AT512337A2

AT512337A2 - boiler

Info

Publication number: AT512337A2
Application number: AT12912012A
Authority: AT
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2013-07-15
Also published as: DE102011122008A1; AT512337A3; AT512337B1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Heizkessel zur Verbrennung von festen Brennstoffen, mit einem Heizmedium führenden Kesselkörper (1), einem Füllraum (2) für Brennstoff mit einer oberen oder seitlichen Befüllöffnung (3), einem Brennrost (4) mit einem darunter angeordnetem Aschekasten (5), einer Primärluftzuführung im Bereich des Füllraumes, einer Verbrennungsgasaustrittsöffnung(6) in eine nachgeschaltete Wirbelkammer (7) sowie mit einem sich anschließenden Wärmetauscher für das Heizgas, wobei in die Wirbelkammer (7) in der Nähe einer Stirnseite von außen her Verbrennungsgase und/oder Sekundärluft eintreten. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Verbrennungsqualität von Heizkesseln und Öfen zur Verbrennung von festen Brennstoffen, insbesondere Biomasse, zu optimieren. Erfindungsgemäß umfasst die Wirbelkammer (7) einen ersten hohlzylindrischen Bereich (7a) und einen damit über einen Querschnittssprung (8) gekoppelten zweiten Bereich (7b) in der Form eines rotationssymmetrischen Hohlkörpers mit einer stirnseitigen Ausmündung (9) für die Verbrennungsgase.The invention relates to a boiler for combustion of solid fuels, comprising a boiler body (1) carrying a heating medium, a filling chamber (2) for fuel with an upper or lateral filling opening (3), a grate (4) with an ash box (5) arranged underneath. , a primary air feed in the region of the filling chamber, a combustion gas outlet opening (6) in a downstream vortex chamber (7) and with a subsequent heat exchanger for the heating gas, wherein in the vortex chamber (7) in the vicinity of a front side from the outside combustion gases and / or secondary air enter. The invention is based on the object to optimize the quality of combustion of boilers and furnaces for the combustion of solid fuels, especially biomass. According to the invention, the vortex chamber (7) comprises a first hollow-cylindrical region (7a) and a second region (7b) coupled thereto via a cross-sectional jump (8) in the form of a rotationally symmetrical hollow body with an end-side orifice (9) for the combustion gases.

Description

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BESCHREIBUNGDESCRIPTION

Heizkessel 5 Die Erfindung betrifft einen Heizkessel zur Verbrennung von festen Brennstoffen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a heating boiler for burning solid fuels, according to the preamble of claim 1.

Bei einer Verbrennung von Brennstoff in einer Verbrennungseinrichtung werden unter anderem gasförmige und/oder staubförmige, organische oder anorganische Komponenten 10 (mineralische Aerosole) aus dem Brennstoff freigesetzt, die gemeinsam mit Verbrennungsabgas einen Verbrennungsgasstrom bilden. Die Verbrennung von Biomasse ist diesbezüglich besonders kritisch.In a combustion of fuel in a combustion device, among other gaseous and / or dust-like, organic or inorganic components 10 (mineral aerosols) are released from the fuel, which together with combustion exhaust gas form a combustion gas stream. The combustion of biomass is particularly critical in this regard.

