WO1997024556A1 - Verbrennungsofen mit sekundärluftführung, insbesondere unterbrand-heizkessel - Google Patents

Verbrennungsofen mit sekundärluftführung, insbesondere unterbrand-heizkessel Download PDF

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WO1997024556A1
WO1997024556A1 PCT/DE1996/000002 DE9600002W WO9724556A1 WO 1997024556 A1 WO1997024556 A1 WO 1997024556A1 DE 9600002 W DE9600002 W DE 9600002W WO 9724556 A1 WO9724556 A1 WO 9724556A1
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chamber
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grate
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Inventor
Karl Ackermann
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Karl Ackermann
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23B—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING ONLY SOLID FUEL
    • F23B5/00—Combustion apparatus with arrangements for burning uncombusted material from primary combustion
    • F23B5/04—Combustion apparatus with arrangements for burning uncombusted material from primary combustion in separate combustion chamber; on separate grate
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L9/00—Passages or apertures for delivering secondary air for completing combustion of fuel 

Definitions

  • Incinerator with secondary air flow especially under-fire boiler
  • the invention relates to an incinerator for solid fuels to be combusted, in particular underburning boilers, with a filling shaft and a downstream rear combustion chamber, which has secondary air supply openings on its flue gas-side flue gas inlet located in the lower filling shaft area.
  • An improvement in the efficiency of the fuels is also achieved according to DE-PS 35 24 962 in that in a combustion furnace of the type mentioned the flue gases are withdrawn from the bottom of a filling shaft and completely burned in a rear afterburning chamber before the flue gas becomes, for example Flue gas chamber or to the rear flue gas flues of a boiler.
  • the post-combustion chamber is designed as a so-called circulation chamber and has a lower tangential into the circulation chamber. wall opening into the chamber, which has secondary air supply openings in the immediate vicinity of the filling shaft, in order to enrich the afterburning flue gas with heated fresh air.
  • a standing grate is arranged upstream of the secondary air supply openings, which retains the solid fuel in the entrance area to the afterburning chamber, and the afterburning chamber designed as a circulation chamber has at least one pre or afterglow head on the outlet side.
  • the standing grate extends essentially perpendicular to the lower horizontal filling chute grate up to the entrance area to the afterburning chamber, namely over the entire width of the filling chute. It preferably has vertical slots through which additional flue gas components are fed to the entrance of the post-combustion chamber.
  • the standing grate in particular comprises spaced apart air guide hooks, which are arranged on the filling chute side of the grate, in particular in the vertical direction.
  • the air guide hooks are expediently separate components which can be hung in the standing grate at the desired location.
  • the air guide hooks are designed in such a way that, on the one hand, they protect the secondary air supply openings downstream in such a way that they cannot be clogged by fuel that follows, so that the secondary air flows in in a controlled manner with a constant cross section.
  • the air guide hooks are arranged upstream of the vertical slots in the standing grate, so that these slots too cannot be clogged by fuel.
  • the air guide hooks By means of the air guide hooks according to the invention, optimal flow conditions, in particular a strong swirling of the fuel gases, are created in the entrance area to the afterburning chamber. As a result, the fuel gases can mix very well with the secondary air and the unburned portions in the afterburning chamber can be practically completely afterburned. It has been shown that the construction of the air guide hooks demonstrably improve the combustion values of the furnace.
  • the hooks are located at the intersection of the embers, the secondary air inlet and the afterburner.
  • the strong circulation ensures that there is no "stringy" flow towards the afterburning chamber. In the case of short-flame and very difficult to burn solid fuels, combustion is initiated very early by the air guide hooks.
  • the air guide hooks thus help to optimize the mixture preparation. Even difficult fuels, such as residual wood in the form of finely cut chips, can be optimally burned through the air guide hooks without these entering the afterburner chamber.
  • the air guide hooks can be dimensioned and positioned on the standing grate. Another advantage is that the air guide hooks, which are wearing parts, can be easily replaced. They are primarily made of refractory concrete or a comparable material.
  • the combustion chamber technology is further improved by the invention by the provision of a third air supply (tertiary air).
  • Third air is added to the combustion gases via holes in a post-combustion chamber wall, which is preferably a perforated plate. Any unburned fuel gases that may still be present at this point are therefore supplied with preheated air one more time, so that ignition is possible.
  • the invention also improves the combustion chamber technology by means of a special design of an afterburning chamber in the form of a circulation chamber which provides a tangential inclined section on the top side.
  • the inclined section has pre and post glow heads at the lower and / or at the upper end, and the circulation chamber is preferably constructed from two parts for reasons of simple construction and simplified maintenance: a front chamber half in the Area of the filling shaft and a rear half of the chamber.
  • Both halves of the chamber are detachably attached to the furnace or boiler body, in particular via hooks.
  • the chamber halves are preferably made of fireclay, fireproof concrete or the like and have a high level of stability. speed.
  • the specific form of the aforementioned circulation chamber is the result of empirical tests.
  • the advantage of the aforementioned design is that both the mixing and the residence time of the gases and extensive oxidation of the combustion gases present are ensured.
