DE2534092A1 - Liegender kessel fuer feste brennstoffe - Google Patents

Description

• "Liegender Kessel für feste Brennstoffe" Die Erfindung betrifft einen liegenden Kessel zum Erwärmen von im Betrieb nicht siedender Wärmeübertragungsflüssigkeit, insbesondere derartigem Ö1, in Zwangs umlauf mit einem durch eine Drosselverengung quer in einen Hauptbrennraum und einen Nachbrennraum geteilten langgestreckten Gehäuse, mit einer Vorrichtung zum fortlaufenden Einblasen von im Luftstrom transportierbarem Festbrennstoff an einer Stirnseite, welche außerdem einen Brenner für flüssige oder gasförmige Brennstoffe zur Erzeugung einer Stütz- und Halteflamme trägt, mit einer die Umfangswand des an diese Stirnseite anschließenden den Hauptbrennraum bildenden Kesselabteils auskleidenden und kühlenden Rohrschlangenwendel, die von der Flüssigkeit durchströmt wird, mit einem Rost im Hauptbrennraum, auf welchem gröbere Bestandteile des Brennstoffs ausbrennen sollen, mit einer oder mehreren Rohrschlangenwendeln im Nachbrennraum und mit einem den Nachbrennraum nachgeschalteten Saugzuggebläse.
• Der Kessel weist vorzugsweise zusätzliche Sicherheitseinrichtungen auf, welche gewährleisten, daß beim Ausfall des Zwangsumlaufs der Wärmeträgerflüssigkeit, also normalerweise beim Ausfall der hierfür vorgesehenen Pumpe, die weitere Verbrennung unterbrochen wird, was beispielsweise durch Unterbrechen des weiteren Einblasens von Brennstoff, gegebenenfalls vorhandener Verbrennungsluftgebläse und des Saugzuggebläses erfolgen kann. Derartige Sicherheitseinrichtungen sind jedoch nicht Gegenstand der Erfindung und daher hier nicht näher erläutert.
• Der im Luftstrom transportierbare Festbrennstoff kann beispielsweise von Holzmehl, Sägespänen, genügend feinem Häcksel und was dergleicheh mehr ist gebildet sein. Er kann auch größere Bestandteile enthalten. Die Maximalgröße von Grobanteilen ist dadurch bestimmt, daß diese auch noch einwandfrei vom Luftstrom transportierbar und in den Hauptverbrennungsraum einblasbar sein müssen. Wenn der Festbrennstoff, wie dies bevorzugt wird, von Holz- und Pflanzenabfällen der oben beispielsweise erwähnten Art gebildet wird, so soll er ausreichend trocken sein, damit nicht ein zu großer Anteil der in ihm enthaltenen Verbrennungswärme zum Verdampfen des Wassergehalts des Brennstoffs verwendet werden muß. Bei zu feuchtem Brennstoff können bei Kesseln der durch die Erfindung verbesserten Art Schwierigkeiten auftreten, es sei denn, der Brennstoff ist genügend kalorienreich oder aber er wird mit zusätzlichem flüssigem oder gasförmigem Brennstoff zusammen verbrannt.
• Festbrennstoff-Feuerungen bedürfen normalerweise einer Schamottsteinausmauerung. In diesem Falle muß mit hohem Luftüberschuß gefahren werden, damit die Flamme nicht so heiR wird, daß sie die Ausmauerung relativ schnell zerstört. Um diese Schwierigkeit zu beseitigen, hat man schon Kessel der durch die Erfindung verbesserten Art mit einer Rohrschlangenwendel ausgekleidet, welche dicht gewickelt war, so daß die gesamte Umfangswandung der Hauptbrennkammer durch die in dieser Rohrwendel zirkulierende Wärmeübertragungsflüssigkeit gekühlt wird. Hiermit lassen sich gute Ergebnisse erzielen. Der Nachteil eines derartigen Kessels liegt jedoch darin, daß der Brennstoff keine größeren Teilchen enthalten darf. Diese brennen dann nämlich nicht mehr im Fluge aus, sondern fallen zu Boden, wo sie unverbrannt liegen bleiben. Dieses Problem läßt sich auch nicht durch den Einbau eines Rostes im Hauptbrennraum vermeiden, da größere Teilchen (normalerweise größer als 0,5 mm) dann auf dem Rost liegen bleiben und ebenfalls kein 100 %-iger Ausbrand erreicht wird. Darüber hinaus sind diese Roststäbe ungekühlt und verbrennen mit der Zeit.
