,
2. ein vorzeitiges oder zu starkes Abkühlen der Heizgase bzw. der Flammen verhindert
wird, damit die Zündtemperatur (etwa goo° C) ständig vorhanden ist und die Flammen
ausbrennen, 3. Erst- und Zweitluft jeweils mit dem notwendigen überschuß getrennt
geregelt und gut verteilt in die Feuerung bzw. in die Brennkammer eingeführt wird,
.4. dem Schornstein die zur Erzeugung des Zuges notwendige Wärme in ausreichender
Menge mit der Mindesttemperatur zugeleitet wird, 5. der unvermeidliche Rostdurchfall
nutzbar verbrennt. Nur im Zusammenwirken aller genannten Einzelmaßnahmen bei der
Leistungsregelung kann das wirtschaftliche Optimum der Brennstoffausnutzung bei
jeder Belastung erreicht werden.
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Eine Regelbarkeit der Rostfläche und der Heizfläche wurde schon auf
verschiedenartige Weise angestrebt, z. B. bei genügend großen Anlagen durch Aufgliedern
der Kesselanlage in mehrere Einheiten, beim Einzelkessel durch Einsetzen einer Unterteilungswand
oder durch Abschalten von Rostfläche durch aufgelegte Platten, Mauersteine od. dgl.
Abgesehen von der Kesselaufgliederung, die aber bei kleineren Anlagen nicht möglich
ist, sind die l>ekanntenMaßnahmen sehrprimitiv und mitBetriebsunterbrechungen verbunden.
-Für den praktischen Erfolg ist es aber notwendig, Rost- und Heizfläche beliebig
oder mindestens in weiten Grenzen regeln zu können.
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Die Verhinderung einer vorzeitigen Abkühlung der Heizgase oder der
Flamme wurde bisher nicht einmal angestrebt. So baut man z. B. für Heizungen allgemein
Bußeiserne Kessel mit Innenfeuerungen und niedrigen Brennkammern, in denen sich
die Flammen nur ungenügend entwickeln können. Man sieht es als vorteilhaft an, wenn
nackte Kesselwände Kontaktheizflächen mit hohem Wärmeübergang bilden. Dabei wird
außer acht gelassen, daß die Wände der engen Brennkammer so stark abkühl°nd wirken,
daß teilweise die Flammen vorzeitig erlöschen oder die Brenngase nicht zünden. In
diesem Zusammenhang wirkt sich auch die in diesen Kesseln. nicht regelbare, sehr
ungleichmäßige Beschickungshöhe nachteilig aus.
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Bei einem großen Teil der Kessel werden Erst-und Zweitluft unter dem
Rost entnommen und mittels einer gemeinsamen Luftklappe geregelt. Kokskessel werden
gänzlich ohne Zweitluftzuführung ausgeführt, weil man bei Koksfeuerung die Zweitluft
fälschlicherweise für überflüssig erachtet. Die Leistung der Feuerung regelt man
nur durch Verändern der Verbrennungsluftmenge. Wird aber bei gleichbleibender Rostfläche
also auch gleichbleibender,Brennstoffmenge zwecks Leistungsminderung die Luftmenge
gedrosselt, dann tritt in der Feuerung naturnotwendig Luftmangel ein. Die-Folge
ist eine unvollkommene Verbrennung.
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Zur Erzeugung des Schornsteinzuges auf thermischem Wege diente bisher
nur die Restwärme des Wärmeerzeugers. Der Schornsteinzug ist dadurch unmittelbar
vom Betriebszustand des Kessels abhängig und umgekehrt. BeiTeillastkühlt sich die
geringe Rauchgasmenge an der- unveränderlichen also zu großen Heizfläche des Kessels
aber sehr stark ab. Die Rauchgasmenge wird außerdem unter Umständen so gering, daß
sie unter die Mindestmenge absinkt, die zur Bindung der im Schornstein notwendigen
Wärme erforderlich ist. Die Rauchgastemperatur im Schornstein fällt dann unter den
Taupunkt ab und das Rauchgas wird wegen des größeren spezifischen Gewichtes schwerer
als die Außenluft. Der Schornstein zieht nicht mehr. Es tritt unvollkommene Verbrennung
ein, und der Kessel beginnt zu gasen. Erfindungsgemäß werden r. Rostfläche, Heizfläche.