  • the downstream pre- and post-glow heads at the outlet of the circulation chamber enable the residual oxidation of the oxygen atoms still present due to the additional temperature increase.
  • the stages within the circulation chamber with the pre- and post-glow head also ensure, via the oxidation of the carbon, that the intermediate reactions of combustion such as the heterogeneous water gas reaction with its subsequent reaction of the hydrogenating gasification and the back reaction (“Boudouard- Effect ”) can be largely compensated for.
  • An optimization of the combustion conditions in the afterburning chamber is additionally achieved in that the afterburning chamber, which is designed as a swirl chamber, additionally has upper whirlstones on the right and left on the vertical wall side, in order to constrict and thus swirl the flow again to reach.
  • the invention enables a boiler to be operated with fuels of classes 6 and 7 with very high C0 2 and very low CO values far below the Federal Immission Control Ordinance.
  • the invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments with reference to the accompanying drawing; show it:
  • FIG. 1 is a broken perspective view of a boiler with the invention
  • FIG. 5 shows a cross section through the perforated plate according to FIG. 4 along the line A-A
  • Fig. 8 is a vertical section through a boiler in the region of a circulation chamber in a special embodiment.
  • the combustion furnace 1 illustrated in FIG. 1 is a boiler with rear flue gas flues 22 and has a vertically extending filling shaft 2 at the front, which can be filled with solid fuels, in particular with residual wood, chips or the like, from above.
  • the post-combustion chamber 3 is designed in the form of a circulation chamber 22, for example according to FIG. 8, and has secondary air supply openings 4 in the region of its entrance.
  • a further grate in the form of a standing grate 5 is provided, which extends in the vertical direction over the entire width of the boiler, from the manhole grate 6 to the level of the entrance to the afterburning chamber 3, where the secondary is also Air supply openings 4 are in close proximity.
  • the standing grate 5 is constructed from identically designed individual plates which are connected to one another at the same distance to form a slot.
  • Air guide hooks 2 spaced apart from one another in the vertical direction are suspended in the standing grate 5, as is shown in particular in FIG. 2.
  • the air guide hooks 8 each have an upper hook section 9 with an upper head-like projection 12 and a lateral support section 10, both sections 9, 10 being able to engage in a form-fitting manner with corresponding sections of the standing grate 5, as can be seen in particular from FIGS. 2 and 3 can be seen.
  • Each air guide hook 8 can therefore be hooked into the standing grate from above on the filling shaft side and laterally supported at the bottom in an associated vertical slot 7 of the standing grate 5, the lateral support section 10 having a front nose 23 which projects into the associated vertical section.
  • the air guide hook 8 has a lateral bulge 11, which provides an additional swirling of the flue gases during the operation of an incinerator 1.
  • the air guide hooks 8 are hung in front of each vertical slot 7 of the standing grate 5 or, in the case of less fine residual wood, every second vertical slot 7 or third, etc., depending on how great the risk is that the vertical slots 7 can become blocked by the residual wood.
  • each air guide hook 8 also ensures due to its height and width that the secondary air supply openings 4 located behind it are kept free of residual wood which is arranged in the filling shaft 2.
  • the air guide hooks 8 work like glow heads and bring the fuel gas to ignition immediately after the ember stick.
  • the fuel gas can pass through vertical slots 7, bulges 11 and between the upper projections 12 into the entrance of the afterburning chamber 3 without difficulty, from different directions, so that there is a strong swirling at the entrance to the afterburning chamber 3.
  • the strong turbulence is further supported by the secondary air, which is supplied essentially perpendicularly to it, through the supply openings 4, which cannot be blocked by fuel from the filling shaft.
  • the tangential wall section 14 of the afterburning chamber 3, which is designed as a circulation chamber, is constructed, for example, in the manner of FIGS. 4 and 5 as a perforated plate and has a row of tertiary air supply openings 13 which runs parallel to the row of upstream secondary air supply openings 4.
  • the perforated plate is also made of fireproof concrete, fireclay or the like. trained as well the entire circulation chamber par excellence.
  • the establishment of the third-party air supply (tertiary air) provides an additional admixture of air in the combustion chamber at a point at which unburned fuel gases could possibly still exist. These unburned fuel gases are still supplied with preheated air there and are mixed well and burned well.
  • the circulation chamber 22 consists of a front chamber half 23 made of fireclay or the like and an associated rear chamber half 24 made of the same material. Both chamber halves 23 and 24 can be hooked into the boiler body via boiler-attached hooks 27 in such a way that a central "swirl chamber” is created, into which the gases on the underside can flow tangentially to the rear chamber half.
  • a tangential inclined section 28 of a circulation chamber 22 is formed on the upper side, which runs essentially parallel to the lower tangential wall section 14 and allows an S-shaped flow in the edge region of the circulation chamber.
  • the upper inclined section 28 is delimited at the end by a glow head: on the underside by a pre-glow head 26 in an integrated design with the rear chamber half 26 and on the top by a post glow head 25 in an integrated design with the front chamber half 23.
  • the pre-and post-glow heads are thus offset with respect to one another, based on the direction of flow in the inclined section 28.
  • the air guide hooks 8 are suspended directly in the area of the secondary supply openings 4.