• Die Erfindung verbessert den Kessel der eingangs umrissenen Art dahingehend, daß ein praktisch 100 %-iger Ausbrand erfolgt, daß die Gefahr eines Verbrennens von Roststäben beseitigt wird und daß schließlich höhere Flammentemperaturen durch geringeren Luftüberschuß ermöglicht werden, wodurch der Wirkungsgrad des Kessels wesentlich erhöht wird.
• Das wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Rohrschlangenwendel im Hauptbrennraum mit Abstand gewickelt ist, daß die so gebildeten Spalte zwischen den einzelnen Windungen der Wendel oben und an den Seiten geschlossen sind, während sie unten offen sind und die Rohrschlangenwendel hier den Rost bildet, daß unterhalb der Wendel ein Aschenraum vorgesehen ist, und daß der Aschenraum einen Sekundärlufteinlaß besitzt. Durch eine derartige Ausbildung sind die Wände des Hauptbrennraumes oben und an den Seiten gegen Überhitzung durch die strömende Wärmeträgerflüssigkeit geschützt. Hier sind daher Ausmauerungen oder dergleichen nicht mehr erforderlich. Hier genügt beispielsweise eine Isolierpackung aus Steinwolle. Die Roststäbe selbst sind ebenfalls gegen über hitzung geschützt, da sie von der Wärmeträgerflüssigkeit durchströmt werden und darüber hinaus durch die von unten zuströmende Sekundärluft weiter gekühlt werden. Diese Sekundärluft bringt den weiteren Vorteil mit sich, daß sie eventuell auf den Rost niedergefallenen größeren Teilen des zumindest überwiegend im Fluge verbrennenden Brennstoffes den erforderlichen Verbrennungssauerstoff zuführen und diese Teile je nach ihrer Größe mehr oder wenIger nach oben in den Bereich der Flamme mitnehmen. Der Sekundärlufteinlaß wird am einfachsten von einer in der den Brenner tragenden Stirnseite vorgesehenen Aschenklappe unterhalb des Rostes gebildet, welche je nach dem Sekundärluftbedarf mehr oder weniger geöffnet werden kann. Das Saugzuggebläse, das dem Kessel nachgeschaltet ist, sorgt dafür, daß hier Sekundärluft in ausreichendem Maße eintreten kann, da im Kessel mit Unterdruck gefahren wird. Dem Grunde nach kann die Rohrschlangenwendel in dem Bereich, in welchem sie die Roststäbe bildet, eben verlaufen. Da dies jedoch herstellungsmäßig relativ aufwendig ist, verläuft die Rollrschlange auch im Hauptbrennraum ebenso wie im Nachbrennraum bevorzugt längs einer Schraubenlinie, also längs einer auf einer Kreiszylinderfläche gleichmäßig ansteigenden Linie.
• Dem Grunde nach kann der praktisch durch die ihn innen auskleidende wendel begrenzte Hauptbrennraum seitlich gegen den Nachbrennraum versetzt sein, also beispielsweise tiefer angeordnet sein als letzterer. Aus konstruktiven Gründen und der Einfachheit des Aufbaus wegen wird es jedoch bevorzugt, daR beide Brennräume koaxial in einer Flucht verlaufen. In diesem Falle erstreckt sich der Aschenraum unterhalb des von einem Teil der Wendel im Hauptbrennraum gebildeten Rostes tiefer als die übrigen Teile des Kessels.
