DE3737661A1 - Heizungskessel mit zwangsweiser zufuhr der verbrennungsluft - Google Patents

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.