Biomasseverbrennungseinrichtungen weisen deshalb meist eine Primärbrennkammer und 15 eine Sekundärbrennkammer auf. Die Primärbrennkammer wird bei der Scheitholzverbrennung auch Füllraum genannt. In die Primärbrennkammer wird Biomasse, z. B. Pellets, Scheitholz oder andere Feststoffe, sowie Primärluft eingebracht und wenigstens beim Verbrennungsstart erfolgt eine Zündung. Schließlich erfolgt eine thermochemische Umsetzung der Biomasse in die wesentlichen Verbrennungsprodukte C02 und H20 in drei Verbren-20 nungsphasen mit zunehmendem Oxidationsgrad. Zunächst wird die Biomasse aufgeheizt und getrocknet. In Phase zwei erfolgt die pyrolytische Zersetzung und anschließend kommt es zur Vergasung. Vor allem bei einem Verbrennungsstart und einem Stopp der Verbrennung (Brennerstart, Brennerstopp) werden bei der Biomasseverbrennung sehr viele anorganische Partikel freigesetzt, so zum Beispiel K20, CaO, K2S04, K2C03. Diese 25 schaden der Umwelt. Aber auch während einer länger andauernden Verbrennung ist der Anteil anorganischer Partikel in einem aus der Primärbrennkammer austretenden Verbrennungsgasstrom höher als bei einer Gas- oder Olverbrennung.Biomass combustion devices therefore usually have a primary combustion chamber and a secondary combustion chamber. The primary combustion chamber is also called filling space during log burning. In the primary combustion chamber biomass, z. As pellets, logs or other solids, as well as primary air introduced and at least the combustion start is an ignition. Finally, a thermochemical conversion of the biomass into the essential combustion products CO 2 and H 2 O takes place in three combustion phases with increasing degree of oxidation. First, the biomass is heated and dried. In phase two, the pyrolytic decomposition and then it comes to gasification. Especially during a combustion start and a stop of combustion (burner start, burner stop) are released in the biomass combustion very many inorganic particles, such as K20, CaO, K2S04, K2C03. These 25 harm the environment. But even during a prolonged combustion, the proportion of inorganic particles in a combustion gas stream emerging from the primary combustion chamber is higher than in the case of gas or oil combustion.

Zur Reinigung des Verbrennungsgasstroms kommen deshalb unter anderem Sekundär-30 brennkammern zum Einsatz, um eine vierte Verbrennungsphase durchzuführen. Diese umfasst eine abschließende homogene Gasphasenoxidation. Der aus der Primärbrennkammer austretende heiße Verbrennungsgasstrom wird hierfür in die Sekundärbrennkammer eingeleitet. Zusätzlich wird der Sekundärbrennkammer Sekundärluft zugeführt, um den Verbrennungsgasstrom nachzuverbrennen und so die Partikelanzahl im Verbren-35 nungsgasstrom zu verringern. Eine Zündung ist üblicherweise nicht notwendig, da der Verbrennungsgasstrom so heiß ist, dass sich dieser bei einer Zuführung von Sauerstoff selbst entzündet. Um eine gute Nachverbrennung zu erreichen, ist es notwendig, die Luft und somit den Sauerstoff gut mit dem Verbrennungsgasstrom zu durchmischen, denn nur so können die Partikel oxidieren. 5 Gattungsgemäße Heizkessel bestehen im Wesentlichen aus einem Heizmedium führenden Kesselkörper aus gusseisernen Kesselgliedern oder aus verschweißten Stahlblechen. Dieser beinhaltet einen Füllraum für Brennstoff mit einer oberen oder seitlichen Befüllöff-nung sowie einen Brennrost mit einem darunter angeordneten Aschekasten. Dabei erfolgt eine pyrolytische Verbrennung oberhalb des Brennrostes und somit an der Unterseite der 10 Brennstoffmenge im Füllraum. Brennstoff rutscht somit laufend durch das Eigengewicht von oben her nach. Im Füllraum erfolgt auch die Primärluftzufuhr. Über eine Heizgasaustrittsöffnung gelangen die Pyrolysegase in eine nachgeschaltete Brennkammer. Die hier entstehenden Verbrennungstemperaturen werden in einem sich 15 anschließenden Wärmetauscher abgebaut, indem die Wärme an das umgebende Heizmedium abgegeben wird. Danach strömen die Heizgase zu einem Abgasstutzen. Weiterhin übernimmt eine Regeleinrichtung die Steuerung des Verbrennungsablaufs und diverse Sicherheitsfunktionen. 20 Zur Verbrennung von festen Brennstoffen sind so genannte Feststoffkessel für Scheitholz oder Pelletkessel bekannt. Im ersten Fall dient die Tür lediglich als vorderer oder oberer Abschluss und Zugangsmöglichkeit, und im zweiten Fall nimmt sie einen entsprechenden Pelletbrenner auf. Verbreitet sind spezielle Feststoffkessel mit Feuerungsrosten und jeweils mindestens einem darunter angeordneten Aschekasten. Wesentlichen Einfluss auf 25 die Verbrennung haben die üblicherweise eingesetzten Abgas- und/oder Verbrennungsluftgebläse zur Versorgung der Verbrennung mit Primärluft im Bereich der Pyrolysezone im Füllraum und Sekundärluft im Bereich einer Nachverbrennungszone.For cleaning the combustion gas flow, therefore, among other secondary combustion chambers are used to perform a fourth combustion phase. This includes a final homogeneous gas phase oxidation. The emerging from the primary combustion hot combustion gas flow is introduced for this purpose in the secondary combustion chamber. In addition, secondary air is supplied to the secondary combustion chamber to post-combust the combustion gas flow to reduce the number of particles in the combustion gas flow. Ignition is usually not necessary because the combustion gas flow is so hot that it self-ignites when oxygen is supplied. In order to achieve good afterburning, it is necessary to mix the air and thus the oxygen well with the combustion gas flow, because only then can the particles oxidize. 5 generic boilers consist essentially of a heating medium leading boiler body made of cast iron boiler members or welded steel sheets. This includes a filling space for fuel with an upper or lateral Befüllöff- tion and a combustion grate with an ash pan located below. In this case, a pyrolytic combustion takes place above the combustion grate and thus at the bottom of the 10 fuel quantity in the filling space. Fuel thus continuously slips by the weight from above. In the filling room, the primary air supply takes place. About a Heizgasaustrittsöffnung reach the pyrolysis gases in a downstream combustion chamber. The resulting combustion temperatures are reduced in a subsequent 15 heat exchanger by the heat is released to the surrounding heating medium. Thereafter, the hot gases flow to an exhaust pipe. Furthermore, a control device takes over the control of the combustion process and various safety functions. 20 Solid fuel boilers for firewood or pellet boilers are known for burning solid fuels. In the first case, the door serves only as a front or top closure and access, and in the second case it receives a corresponding pellet burner. Special solid fuel boilers with firing grates and in each case at least one ash box located underneath are widespread. The combustion and exhaust blowers usually used for supplying the combustion with primary air in the region of the pyrolysis zone in the filling space and secondary air in the region of a post-combustion zone have a substantial influence on the combustion.