• Der Brenner für die Stütz- und Halteflamme ist vorzugsweise zentral in seiner Stirnwand angeordnet. Seine Düse ist vorzugsweise von einem Mantel umgeben, durch welchen die von einem Gebläse gelieferte Verbrennungsluft für die Brennerflamme koaxial mit letzterer zuströmt. Diesen Mantel umgebend ist vorteilhaft wiederum ein Spiraleinlaßkanal für Sekundärverbrennungsluft vorgesehen, die spiralig wirbelnd axial in den Hauptverbrennungsraum einströmt. Der Spiraleinlaßkanal bildet vorteilhaft zugleich den Brennstoffeintrittskanal. Bei der Erfindung wird die Drossel vorzugsweise von einer dicht gewickelten, von der Flüssigkeit durchströmten, in der Mitte offenen Rohrschlangenspirale gebildet, die den Hauptverbrennungsraum vom Nachbrennraum trennt. Auf diese Weise ist auch die Drossel gekühlt und die Gefahr einer Überhitzung derselben, die bei der Herstellung aus feuerfestem Material auftreten könnte, ist vermieden.
• Die Spalte zwischen den einzelnen Windungen der Wendel im Hauptbrennraum können beispielsweise dadurch verschlossen sein, daß die Wendel mit einer ausreichend feuerfesten Blechauskleidung hinterlegt ist. Bevorzugt sind sie jedoch durch eingeschweißte Stahlstreifen verschlossen, welche jeweils zu beiden Seiten an das entsprechende Rohrstück der Wendel angeschweißt sind. Die Breite der verschlossenen Spalte und damit auch der Rostspalte beträgt vorzugsweise etwa 1) - 20 mm.
• Eine andere Möglichkeit, die Spalte zwischen den Windungen der Wendel an den Seiten und an der Oberseite des Hauptbrennraumes zu verschließen, besteht beispielsweise darin, daß dort das die Wendel bildende Rohr derart oval gedrückt ist, daß die größte Erstreckung des Rohrquerschnitts in den oberen und seitlichen Bereichen der Rohrwendel in Längsrichtung des Kessels liegt, während sie dort, wo die Wendel den Rost bildet, senkrecht zur Längsrichtung des Kessels liegt.
• Wenn der zu verfeuernde Brennstoff einen relativ großen Anteil an größeren Partikeln enthält, wird deren Verbrennung vorzugsweise dadurch gefördert, daß der Rost an seiner Oberseite mit Platten aus feuerfestem mineralischem Material, wie z.B. Schamott, abgedeckt wird, die jeweils zwischen sich Spalte für den Sekundärluftdurchtritt frei lassen.
• Verwendet man hierfür ebene Platten, so liegen diese wegen der Wölbung des Rostes an jedem Rohr praktisch nur punktförmig auf, so daß diese Platten sehr heiß werden können, ohne dem gekühlten Rohrschlangenrost örtlich unzulässig viel Wärme zuzuführen. Die heißen Platten haben jedoch den Vorteil, daß sie auf sie auffallendes nicht oder nur zum Teil verbranntes Material durch Strahlungswärmezuführung schnell zum vollständigen Verbrennen bringen. Die Spalte zwischen den einzelnen Platten können beispielsweise durch entsprechende Rippen an den Kanten der Platten gewährleistet sein. Äquivalente Ausführungen zur Verlegung der Platten mit Luftdurchtrittsspalten sind beispielsweise die Ausführung der Platten als geschlitzte Platten oder als Lochplatten. Auch können die Umrißformen der Platten, die normalerweise rechteckig sind, so gewählt werden, daß sie entsprechende Luftdurchtrittskanäle frei lassen. Das ist beispielsweise bei kreisrunden Platten der Fall.
• Nachfolgend ist die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnungen als erläuterndes Beispiel beschrieben.
• Fig. 1 zeigt schematisch einen Vertikallängsschnitt durch einen Kessel gemäß der Erfindung, wobei jedoch der Übersichtlichkeit halber von den Rohrwendeln lediglich die Schnittflächen gezeigt sind.
• Fig. 2 zeigt die Ansicht von links auf Fig. 1.