Beschickungshöhe und Schornsteinzug regelbar gestaltei, und zwar die Rostfläche
durch verstellbare Vorroste, die gleichzeitig als Ausbrennroste für den Rostdurchfall
dienen, die Heizfläche und der Schornsteinzug durch verstellbare Klappen in den
Feuerzügen und durch Einführung von Nebenluft in die Abgaswege zur Bindung der Restwärme
des Kessels mit der wirtschaftlichstenTemperatur an eine zur Verhinderung unzulässiger
Abkühlung im Schornstein ausreichend große Gasmenge, die Beschickungshöhe durch
Dreh-oder Gleitschieber, die es in Verbindung mit den verstellbaren Vorrosten bei
doppelseitigen Kesseln außerdem ermöglichen, eine Kesselhälfte völlig abzuschalten;
2. ein vorzeitiges oder zu starkes Abkühlen der Heizgase bzw. der Flamme dadurch
verhindert, daß die Brennkammerhö he der Flammenlänge angepaßt wird und die Brennkammerwände
einen zweckmäßigen @\'ärmescliutz erhalten; 3. der erforderliche Luftüberschuß dadurch
sichergestellt, daß Erst- und Zweitluft getrennt voneinander eingeführt und gleichzeitig
so geregelt werden. daß ständig ausreichend Verbrennungsluft im Glutbett und Tiber
demselben vorhanden ist. Dabei wird die Erstluft vorteilhaft nicht, wie .bisher
üblich, mit dem hinteren Rauchschieber, sondern mit einer Drosselklappe vor dem
Kessel grob eingestellt, zu dem Zweck, im Kessel ständig einen ausreichenden Unterdruck
aufrechtzuerhalten, der das Gasen siche r verhindert.
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Abb. t zeigt eine Innenfeuerung zur Durchführung des Verl>rennungsverfalirens
in Verbindung mit einem Bußeisernen doppelseitigen Füllschachtkessel für größere
Leistungen. Die Drehklappen a. regeln die Kesselheizfläche ünd die Drehschieber
b die Beschickungshöhe. Die rechte Kesselseite ist abgeschaltet, die linke auf volle
Leistung eingestellt. Den Feuerungsteil bildet beispielsweise ein wassergekühlter
Sattelrost c mit den darunter angebrachten drehbaren Klappen d. Letztere sind, wie
die linke Bildseite zeigt, im Betrieb treppenrostartig eingestellt und bilden so
einen Ausbrennrost für den Rostdurchfall. Von Zeit zu Zeit werden sie in Schräglage
gedreht, damit die Asche abgleiten kann. Die Zweitluft wird bei e und die zur Leistungsregelung
dienende Nebenluft bei f oder g in den Kessel eingeführt. Die zur Wärmebindung zwecks
Regelung des Schornsteinzuges dienende Luft wird zweckmäßig in den Rauchkanalla
eingeleitet. Zur leichteren Wartung und Reinigung kann bei großen Kesseln
der
gesamte Rost auf Rollen gelagert und ausfahrbar eingerichtet werden.
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Abb, a zeigt einen doppelseitigen Kessel mittlerer Leistung. Die Beschickungshöhe
wird durch Einschiebeplatten b geregelt, deren Gleitbahn i als Zuführungskanal für
Zweitluft ausgebildet werden kann. Der Kessel ist auf Halblast bei beiderseitigem
Betrieb eingestellt. Die Klappen d schließen die ohere Rosthälfte von der Luftzufuhr
ah, so daß nur die unteren Rostteile in Betrieb sind. Es ist ersichtlich, daß der
Rost in Richtung des Abbrandes beliebig abgeschaltet werden kann.
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Abb. 3 zeigt einen' Kessel kleinerer Leistung. 'der aus den Halbgliedern
der vorbeschriebenen Kessel zusamm,etigesetzt wird. Er kennzeichnet die Feuerungseinrichtung
für gasige Kohle. Ein vergrößerter Rost gestattet die Anpassung an beliebige Kohlensorten.
über dem Glutbett ist ein Zündgewölbe angebracht, das gleichzeitig die darüber befindlichen,
in einem Kasten vereinigten Kanäle für Zweitluft i und Nebenluft
f abschirmt. Die Brennkammerwand ist durch eingehängte Isolier-1>lattcn l
abgedämmt. die aus einem Hartbrandinaterial bestehen.