  • the swirling in a post-combustion chamber 3 designed as a circulation chamber is optimized by two vortex stones 15 and 16, which are provided at the upper outlet of the post-combustion chamber 3 according to FIG. 1.
  • the two vortex stones 15, 16 are attached to the left and right of the wall in accordance with FIG. 1 in order to constrict the flue gas outlet and thus to re-swirl the flow.
  • the two whirling stones 15 and 16 of FIG. 1 are shown in greater detail in FIGS. 6 and 7 and are essentially the same, but are mirror images of one another. Both pegs 15, 16 have two lower, inclined support surfaces 17, the central section 24 being bent in accordance with the shape of the peg chamber in order to form a closed peg at this upper point.
  • Both vortex stones 15, 16 furthermore have a vertical outer surface 18 which, when the vortex stones are inserted in the combustion chamber, bear tightly against the associated inner wall of the incinerator.
  • Both vortex stones 15, 16 finally have an inclined inner wall 19 which, in the inserted state of the vortex stones in the afterburning chamber 3 after the constriction, provide an expansion of the outlet of the afterburning chamber 3.
  • the right whirling stone 16 which is shown in greater detail in FIG. 7, has an upper central recess 21 which is tapered downward and parallel to the longitudinal extent of the standing grate 5 or the axis of the swirl chamber extends, in a slightly inclined position downwards in the direction of the outlet of the afterburning chamber 3.
  • the central recess 21 is advantageous for an external inspection hole.

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Abstract

Bei einem Verbrennungsofen (1), insbesondere einem Unterbrand-Heizkessel, für zu verbrennende Festbrennstoffe wie Restholz, mit einem Füllschacht (2) und einer nachgeordneten hinteren Nachbrennkammer (3), welche an ihrem füllschachtseitigen unteren Rauchgas-Eingang Sekundärluft-Zuführungsöffnungen (4) aufweist, ist den Sekundärluft-Zuführungsöffnungen (4) ein Stehrost (5) mit eingehängten Luftführungshaken (8) vorgelagert. Hinter den Sekundärluft-Zuführungsöffnungen (4) befinden sich noch in der Nachbrennkammer (3) Tertiärluft-Zuführungsöffnungen (13). Die Nachbrennkammer (3) ist als Zirkulationskammer ausgebildet, weist obere Wirbelsteine (15, 16) wandseitig auf, und besitzt insbesondere ausgangsseitig zumindest einen Vor- oder Nachglühkopf (25 bzw. 26). Im Betrieb ergibt sich eine starke Verwirbelung der Brenngase bei optimaler schadstoffarmer Nachverbrennung.

Description

Verbrennungsofen mit Sekundärluftführung, insbesondere Unterbrand-Heizkessel
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsofen für zu verbren¬ nende Festbrennstoffe, insbesondere Unterbrand-Heizkessel, mit einem Füllschacht und einer nachgeordneten hinteren Nachbrennkammer, welche an ihrem füllschachtseitigen, im unteren Füllschachtbereich gelegenen Rauchgas-Eingang Sekundärluft-Zuführungsöffnungen aufweist.
Es ist bereits bekannt, Verbrennungssyεteme zu verwenden, bei denen die bei der Verbrennung von Festbrennstoffen ent¬ stehenden Rauchgase zusätzlich verbrannt werden, um einen höheren Wirkungsgrad der Brennstoffe zu erzielen. Dies wird einerseits dadurch erreicht, daß die beim Anheizen des Ofens entstehenden Schwelgase zusammen mit überschüssiger Luft aus dem Füllschacht abgesaugt und mit Frischluftgemisch dem Glutbett zur Nachverbrennung zugeführt werden. Zu diesem Zweck ist zwischen dem Füllschacht und dem Isoliermantel des Ofens ein Kanal vorgesehen, der im Bereich seiner Sohle mit einer regulierbaren Frischluftzufuhr in Verbindung steht. Diese Maßnahme reicht für sich allein noch nicht aus, um praktisch alle unverbrannten Anteile der Rauchgase von der Rauchgaskammer und den Rauchgaszügen beispielsweise eines Wärmetauschers fernzuhalten.
Eine Verbesserung des Wirkungsgrades der Brennstoffe wird gemäß DE-PS 35 24 962 auch dadurch erreicht, daß bei einem Verbrennungsofen der eingangs genannten Art die Rauchgase an unterer Stelle aus einem Füllschacht abgezogen und in einer hinteren Nachbrennkammer vollständig verbrannt werden, bevor das Rauchgas beispielsweise zu einer Rauchgaskammer oder zu hinteren Rauchgaszügen eines Heizkessels gelangt. Die Nach¬ brennkammer ist hierbei als sog. Zirkulationskammer ausgebil¬ det und besitzt eine untere tangential in die Zirkulations- kammer einmündende Wand, welche in nächster Nähe zum Füll- schacht Sekundärluft-Zuführungsöffnungen aufweist, um das nachzuverbrennende Rauchgas mit angewärmter Frischluft anzu¬ reichern.