Beispielsweise ist aus der DE 195 10 263 A1 ein Zentralheizungskessel für großvolumiges 30 Stückholz bekannt, bei dem vor einer Wirbelkammer Sekundärluft von unten her zugeführt wird. Die Verbrennungsgase strömen dabei durch einen Überleitungskanal aus dem Füllraum tangential in die Wirbelkammer, wobei die Sekundärluft aus einem Seitenkanal in den Überleitungskanal elntritt. Generell wird dabei eine Wirbelkammer bisher sehr großvo-lumig dimensioniert, weil diese als Sekundärbrennkammer dient, um das Verbrennungsgas 35 vollständig zu oxidieren. Dazu ist eine ausreichende Wegstrecke innerhalb der Wirbel- kammer erforderlich. An deren Ende sollte eine möglichst gute Temperaturvergleichmäßigung und Durchmischung erreicht sein.For example, DE 195 10 263 A1 discloses a central heating boiler for large-volume 30 piece wood, in which secondary air is supplied from below before a vortex chamber. The combustion gases flow through a transfer channel from the filling space tangentially into the vortex chamber, wherein the secondary air enters from a side channel into the transfer channel. In general, a vortex chamber is dimensioned so far großvo-lumig, because this serves as a secondary combustion chamber to completely oxidize the combustion gas 35. This requires a sufficient distance within the vortex chamber. At the end of a good temperature uniformity and mixing should be achieved.

In einem stationären Betriebszustand erreichen gut ausgelegte Wirbelbrennkammern mit s diesem Prinzip auch akzeptable Emissionswerte. Möglicherweise liegen dagegen diese in instationären Phasen, wie zum Beispiel beim Anfahren oder beim modulierenden Betrieb mit einer Teilleistung, aber deutlich über den zulässigen Grenzwerten. Ursache dafür sind insbesondere die sich deutlich ändernden Strömungsverhältnisse bei geringeren Volumenströmen der gasförmigen Medien, zum Beispiel durch nachlassende Wirbelbildung. 10In a steady-state operating condition, well-designed fluidized-bed combustion chambers with this principle also achieve acceptable emission levels. On the other hand, these may be in unsteady phases, such as during start-up or during modulating operation with a partial power, but well above the permissible limit values. This is due in particular to the significantly changing flow conditions at lower volumetric flow rates of the gaseous media, for example due to decreasing vortex formation. 10