• Der Kessel gemäß der Erfindung besitzt einen äußeren Kesselmantel 1, der außen einen Blechmantel besitzt und innen mit Steinwolle gefüllt ist. Im in Fig. 1 links gezeigten Hauptverbrennungsteil des Kessels reicht die Steinwollfüllung des Mantels bis zur den Hauptbrennraum auskleidenden Rohrschlangenwendel 3, welche die Achse 4 des Kessels konzentrisch umgibt. Im rechts gezeigten Nachbrennabteil ist die Steinwollisolierung durch einen weiteren inneren Mantel 8 nach innen begrenzt. Die Steinwollisolierung erstreckt sich auch über die linke Stirnwand 5 des Kessels, während die rechte Stirnwand 6 des Kessels von einem abnehmbaren Ilohlblechdeckel gebildet ist, der ebenfalls mit Steinwolle gefüllt ist. Der Kessel kann bei größeren Ausführungen aus zwei Teilen zusammengesetzt sein, die längs der Ebene 7 in geeigneter Weise miteinander verbunden, beispielsweise zusammengelanscht sind. Der den Hauptbrennraum umgebende Teil des Kessels ruht auf dem Aschenraum 9, während der den Nachbrennraum umgebende Kesselteil auf Füßen 10 abgestützt ist.
• Die linke Stirnwand 5 des Kessels trägt zentral eine Brenneranordnung 11, welche eine Stütz- und Halteflamme liefert.
• Die Brennstoffeinspritzdüse des Brenners 11 sowie die Luftzuführung für die Brennerflamme sind von einem Zylindermantel 12 umgeben, welcher bis über die Mitte der Wand 5 hinaus in eine Ausmauerung aus feuerfester Stampfmasse 13 in der linken Stirnwand ragt. Den Mantel 12 umgebend ist ein Ringraum in der Stirnwand 5 und der Ausmauerung 13 vorgesehen.
• Diesem Ringraum kann durch den Stutzen 14 das Brennmaterial beispielsweise in Form von Holzstaub oder Holzspänen mittels eines das Brennmaterial tragenden Luftstromes zugeführt werden. Dieser Luftstrom rotiert dann um den Mantel 12 und bewegt sich gleichzeitig in Axialrichtung in das Innere des Hauptbrennraumes 16. Hierbei wird das vom Luftstrom getragene Brennmaterial durch die Kante 17 nach innen auf die Flamme des Stütz- und Haltebrenners zu abgelenkt. Dem Ringraum 18, durch den auch das Brennmaterial zugeführt wird, kann ferner über einen Stutzen 20 Sekundärverbrennungsluft zugeführt werden.
• Durch die Stirnwand 5 und die Ausmauerung 13 erstreckt sich ferner eine Sichtöffnung 21 mit einer Sichtklappe 22. Der Hauptbrennraum 16 ist von der auf Abstand gewickelten Rohrschlangenwendel 3 umgeben. In den oberen und seitlichen Bereichen sind die einzelnen Gänge dieser Rohrwindung durch zwischengeschweißte Vierkanteisenstäbe vom Format von beispielsweise 15 x 5 mm zu einem starren Mantel miteinander verbunden. Im unteren Bereich, also im in Fig. 2 angedeuteten unteren Winkelbereich von etwa 900, sind die Spalte zwischen den einzelnen Rohren der Wendel 3, wie aus der Zeichnung ersichtlich, offen. Da der Kessel mit einem nicht gezeichneten Saugzuggebläse betrieben wird, arbeitet er mit Unterdruck, so daß zwischen den Spalten zwischen den einzelnen Gängen der Rohrwendel 3 im unteren Bereich hindurch Sekundärluft aus dem Aschenraum 9 angesaugt werden kann, dem diese Luft wiederum durch mehr oder weniger weites Offnen der Aschenklappe 24 zuströmen kann. In der Zeichnung ist der Rostbereich der Rohrschlangenwendel 3 mit Schamottsteinen 26 von geringem Wärmeinhalt ausgelegt. Diese Steine sind so geformt und angeordnet, daß sie zwischen sich Spalte frei lassen, durch welche die Sekundärverbrennungsluft nach oben strömen und auf den heißen Steinen liegendes Brennmaterial verbrennen und nach oben in den auptrauchgasstrom hineinwirbeln kann.
• Abgesehen von der Klappe 24 und den Spalten zwischen den Stäben der Rohrschlangenwendel 3 ist der Aschenraum 9 allseitig, wie auch durch die Wand 27 angedeutet, abgeschlossen.
• Rechts vom Hauptbrennraum 16 erstreckt sich der Nachbrennraum 30, welchem die brennenden Rauchgase durch eine zentrale öffnung 31 in der Drosselwand 32 zuströmen. Die Drosselwand 32 besteht aus einer dicht gewickelten, von der zu erwärmenden Flüssigkeit durchströmten Rohrschlangenspirale.