Es hat sich gezeigt, daß durch den Glutstock ungünstige Strö¬ mungsverhältnisse entstehen und es beim Eintritt in den frei¬ en Kanal zur Nachbrennkammer zu einer laminaren Schichtung der Strömung kommen kann, was sich ungünstig auf die Vermi¬ schung der Rauchgase auswirkt. Die Folge ist eine Unregel¬ mäßigkeit der Verbrennung. Auch kann es passieren, daß die Sekundärluft-Zuführungsöffnungen durch nachschiebenden Brenn¬ stoff aus dem Füllschacht im Querschnitt eingeengt oder ein¬ zelne Öffnungen vollständig verstopft werden, was mit einer Verschlechterung des Wirkungsgrades einhergeht.
Aufbauend auf dem vorgenannten Stand der Technik ist es Auf¬ gabe der Erfindung, einen Verbrennungsofen für zu verbrennen¬ de Festbrennstoffe der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher einfach aufgebaut ist und einen sehr hohen Wirkungs¬ grad der Brennstoffe durch Verbrennung praktisch sämtlicher Brennstoff- bzw. Rauchgasbestandteile erzielt.
Gelöst wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs l.
Vorteilhaft weitergebildet wird der Erfindungsgegenstand durch die Merkmale der Unteransprüche 2 bis 28.
Insbesondere ist den Sekundärluft-Zuführungsöffnungen ein Stehrost vorgeordnet, welcher den Festbrennstoff im Eingangs¬ bereich zur Nachbrennkammer zurückhält, und es weist die als Zirkulationskammer ausgebildete Nachbrennkammer ausgangssei¬ tig zumindest einen Vor- oder Nachglühkopf auf. Der Stehrost erstreckt sich im wesentlichen senkrecht zum unteren horizontalen Füllschachtrost bis hin in den Eingangsbereich zur Nachbrennkammer, und zwar über die gesamte Breite des Füllschachtes. Er besitzt vorzugsweise Vertikalschlitze, durch welche zusätzliche Rauchgasanteile dem Eingang der Nachverbrennungskammer zugeführt werden.
Der Stehrost umfaßt insbesondere voneinander beabstandete Luftführungshaken, welche auf der Füllschachtseite des Rostes insbesondere in vertikaler Richtung angeordnet sind. Die Luftführungshaken sind zweckmäßigerweise separate Bau¬ teile, welche in den Stehrost an gewünschter Stelle einge¬ hängt werden können. Die Luftführungshaken sind so ausgebil¬ det, daß sie einerseits die nachgeordneten Sekundärluft- Zuführungsöffnungen in einer Weise schützen, daß diese nicht durch nachschiebenden Brennstoff verstopfen können, so daß das Einströmen der Sekundärluft in kontrollierter Weise bei gleichbleibendem Querschnitt erfolgt. Darüber hinaus sind die Luftführungshaken den Vertikalschlitzen des Stehrostes vorgeordnet, so daß auch diese Schlitze nicht durch Brenn¬ stoff verstopfen können. Durch die erfindungsgemäßen Luftfüh¬ rungshaken werden im Eingangsbereich zur Nachbrennkammer optimale Strömungsverhältnisse, insbesondere eine starke Ver¬ wirbelung der Brenngase, geschaffen. Dadurch können sich die Brenngase mit der Sekundärluft sehr gut vermischen und die unverbrannten Anteile in der Nachbrennkammer praktisch voll¬ ständig nachverbrannt werden. Es hat sich gezeigt, daß die Konstruktion der Luftführungshaken die Verbrennungswerte der Feuerung nachweislich verbessern. Die Haken sind im Schnitt¬ punkt von Glutstock, Sekundärlufteintritt und Nachbrennkam¬ mer angebracht. Die starke Zirkulation sorgt dafür, daß keine "strähnige" Strömung in Richtung Nachbrennkammer er¬ folgt. Bei kurzflammigen und sehr schwierig zu verbrennenden Festbrennstoffen wird durch die Luftführungshaken sehr früh¬ zeitig die Verbrennung eingeleitet. Die wie Glühköpfe arbeitenden Luftführungshaken bringen das Brenngas schon unmittelbar nach dem Glutstock zur Zündung. Damit tragen die Luftführungshaken zur Optimierung der Gemischaufbereitung bei. Durch die Luftführungshaken können selbst schwierige Brennstoffe, z.B. Restholz in Form feingeschnittener Späne, optimal verbrannt werden, ohne daß diese in den Eingang der Nachbrennkammer gelangen. Je nach Brennstoffart können die Luftführungshaken dimensioniert und am Stehrost positioniert werden. Von Vorteil ist ferner, daß die Luftführungshaken, welche Verschleißteile sind, leicht ausgewechselt werden können. Sie sind vornehmlich aus Feuerbeton oder aus vergleichbarem Material.
Durch die Erfindung wird ferner die Brennkammertechnik wei¬ ter verbessert durch die Einrichtung einer Drittluftzugabe (Tertiärluft) . Über Bohrungen in einer Nachbrennkammerwand, welche vorzugsweise eine Lochplatte ist, wird Drittluft den Brenngasen beigemischt. Eventuell an dieser Stelle noch vor¬ handene unverbrannte Brenngase werden mithin ein weiteres Mal mit vorgewärmter Luft versorgt, so daß eine Zündung mög¬ lich wird.