Auch die DE 296 05 801 U1 zeigt einen Heizkessel mit zwei Wirbelkammern in Form von von unten nach oben durchströmten, vertikalen, zylindrischen Verbrennungsschächten. Im Bodenbereich jeder Wirbelkammer sind mehrere Öffnungen für den Eintritt von Sekundärluft angeordnet, und über dem Bodenbereich strömen tangential die flüchtigen Verbren-15 nungsprodukte aus dem benachbarten Füllschacht in die Wirbelkammer ein.DE 296 05 801 U1 also shows a heating boiler with two vortex chambers in the form of vertical, cylindrical combustion chambers through which flow from bottom to top. In the bottom area of each vortex chamber a plurality of openings for the entry of secondary air are arranged, and above the floor area, the volatile combustion products flow tangentially from the adjacent filling shaft into the vortex chamber.

Außerdem ist die Einleitung von Sekundärluft in die Flammenzone bei nach unten brennenden Pyrolysekesseln bekannt, welche dafür eine Art Düsenplatte mit seitlichen, etwa im rechten Winkel zur Verbrennungsgasströmung angeordneten Sekundärluftöffnungen im 20 Einmündungsbereich des in die Wirbelkammer führenden Überleitungskanals aufweist.In addition, the introduction of secondary air into the flame zone is known for downwardly burning pyrolysis boilers, which has a kind of nozzle plate with lateral, approximately at right angles to the combustion gas flow arranged secondary air openings in the 20 junction region leading into the vortex chamber transfer channel.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, die Verbrennungsqualität von Heizkesseln und Öfen zur Verbrennung von festen Brennstoffen, insbesondere Biomasse, zu optimieren. 25The invention is therefore based on the object to optimize the quality of combustion of boilers and furnaces for the combustion of solid fuels, in particular biomass. 25

Erfindungsgemäß wurde dies mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.This has been achieved with the features of claim 1 according to the invention. Advantageous developments can be found in the dependent claims.

Gekennzeichnet ist ein erfindungsgemäßer Heizkessel dadurch, dass die Wirbelkammer 30 einen ersten hohlzylindrischen Bereich und einen damit über einen Querschnittssprung gekoppelten zweiten Bereich in der Form eines rotationssymmetrischen Hohlkörpers mit einer stirnseitigen Ausmündung für die Verbrennungsgase umfasst. Dabei sind der erste hohlzylindrische Bereich, der Querschnittssprung sowie der zweite Bereich der Wirbelkammer symmetrisch zu einer gemeinsamen Längsachse angeordnet. 35A boiler according to the invention is characterized in that the swirl chamber 30 comprises a first hollow cylindrical region and a second region coupled in the form of a rotationally symmetrical hollow body with a frontal orifice for the combustion gases via a cross-sectional jump. In this case, the first hollow-cylindrical region, the cross-sectional jump and the second region of the vortex chamber are arranged symmetrically with respect to a common longitudinal axis. 35

t ··♦· ·**· ·*·· ♦ ♦ · * · • · ·· · *·* li · · * •4 · · * ♦ ··· ·#· ·* ··· ln einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass Verbrennungsgase und/oder Sekundärluft aus einem Kanal, von der Funktion her ähnlich den aus dem Stand der Technik bekannten Überleitungskanal, in den ersten hohlzylindrischen Bereich der Wirbelkammer tangential eintreten. Dabei befindet sich die Ausmündung des Kanals in 5 Wandnähe und erstreckt sich im Wesentlichen über die gesamte Länge des ersten zylindrischen Bereiches der Wirbelkammer.t ··························································································································································································································· Embodiment of the invention is provided that combustion gases and / or secondary air from a channel, similar in function to the known from the prior art transfer channel, enter tangentially in the first hollow cylindrical portion of the vortex chamber. In this case, the mouth of the channel is in the vicinity of the wall and extends substantially over the entire length of the first cylindrical portion of the vortex chamber.