• Sie gewährleistet durch ihren Drosseleffekt eine sehr gute Durchwirbelung der ausgebrannten und noch ausbrennenden Rauchgase, so daß im Nachbrennraum 30 der Brennstoff praktisch vollständig verbrannt wird. Der Brennraum 30 ist von einem dicht gewickelten Rohrschlangenzylinder 35 umgeben, welcher die strömenden Rauchgase bis kurz vor die rechte Stirnabschlußplatte 6 des Kesselgehäuses führt. Dort werden die Rauchgase umgelenkt, so daß sie auf der Außenseite des Rohrschlangenzylinders 35 zurückströmen, bis sie durch öffnungen des nahe der Drosselwand 32 mit Abstand, im übrigen aber ohne Abstand gewickelten äußeren Rohrschlangenzybinders 36 radial nach außen und dann auf der Außenseite des Rohrschlangenzylinders 36 wieder nach rechts strömen, wo sie durch den Rauchgasabzug 40 austreten. Letzterem ist das erwähnte nicht dargestellte Saugzuggebläse nachgeschaltet.
• Bei der beschriebenen Konstruktion können durch die von unten zuströmende Sekundärluft und falls erforderlich auch durch die von der Schamottsteinauflage 26 ausgehende Wärmestrahlung auch relativ grobe Bestandteile des Brennstoffes einwandfrei im Hauptverbrennungsraum verbrannt werden oder wenigstens auf eine so geringe Größe herab verbrennen, daß sie im Nachbrennraum 30 restlos verbrennen.
• Die Konstruktion gemäß Erfindung vereinigt also die Vorteile der bisher üblichen Anordnungen mit gesonderten mit Schamott ausgemauertem Hauptbrennraum mit den Vorteilen der Konstruktion mit durch von der Wärmeträgerflüssigkeit durchströmte Rohre gekühltem Hauptbrennraum.
• Patentansprüche:

Claims (5)

1. Patentansprüche: 1. Liegender Kessel zum Erwärmen von im Betrieb nicht siedender Wärmeübertragungsflüssigkeit, insbesondere derartigem öl, im Zwangsumlauf mit einem durch eine Drosselverengung quer in einen Hauptbrennraum und einen Nachbrennraum geteilten langgestreckten Gehäuse, mit einer Vorrichtung zum fortlaufenden Einblasen von im Luftstrom transportierbarem Festbrennstoff an einer Stirnseite, welche ausserdem einen Brenner für flüssigen oder gasförmigen Brennstoff zur Erzeugung einer Stütz- und Halteflamme trägt, mit einer die Umfangswand des an diese Stirnseite anschliessenden den Hauptbrennraum bildenden Kesselabteils auskleidenden und kühlenden Rohrschlangenwendel, die von der Flüssigkeit durchströmt wird, mit einem Rost im Hauptbrennraum, auf welchem größere Bestandteile des Brennstoffs ausbrennen sollen, mit einer oder mehreren Rohrschlangenwendeln im Nachbrennraum und mit einem dem Nachbrennraum nachgeschalteten Saugzuggebläse, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrschlangenwendel im Hauptbrennraum mit Abstand gewickelt ist, daß die so gebildeten Spalte zwischen den einzelnen Windungen der Wendel oben und an den Seiten verschlossen sind, während sie unten offen sind und die Rohrschlangenwendel hier den Rost bildet, daß unterhalb der Wendel ein Aschenraum vorgesehen ist, und daß der Aschenraum einen Sekundärlufteinlaß besitzt.
2. 2. Kessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel von einer dicht gewickelten von der Flüssigkeit durchströmten in der Mitte offenen Rohrschlangenspirale gebildet ist.
3. 3. Kessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spalte zwischen den einzelnen Windungen der Wendel im Hauptbrennraum durch eingeschweißte Stahlstreifen verschlossen sind.
4. 4. Kessel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rost oben mit Platten aus feuerfestem mineralischem Material abgedeckt ist, die jeweils zwischen sich Spalte für den Sekundärluftdurchtritt frei lassen.
5. 5. Kessel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendel im Hauptbrennraum in axialer Verlängerung der bzw. einer der Wendeln im Nachbrennraum angeordnet ist.