Durch die Erfindung wird die Brennkammertechnik auch verbes¬ sert durch eine besondere Ausgestaltung einer Nachbrennkam¬ mer in Form einer Zirkulationskammer, welche oberseitig ei¬ nen tangentialen Schrägabschnitt vorsieht. Der Schrägab¬ schnitt weist am unteren und/oder am oberen Ende Vor- bzw. Nach-Glühköpfe auf, und es ist die Zirkalationskammer aus Gründen eines einfachen Aufbaus und einer vereinfachten War¬ tung bevorzugt aus zwei Teilen aufgebaut: einer vorderen Kam¬ merhälfte im Bereich des Füllschachtes und einer hinteren Kammerhälfte. Beide Kammerhälften sind lösbar am Ofen- bzw. Kesselkörper befestigt, insbesondere über Einhänghaken. Die Kammerhälften bestehen bevorzugt aus Schamott, feuerfestem Beton oder dergleichen und besitzen eine hohe Standfestig- keit. Die spezifische Form der vorgenannten Zirkulationskam¬ mer ist Resultat empirischer Versuche. Ein Vollverwirbelung der Brenngase findet nur im Bereich des WirbelZentrums der Zirkulationskammer statt. Im Randbereich des "Wirbels" reißt die Strömung im Eingangsbereich des oberen tangentialen Schrägabschnitts der Zirkulationskammer ab und gelangt ohne 360"-Verwirbelung direkt in den Schrägabschnitt. Eine derar¬ tige Kammerdurchstromung im Randbereich der Kammer ist als im wesentlichen S-förmig zu bezeichnen.
Von Vorteil der vorgenannten Ausbildung ist, daß sowohl die Durchmischung als auch die Verweilzeit der Gase und eine weitgehende Oxidation der vorhandenen Verbrennungsgase ge¬ währleistet sind. Die nachgeschalteten Vor- und Nach-Glüh¬ köpfe am Ausgang der Zirkulationskammer ermöglichen durch die zusätzliche Temperaturerhöhung die Restoxidation der noch vorhandenen Sauerstoffatome. Die Stufen innerhalb der Zirkulationskammer mit Vor- und Nach-Glühkopf gewährleisten über die Oxidation des Kohlenstoffes auch, daß die Zwischen¬ reaktionen der Verbrennung wie die heterogene Wassergas-Reak¬ tion mit ihrer Folgereaktion der hydrierenden Vergasung so¬ wie die Rückreaktion ("Boudouard-Effekt") zum größten Teil kompensiert werden können.
Eine Optimierung der Brennverhältnisse in der Nachbrennkam¬ mer wird zusätzlich dadurch erreicht, daß die Nachbrennkam¬ mer, die als Wirbelkammer ausgebildet ist, zusätzlich obere Wirbelsteine rechts und links an der vertikalen Wandseite besitzt, um eine Einschnürung und somit eine nochmalige Ver¬ wirbelung der Strömung zu erreichen.
Durch die Erfindung ist ein Betreiben eines Heizkessels mit Brennstoffen der Klassen 6 und 7 mit sehr hohen C02 und sehr niedrigen CO-Werten weit unter der Bundesimmissionsschutzver- Ordnung möglich. ie Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie¬ len unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher er¬ läutert; es zeigen:
Fig. 1 eine aufgebrochene perspektivische Ansicht eines Heizkessels mit der Erfindung,
Fig. 2 einen in einem Stehrost eingehängten Luftführungs¬ haken,
Fig. 3 den Luftführungshaken gemäß Fig. 2 in einer Stirn¬ ansicht,
Fig. 4 eine Lochplatte für Tertiärluft,
Fig. 5 einen Querschnitt durch die Lochplatte gemäß Fig.4 längs der Linie A-A, und
Fig. 6 und 7 linken bzw. rechten Wirbelstein der Nachbrenn¬ kammer in einer Seitenansicht, Stirnansicht und in Draufsicht, und
Fig. 8 einen Vertikalschnitt durch einen Heizkessel im Bereich einer Zirkulationskammer in besonderer Ausgestaltung.
Der in Fig. l veranschaulichte Verbrennungsofen l ist ein Heizkessel mit hinteren Rauchgaszügen 22 und besitzt vorne einen vertikal sich erstreckenden Füllschacht 2, der mit Festbrennstoffen, insbesondere mit Restholz, Späne od.dgl., von oben befüllt werden kann. Hinter dem Füllschacht 2 befin¬ det sich nach einer Zwischenwand eine Nachbrennkammer 3, welche einen unteren Durchgang zum Füllschacht 2 und einen oberen Ausgang zu den Rauchgaszügen 22 aufweist. Die Nach¬ brennkammer 3 ist in Form einer Zirkulationskammer 22, beispielsweise gemäß Fig. 8, ausgebildet und besitzt im Bereich ihres Einganges Sekundärluft-Zuführungsöffnungen 4.