Vorzugsweise besitzt der Kanal einen im Wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt, dessen Längsseite etwa der Länge des ersten hohlzyiindrischen Bereiches der Wirbel-io kammer entspricht und dessen Breite geringer als ein Drittel des Durchmessers dieses Wirbelkammer-Bereiches ist.Preferably, the channel has a substantially rectangular cross-section whose longitudinal side corresponds approximately to the length of the first hollow-cylindrical region of the vortex chamber and whose width is less than one third of the diameter of this vortex chamber region.

Der Querschnittssprung zwischen den beiden Bereichen der Wirbeikammer besteht in einer ersten vorteilhaften Ausführungsform im Wesentlichen aus einer Durchtrittsöffnung, 15 welche symmetrisch zur Achse der Wirbelkammer angeordnet ist und einen Durchmesser besitzt, der vorzugsweise nur das 0,3- bis 0,7-fache des Innendurchmessers des ersten hohlzylindrischen Bereiches der Wirbelkammer aulweist.The cross-sectional jump between the two regions of the swirl chamber consists in a first advantageous embodiment essentially of a passage opening 15, which is arranged symmetrically to the axis of the swirl chamber and has a diameter which is preferably only 0.3 to 0.7 times the inner diameter of the first hollow cylindrical portion of the vortex chamber.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der zweite Bereich in der Form eines 20 rotationssymmetrischen Hohlkörpers seinen geringsten Durchmesser im Bereich des Querschnittssprunges auf. Dessen äußere Begrenzungswand weitet sich von der Durchtrittsöffnung aus zur Ausmündung für die Verbrennungsgase hin auf.In a further advantageous embodiment, the second region in the form of a rotationally symmetrical hollow body has its smallest diameter in the region of the cross-sectional jump. Its outer boundary wall widens from the passage opening to the mouth for the combustion gases out.

Bevorzugt steht der Innendurchmesser des ersten hohlzylindrischen Bereiches der Wirbel-25 kammer im Verhältnis 0,8 bis 0,9 zum größten Innendurchmesser des zweiten Bereiches.Preferably, the inner diameter of the first hollow cylindrical portion of the vortex chamber is in the ratio 0.8 to 0.9 to the largest inner diameter of the second region.

Der zweite Bereich weist vorzugsweise eine Innengeometrie aus der Gruppe Kugelschicht, Doppelkegelstumpf, Kegel oder Zylinder auf, wobei jeweils die größere Aufweitung die Ausmündung für die Verbrennungsgase bildet. Der Innendurchmesser des zweiten Berei-30 ches weitet sich dabei kontinuierlich, von der Durchtrittsöffnung im Bereich des Querschnittssprunges aus, zur Ausmündung für die Verbrennungsgase hin auf. Alternativ oder in Kombination mit dieser Kontur kann der zweite Bereich auch in der Zone vor der Ausmündung, auf weniger als die Hälfte der Länge des zweiten Bereiches, einen abnehmenden Innendurchmesser besitzen, so dass die Strömung im Ausmündungsbereich etwas 35 eingeschnürt wird. :5The second region preferably has an internal geometry from the group of spherical layer, double truncated cone, cone or cylinder, wherein in each case the larger expansion forms the outlet for the combustion gases. The inner diameter of the second Berei-30 ches expands continuously, from the passage opening in the region of the jump in cross-section, to the outlet for the combustion gases out. As an alternative or in combination with this contour, the second region can also have a decreasing inner diameter in the zone in front of the orifice, to less than half the length of the second region, so that the flow is constricted slightly in the orifice region. : 5

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Vorzugsweise steht die Länge des Kanals für Verbrennungsgase und/oder Sekundärluft, gemessen von der Zone für die Eindüsung der Sekundärluft bis zum Eintritt in die Wirbelkammer, im Verhältnis 0,4 bis 0,7 zur Gesamthöhe von Kanal und dem ersten hohlzyiindri-schen Bereich der Wirbelkammer. Außerdem besitzt der Kanal vorteilhafterweise einen 5 Querschnitt mit einer langen Seite und einer kurzen Seite, wobei die kurze Seite nur die Länge von 0,15 bis 0,25 der langen Seite aufweist. Dabei münden wenigstens zwei, vorzugsweise vier beidseitig verteilte Sekundärluftdüsen zur Eindüsung der Sekundärluft in den Kanal, welche innerhalb eines Eindüsungsabschnitts des Kanals angeordnet sind und nicht parallel zur Strömungsrichtung ausgerichtete Eindüsungsrichtungen aufweisen. 10Preferably, the length of the channel for combustion gases and / or secondary air, measured from the zone for the injection of the secondary air to enter the vortex chamber, in the ratio of 0.4 to 0.7 to the total height of the channel and the first hollow-cylindrical region of vortex chamber. In addition, the channel advantageously has a cross section with a long side and a short side, the short side only having the length of 0.15 to 0.25 of the long side. In this case, at least two, preferably four bilaterally distributed secondary air nozzles for injecting the secondary air into the channel, which are arranged within a Eindüsungsabschnitts of the channel and not parallel to the flow direction aligned Eindüsungsrichtungen. 10