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Abb. 4 zeigt ein Beispiel für die automatische Regelung der Hauptluft
K und der Zweitluft I', ferner der Nebenluft Z für Heizungsanlagen. Die Regelung
erfolgt zweckmäßig in Abhängigkeit von der Temperatur der Außenluft. Ein Kesselregler
A wird in-bekannter Weise nach der Kesseltemperatur durch den Druckgeber A, gesteuert
und über den Seilzug C die Erstluftklappe D bewegt. Ein Flüssigkeitstemperaturregler,
bestehend aus dem Impulsnehmer E, der Leitung F und dem Druckgeber G, überträgt
den von der Außentemperatur erhaltenen Impuls auf den Hebel 11, der über den Seilzug
I die Erstluftklappe M, und die Zweitluftklappe M2 und über den Seilzug I_ die Nebenluftklappe
R zu den Feuerzügen bewegt. Gleichzeitig wirkt ein Hebel K auf den über die Rolle
B laufenden Seilzug C und damit auf die Erstluftklappe D. Die Spannschlösser N gestatten
eine genaue Voreinstellung. Der Regelvorgang ist folgender: Ist die gewollte Kesseltemperatur
erreicht, dann bewirkt der Druckgeber A, einerseits eine Abwärtsbewegung der Rolle
B und damit ein Nachlassen des Seilzuges C, andererseits ein Anziehen des Seilzuges
L. Die Erstluftklappe D wird gedrosselt und die Nebenluftklappe R
zu den Feuerzügen geöffnet. Steigt die Außentemperatur, dann drückt der Impulsgeber
G auf den Hebel 11, drosselt über den Seilzug I die Erstluftklappe M, und
die Zweitluftklappe M2, ferner über den Hebel K und den Seilzug C die Erstluftklappe
D und öffnet über den Seilzug I. die Nebenluftklappe R. Die Betätigung des Hebels
K macht eine Handeinstellung des Kesselreglers A auf eine andere Kesseltemperatur
unnötig. Bei sinkender Außentemperatur ist der Regelvorgang umgekehrt.
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Selbstverständlich sind noch weitere Regelungsarten möglich. Es kann
z. B. deF Impuls von der Temperatur eines zu beheizenden Raumes entnommen oder der
Regelimpuls elektrisch übertragen werden. Es kann auch vorteilhaft sein, die Zweitluftklappe
M2 mit dem Seilzug L und die Nebenluftklappe R mit dem Seilzug 1 zu verbinden in
der Weise, daß die Zweitluftmenge erhöht wird, wenn die Erstluftklappe drosselt
und die Nebenluftklappe R oberhalb einer bestimmten Außentemperatur öffnet. Die
zur Wärmebindung dienende Nebenluft kann auch zweckmäßig in Abhängigkeit von der
Schornsteintemperatur oder von der Gasströmung gesteuert werden. Kennzeichnend für
den Erfindungsgedanken sind lediglich die Grobeinstellung der Erstluft vor dem Kessel,
die selbsttätig den Betriebsbedürfnissen angepaßte Zufuhr von Erst-, Zweit- und
Nebenluft und die generelle Steuerung in Abhängigkeit von einer außerhalb des Wärmeerzeugers
liegenden Bezugstemperatur.
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Die Vorteile des Verbrennungsverfahrens liegen auf der Hand. Die in
Richtung des Abbrandes veränderliche Rostgröße und die Anpassung der Heizflachen-
und Schornsteinleistung an die gewünschte Nutzlast sichern den höchstmöglichen Wirkungsgrad
bei jeder Belastung, denn dem Verbrennungsablauf und dem Wärmeaustausch wird in
keiner Weise mehr Zwang angetan, und alle Verlustquellen sind im praktisch erreichbaren
Umfang ausgeschaltet. Die physikalischen Bedingungen für eine vollkommene Verbrennung
sind ständig eingehalten. Die Feuerung kann auf alle praktisch in Betracht kommenden
festen Brennstoffe eingestellt werden. Die gesamte Kesselanlage wird vereinfacht,
denn eine Aufgliederung ist nur bei großen Anlagen nötig, wenn die größte in einem
Kessel vereinigte Leistung zur Deckung des Wärmebedarfs nicht ausreicht. Die verschiedenen
Kesseltypen bestehen aus gleichartigen Modellen. Die Kesseltypen lassen sich weitgehend
einschränken, denn die regelbaren Rost- und Heizflächen gestatten eine weite Spanne
zwischen Wärmebedarf und höherer Kesselleistung. Bei gußeisernen Gliederkesseln
kann man sich auf weniges Gußmodelle beschränken. Herstellung und Lagerhaltung werden
dadurch billig und einfach. Das Verbrennungsverfahren ist für alle Kesselarten verwendbar;
es ermöglicht z. B. vorteilhaft die Verwendung von Röhrenkesseln für Kleinkesselanlagen.
Die den gußeisernen Gliederkesseln allgemein anhaftenden Nachteile können dadurch
ausgeschaltet werden.