Neben dem horizontalen Füllschachtrost 6 ist ein weiterer Rost in Form eines Stehrostes 5 vorgesehen, welcher sich in vertikaler Richtung über die gesamte Heizkesselbreite er¬ streckt, und zwar vom Füllschachtrost 6 bis in die Höhe des Eingangs zur Nachbrennkammer 3, wo sich auch die Sekundär¬ luft-Zuführungsöffnungen 4 in dichter Nachbarschaft befin¬ den.
Der Stehrost 5 ist aus gleich ausgebildeten Einzelplatten aufgebaut, welche voneinander in gleichem Abstand schlitzaus¬ bildend miteinander verbunden sind.
In den Stehrost 5 sind in vertikaler Richtung voneinander beabstandete Luftführungshaken 2 eingehängt, wie dies insbe¬ sondere in Fig. 2 gezeigt ist.
Die Luftführungshaken 8 besitzen jeweils einen oberen Haken¬ abschnitt 9 mit einem oberen kopfartigen Vorsprung 12 und einen seitlichen Abstützungsabschnitt 10, wobei beide Ab¬ schnitte 9, 10 formschlüssig mit entsprechenden Abschnitten des Stehrostes 5 eingreifen können, wie dies insbesondere aus den Fig. 2 und 3 zu entnehmen ist. Jeder Luftführungs¬ haken 8 kann mithin von oben auf der Füllschachtseite in den Stehrost eingehängt und unten seitlich in einem zugehörigen Vertikalschlitz 7 des Stehrosts 5 abgestützt werden, wobei der seitliche Abstützungsabschnitt 10 eine vordere Nase 23 besitzt, die in den zugehörigen Vertikalschnitt hineinragt.
Zwischen oberem Hakenabschnitt 9 und unterem seitlichen Abstützungsabschnitt 10 weist der Luftführungshaken 8 eine seitliche Ausbuchtung 11 auf, die für eine zusätzliche Ver¬ wirbelung der Rauchgase im Betrieb eines Verbrennungsofens 1 sorgt.
Die Luftführungshaken 8 werden vor jedem Vertikalschlitz 7 des Stehrosts 5 eingehängt oder bei weniger feinem Restholz bei jedem zweiten Vertikalschlitz 7 oder dritten, etc., je nachdem, wie groß die Gefahr ist, daß die Vertikalschlitze 7 durch das Restholz verstopfen können.
Der obere Vorsprung 12 eines jeden Luftführungshakens 8 sorgt durch seine Höhe und Breitenerstreckung auch dafür, daß die dahintergelegenen Sekundärluft-Zuführungsöffnungen 4 frei von Restholz gehalten werden, welches im Füllschacht 2 angeordnet ist. Im Betrieb arbeiten die Luftführungshaken 8 wie Glühköpfe und bringen das Brenngas schon unmittelbar nach dem Glutstock zur Zündung. Das Brenngas kann anstands¬ los durch Vertikalschlitze 7, Ausbuchtungen 11 und zwischen den oberen Vorsprüngen 12 in den Eingang der Nachbrennkammer 3 gelangen, und zwar aus unterschiedlichen Richtungen, so daß eine starke Verwirbelung schon am Eingang der Nachbrenn¬ kammer 3 gegeben ist. Die starke Verwirbelung wird weiter unterstützt durch die im wesentlichen senkrecht hierzu zuge¬ führte Sekundärluft durch die Zuführungsöffnungen 4, welche nicht durch nachschiebenden Brennstoff aus dem Füllschacht verstopfen können.
Der tangentiale Wandabschnitt 14 der als Zirkulationskammer ausgebildeten Nachbrennkammer 3 ist beispielsweise nach Art der Fig. 4 und 5 als Lochplatte aufgebaut und weist eine Reihe von Tertiärluft-Zuführungsöffnungen 13 auf, welche parallel zu der Reihe der vorgelagerten Sekundärluft-Zufüh¬ rungsöffnungen 4 verläuft. Die Lochplatte ist ebenfalls aus feuerfestem Beton, Schamott od.dgl. ausgebildet, wie auch die gesamte Zirkulationskammer schlechthin. Die Einrichtung der Drittluftzugabe (Tertiärluft) besorgt ein zusätzliches Beimischen von Luft in der Brennkammer an einer Stelle, an der eventuell noch unverbrannte Brenngase existieren könn¬ ten. Diese unverbrannten Brenngase werden dort noch mit vorgewärmter Luft versorgt und dabei gut vermischt und restverbrannt.
Eine besonders gute Durchmischung der Gase und eine hohe Verweilzeit der Gase und eine Restoxidation noch vorhandener Sauerstoffatome ergibt sich bei einer Ausgestaltung einer Nachbrennkammer in Form einer Zirkulationskammer 22 nach Fig. 8.