Beschrieben sind vorstehend im Wesentlichen Merkmale für die Innenkontur der gesamten Wirbelkammer. Geformt wird diese aus feuerfestem Material wie beispielsweise Keramik oder Feuerfestbeton. 15 Denkbar ist es auch, dass die beiden Bereiche der Wirbeikammer als separate, koppelbare Teile gefertigt werden. Dadurch besteht die Möglichkeit, dass die Wirbelkammer leistungsabhängig und/oder brennstoffabhängig angepasst werden kann. An einen Wirbelkammer-Grundkörper, also dem ersten hohlzylindrischen Bereich, können dann verschiedene Ausmündungsbereiche angebaut werden. Ein Körper aus feuerfestem Material wäre 20 somit vorzugsweise im Bereich des Querschnittssprunges geteilt.Described above are essentially features for the inner contour of the entire vortex chamber. This is formed from refractory material such as ceramic or refractory concrete. 15 It is also conceivable that the two areas of the swirl chamber are made as separate, couplable parts. As a result, there is the possibility that the vortex chamber can be adapted to the performance and / or fuel-dependent. To a vortex chamber base body, so the first hollow cylindrical area, then different mouth areas can be grown. A body of refractory material would thus preferably be divided in the region of the cross-sectional jump.

Mit der Erfindung wird die Verbrennungsqualität von Heizkesseln und Öfen zur Verbrennung von festen Brennstoffen optimiert, denn es werden niedrigere Emissionswerte, insbesondere hinsichtlich unverbrannter Kohlenwasserstoffe und CO bei der Scheitholz-25 Verbrennung gewährleistet. Dies wird im Wesentlichen dadurch erreicht, dass die Verbrennungsgase tangential in die Wirbelkammer eintreten und dadurch in Rotation kommen. Diese wird mit dem erfindungsgemäßen Prinzip des sogenannten fluiddynamischen Rührens innerhalb der Wirbelkammer verstärkt Besonders förderlich für diesen Effekt ist die erfindungsgemäße Strömungseinschnürung als Querschnittssprung im mittleren Bereich, 30 welche die Rotation der Verbrennungsgase verstärkt. Es ergibt sich dadurch bessere, gleichmäßigere Durchmischung der Verbrennungsgase. Somit ist die Oxidation effektiver und die Verbrennung emissionsärmer.The invention optimizes the quality of combustion of boilers and solid fuel burning furnaces, as it ensures lower emission levels, especially with regard to unburned hydrocarbons and CO in firewood combustion. This is achieved essentially by the fact that the combustion gases enter tangentially into the vortex chamber and thereby come into rotation. This is reinforced with the principle according to the invention of the so-called fluid-dynamic stirring within the vortex chamber. Particularly conducive to this effect is the flow constriction according to the invention as a cross-sectional jump in the central region, which enhances the rotation of the combustion gases. This results in better, more uniform mixing of the combustion gases. Thus, the oxidation is more effective and the combustion is lower emissions.