Die Zirkulationskammer 22 besteht aus einer vorderen Kammer¬ hälfte 23 aus Schamott oder dergleichen und einer zugehöri¬ gen hinteren Kammerhälfte 24 aus gleichem Material. Beide Kammerhälften 23 und 24 sind über kesselbefestigte Einhängha¬ ken 27 dergestalt in den Heizkesselkörper einhängbar, daß eine zentrale "Wirbelkammer" entsteht, in welche unterseitig die Gase tangential zur hinteren Kammerhälfte einströmen kön¬ nen. Darüberhinaus wird oberseitig ein tangentialer Schräg¬ abschnitt 28 einer Zirkulationskammer 22 ausgebildet, wel¬ cher im wesentlichen parallel zum unteren tangentialen Wand¬ abschnitt 14 verläuft und eine S-förmige Durchströmung im Randbereich der Zirkulationskammer erlaubt. Der obere Schräg¬ abschnitt 28 wird endseitig von jeweils einem Glühkopf be¬ grenzt: unterseitig von einem Vor-Glühkopf 26 in integrier¬ ter Ausbildung mit der hinteren Kammerhälfte 26 und obersei¬ tig von einem Nach-Glühkopf 25 in integrierter Ausbildung mit der vorderen Kammerhälfte 23. Vor- und Nach-Glühkopf liegen sich also - bezogen auf die Durchströmungsrichtung im Schrägabschnitt 28 - versetzt gegenüber.
In der Anordnung nach Fig. 8 ist der Stehrost 8 mit dem tan- gentialen Wandabschnitt 14 einstückig ausgebildet. Die Luft- führungshaken 8 sind unmittelbar im Bereich der Sekundär-Zu¬ führungsöffnungen 4 eingehängt.
Die Verwirbelung in einer als Zirkulationskammer ausgebilde¬ ten Nachbrennkammer 3 wird durch zwei Wirbelsteine 15 und 16 optimiert, welche am oberen Ausgang der Nachbrennkammer 3 gemäß Fig. 1 vorgesehen sind. Die beiden Wirbelsteine 15, 16 werden gemäß Fig.l links und rechts wandseitig angebracht, um eine Einschnürung des Rauchgasausgangs und somit eine nochmalige Verwirbelung der Strömung zu erreichen.
Die beiden Wirbelsteine 15 und 16 der Fig. l sind in größe¬ rer Einzelheit in den Fig. 6 und 7 dargestellt und sind im wesentlichen gleich, jedoch spiegelbildlich zueinander ausge¬ bildet. Beide Wirbelsteine 15, 16 weisen zwei untere schräge Auflageflächen 17 auf, wobei der Mittelabschnitt 24 entspre¬ chend der Form der Wirbelkammer gebogen ist, um an dieser oberen Stelle einen geschlossen Wirbel auszubilden.
Beide Wirbelsteine 15, 16 weisen ferner eine vertikale Außen¬ fläche 18 auf, welche im eingesetzten Zustand der Wirbelstei¬ ne in der Brennkammer dicht an der zugehörigen Innenwand des Verbrennungsofens anliegen.
Beide Wirbelsteine 15, 16 weisen schließlich eine schräge Innenwand 19 auf, die im eingesetzten Zustand der Wirbelstei¬ ne in der Nachbrennkammer 3 nach der Einschnürung eine Erwei¬ terung des Ausgangs der Nachbrennkammer 3 besorgen.
Einer der beiden Wirbelsteine, im Ausführungsbeispiel der Fig.l der rechte Wirbelstein 16, welcher in größerer Einzel¬ heit in der Fig. 7 gezeigt ist, weist eine obere zentrale Aussparung 21 auf, welche nach unten verjüngt ausgebildet ist und parallel zur Längεerstreckung des Stehrostes 5 bzw. der Achse der Wirbelkammer sich erstreckt, und zwar in geringfügiger Schräglage nach unten in Richtung des Ausgangs der Nachbrennkammer 3.
Die zentrale Aussparung 21 ist für ein externes Schauloch vorteilhaft.
Es sei angemerkt, daß in den Unteransprüchen enthaltene selbständig schutzfähige Merkmale trotz der vorgenommenen formalen Rückbeziehung auf den Hauptanspruch entsprechenden eigenständigen Schutz haben sollen. Im übrigen fallen sämt¬ liche in den gesamten Anmeldungsunterlagen enthaltenen er¬ finderischen Merkmale in den Schutzumfang der Erfindung.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verbrennungsofen für zu verbrennende Festbrennstoffe, mit einem vorderen Füllschacht (2) und einer nachgeordne¬ ten hinteren Nachbrennkammer (3) , welche an ihrem füll- schachtseitigen, im unteren Füllschachtbereich gelegenen Rauchgas-Eingang Sekundärluft-Zuführungsöffnungen (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß den Sekundärluft-Zuführungsöffnungen (4) ein den Festbrennstoff zurückhaltender Stehrost (5) vorgeordnet ist und die als Zirkulationskammer ausgebildete Nach¬ brennkammer ausgangsseitig zumindest einen Vor- oder Nachglühkopf (25 bzw. 26) aufweist.
2. Verbrennungsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stehrost (5) am unteren Wandabschnitt des Füll- schachts (2) angeordnet ist, welcher zwischen Nachbrenn¬ kammer-Eingang und Füllschachtrost (6) gelegen ist.
3. Verbrennungsofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stehrost (5) Vertikalschlitze (7) aufweist.
4. Verbrennungsofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stehrost (5) aus im wesentlichen gleichen, von¬ einander beabstandeten Vertikalplatten aufgebaut ist.
5. Verbrennungsofen nach einem der Ansprüche l bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stehrost (5) auf der Füllschachtseite vonein¬ ander beabstandete Luftführungshaken (8) besitzt.
6. Verbrennungsofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftführungshaken (8) separate Teile sind, welche am Stehrost (5) einhängbar und im wesentlichen in vertikaler Anordnung am Stehrost positionierbar sind.
7. Verbrennungsofen nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftführungshaken (8) gleich aufgebaut sind.
8. Verbrennungsofen nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftführungshaken (8) einen oberen Haken- abschnitt (9) und einen unteren seitlichen Abstützungs¬ abschnitt (10) besitzen, wobei zumindest der obere Haken¬ abschnitt formschlüssig mit einem entsprechenden Steh¬ rostabschnitt in Eingriff bringbar ist.
9. Verbrennungsofen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen oberem Hakenabschnitt (9) und unterem Abstützungsabschnitt (10) eine Ausbuchtung (11) ausge¬ bildet ist.
10. Verbrennungsofen nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftführungshaken (8) obere Vorsprünge (12) besitzen, welche den Rauchgaseingang zur Nachbrennkammer (3) hin örtlich verengen.
11. Verbrennungsofen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlich voneinander beabstandeten oberen Vor¬ sprünge (12) sich praktisch über die gesamte Höhe des Rauchgaseingangs erstrecken.
12. Verbrennungsofen nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftführungshaken (8) und/oder der Stehrost aus Schamott oder hochfeuerfestem Beton gebildet sind.
13. Verbrennungsofen nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftführungshaken (8) Glühköpfe sind.
14. Verbrennungsofen nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß den Sekundärluft-Zuführungsöffnungen (4) Tertiär¬ luft-Zuführungsöffnungen (13) nachgeordnet sind.
15. Verbrennungsofen nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärluft-Zuführungsöffnungen (4) und die Tertiärluft-Zuführungsöffnungen (13) auf einem geraden tangentialen Wandabschnitt (14) der Nachbrennkammer (3) ausgebildet sind.
16. Verbrennungsofen nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Sekundärluft-Zuführungsöffnungen (4) gleich der Anzahl der Tertiärluft-Zuführungsöffnungen (13) ist.
17. Verbrennungsofen nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärluft-Zuführungsöffnungen (4) und die Tertiärluft-Zuführungsöffnungen (13) gleiche Eintritts¬ richtung besitzen.
18. Verbrennungsofen nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärluft-Zuführungsöffnungen (4) bezüglich der Tertiärluft-Zuführungsöffnungen (13) - gesehen in
Stehrost-Längsrichtung - mittig zueinander versetzt sind.
19. Verbrennungsofen nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die als Zirkulationskammer (22) ausgebildete Nach¬ brennkammer ausgangsseitig einen tangentialen Schräg¬ abschnitt (28) besitzt, welcher zumindest mit einem Vor¬ oder Nach-Glühkopf (25 bzw. 26) ausgebildet ist.
20. Verbrennungsofen nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Zirkulationskammer (22) eine vordere Kammerhälf¬ te (23) und eine hintere Kammerhälfte (24) aufweist, wobei die hintere Kammerhälfte (24) im Bereich des unteren Endes des Schrägabschnitts (28) einen hinteren Vor-Glühkopf (26) und die vordere Kammerhälfte (23) im Bereich des oberen Endes des Schrägabschnitts (28) einen vorderen Nach-Glühkopf (25) besitzt.
21. Verbrennungsofen nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere und die hintere Kammerhälfte (23, 24) lösbar am Ofen- bzw. Kesselkörper befestigbar sind, ins¬ besondere in Einhänghaken (27) des Ofen- bzw. Kesselkör¬ pers eingehängt werden können.
22. Verbrennungsofen nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die als Zirkulationskammer ausgebildete Nachbrennkam¬ mer (3) ausgangsseitig zwei Wirbelsteine (15, 16) auf¬ weist, welche im seitlichen Wandbereich ausgangsseitig geschlossene Wirbelabschnitte und einen zentralen einge¬ schränkten Rauchgasauslaß ausbilden.
23. Verbrennungsofen nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelsteine (15, 16) aus Schamott oder aus hochfeuerfestem Beton ausgebildet sind.
24. Verbrennungsofen nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelsteine (15, 16) schräge untere Auflage¬ flächen (17) besitzen.
25. Verbrennungsofen nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelsteine (15, 16) eine vertikale Außenfläche (18) und eine schräge Innenfläche (19) besitzen, wobei die untere Dicke (D) der Wirbelsteine (15, 16) größer als die obere Dicke (d) ist.
26. Verbrennungsofen nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelsteine (15, 16) eine obere Horizontal¬ fläche (20) besitzen.
27. Verbrennungsofen nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Horizontalfläche (20) eine zentrale Ausspa¬ rung (21) aufweist.
28. Verbrennungsofen nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Aussparung (21) nach unten konisch ver¬ jüngt ausgebildet ist und in Richtung des eingeschränk¬ ten Rauchgasanschlusses schräg nach unten verläuft.
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