Erfindungsgemäß wird im Vergleich zu Wirbelkammer-Konzepten aus dem Stand der 35 Technik mit etwa der Hälfte des zur Verfügung stehenden Bauraumes derselbe Vermi-schungseffekt erreicht. Für die funktionswichtige homogene Durchmischung der gasförmi-According to the invention, the same mixing effect is achieved in comparison with vortex chamber concepts from the prior art with approximately half of the available installation space. For the functionally important homogeneous mixing of the gaseous

• · · e e • Φ«* ··!· · · · · • · · ·«· · ··· # · * »I» Μ ·Μ gen Medien reicht somit erfindungsgemäß zum Beispiel nur die Hälfte der Strömungs-Wegstrecke innerhalb der Wirbelkammer aus. Und dies bei gleicher oder längerer Verweilzeit der Verbrennungsgase in der Wirbeikammer. 5 Ferner ist die Erfindung im Hinblick auf die Kombination von Wirbelkammer und Sekundär-lufteindüsung von Vorteil, weil mit zunehmendem Abstand von den Sekundärluftdüsen die Rotationsgeschwindigkeit der Strömungswirbel abnimmt, bis kaum noch eine Durchmischung des Verbrennungsgases mit Sekundärluft erzielt wird. Durch eine Einleitung in eine Wirbelkammer kann eine Änderung der Strömungsrichtung herbeigeführt werden und die 10 Durchmischung des Verbrennungsgasstroms mit der verbliebenen Sekundärluft, sowie die Sekundärverbrennung werden weiter fortgesetzt, Sehr vorteilhaft ist dabei, dass die verbliebene Sekundärluft schon gut innerhalb des Verbrennungsgasstroms verteilt ist, bevor letzteres überhaupt in die Brennkammer mündet. Dementsprechend kann die Wirbelkammer relativ klein ausgebildet sein, da die Nachverbrennung schneller abläuft. 15Thus, according to the invention, for example, only half of the flow path within the range suffices according to the invention for the purposes of the invention from the vortex chamber. And this with the same or longer residence time of the combustion gases in the swirl chamber. Furthermore, the invention is advantageous with regard to the combination of the vortex chamber and the secondary air injection because, as the distance from the secondary air nozzles increases, the rotational speed of the flow vortices decreases until hardly any mixing of the combustion gas with secondary air is achieved. By introducing into a vortex chamber, a change in the flow direction can be brought about and the mixing of the combustion gas flow with the remaining secondary air, and the secondary combustion are further continued, It is very advantageous that the remaining secondary air is already well distributed within the combustion gas flow, before the latter even flows into the combustion chamber. Accordingly, the vortex chamber can be made relatively small, since the afterburning proceeds faster. 15

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Es zeigt schematisch einen mit festen Brennstoffen befeuerten Heizkessel:The drawing illustrates an embodiment of the invention. It schematically shows a solid fuel fired boiler:

Fig. 1: in einem vertikalen Schnitt, 201: in a vertical section, 20th

Fig. 2: eine Wirbelkammer in einer perspektivischen Ansicht, Fig. 3: eine Wirbelkammer in einem Querschnitt und Fig. 4: eine Wirbelkammer in einem Längsschnitt.Fig. 2: a vortex chamber in a perspective view, Fig. 3: a vortex chamber in a cross section and Fig. 4: a vortex chamber in a longitudinal section.

Der Heizkessel besteht im Wesentlichen aus einem Heizmedium führenden Kesselkörper 25 1, einem Füllraum 2 für Brennstoff mit einer oberen Befüllöffnung 3, einem Brennrost 4 mit einem darunter angeordneten Aschekasten 5, einem Kanal 6 für Verbrennungsgase und/oder Sekundärluft in eine nachgeschaltete Wirbelkammer 7 sowie einem sich anschließenden, nicht dargestellten Wärmetauscher für das Verbrennungsgas. 30 Die Wirbelkammer 7 besteht aus einem ersten hohlzylindrischen Bereich 7a und einem damit über einen Querschnittssprung 8 gekoppelten zweiten Bereich 7b in der Form eines rotationssymmetrischen Hohlkörpers mit einer stirnseitigen Ausmündung 9 für die Verbrennungsgase. i • ««99 ···· 999 9 * 9 9 9 Μ · «9 • t«a 9 ··· 9-7*9* 9J 9 9 9 ♦ 999 999 99 999The boiler consists essentially of a heating medium-leading boiler body 25 1, a filling chamber 2 for fuel with an upper filling 3, a combustion grate 4 with an ash pan 5 arranged thereunder, a channel 6 for combustion gases and / or secondary air in a downstream vortex chamber 7 and a subsequent, not shown heat exchanger for the combustion gas. The vortex chamber 7 consists of a first hollow cylindrical region 7a and a second region 7b coupled therewith via a cross-sectional jump 8 in the form of a rotationally symmetrical hollow body with a frontal orifice 9 for the combustion gases. i • «« 99 ···· 999 9 * 9 9 9 Μ · «9 • t« a 9 ··· 9-7 * 9 * 9J 9 9 9 ♦ 999 999 99 999

Verbrennungsgase und/oder Sekundärluft gelangen aus dem Kanal 6 tangential in den ersten hohlzylindrischen Bereich 7a der Wirbelkammer 7. Dabei befindet sich die Ausmündung des Kanals 6 in Wandnähe des Bereich 7a und erstreckt sich über dessen Länge. Der Kanal 6 weist einen im Wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt auf, dessen 5 Längsseite n etwa der Länge des ersten hohlzylindrischen Bereiches 7a der Wirbelkammer 7 entspricht und dessen Breite m geringer als ein Drittel des Durchmessers D dieses Wirbelkammer-Bereiches 7a ist.Combustion gases and / or secondary air pass tangentially from the channel 6 into the first hollow-cylindrical region 7a of the swirl chamber 7. The mouth of the channel 6 is located near the wall of the region 7a and extends over its length. The channel 6 has a substantially rectangular cross-section, whose longitudinal side 5 corresponds approximately to the length of the first hollow cylindrical portion 7a of the swirl chamber 7 and whose width m is less than one third of the diameter D of this swirl chamber portion 7a.

Der Querschnittssprung 8 zwischen den beiden Bereichen der Wirbelkammer besteht im io Wesentlichen aus einer Durchtrittsöffnung 10, welche symmetrisch zur Achse der Wirbelkammer 7 angeordnet ist und einen Durchmesser d aufweist, der im Verhältnis 0,3 bis 0,7 zum Innendurchmesser D des ersten hohlzylindrischen Bereiches 7a steht.The jump in cross section 8 between the two regions of the vortex chamber essentially consists of a passage opening 10, which is arranged symmetrically to the axis of the vortex chamber 7 and has a diameter d which is 0.3 to 0.7 to the inner diameter D of the first hollow cylindrical area 7a stands.

Der zweite Bereich 7b hat die Form eines rotationssymmetrischen Hohlkörpers und weist iS seinen geringsten Durchmesser im Bereich des Querschnittssprunges 8 auf. Die Außenkontur bzw. dessen Begrenzungswand weitet sich von der Durchtrittsöffnung 10 aus zur Ausmündung 9 für die Verbrennungsgase hin auf.The second region 7b has the shape of a rotationally symmetrical hollow body and iS has its smallest diameter in the region of the cross-sectional crack 8. The outer contour or its boundary wall expands from the passage opening 10 to the outlet 9 for the combustion gases out.

Der Innendurchmesser D des ersten hohlzylindrischen Bereiches 7a steht im Verhältnis 20 0,8 bis 0,9 zum größten Innendurchmesser B des zweiten Bereiches 7b.The inner diameter D of the first hollow cylindrical portion 7a is in the ratio 20 0.8 to 0.9 to the largest inner diameter B of the second portion 7b.

Gezeigt ist ein sich kontinuierlich von der Durchtrittsöffnung 10 im Bereich des Querschnittssprunges 8 aus zur Ausmündung 9 für die Verbrennungsgase hin aufweitender Innendurchmesser B des zweiten Bereiches 7b, welcher vor der Ausmündung 9 auf weni-25 ger als die Hälfte der Länge des zweiten Bereiches 7b wieder einen abnehmenden Innendurchmesser B aufweist.Shown is a continuously expanding from the passage opening 10 in the region of the cross-sectional jump 8 to the orifice 9 for the combustion gases towards expanding inside diameter B of the second region 7b, which before the orifice 9 to less than half the length of the second region 7b again has a decreasing inner diameter B.

Die Länge h des Kanals 6 für Verbrennungsgase und/oder Sekundärluft, gemessen von der Zone für die Eindüsung der Sekundärluft bis zum Eintritt in die Wirbelkammer 7, steht 30 im Verhältnis 0,4 bis 0,7 zur Gesamthöhe H von Kanal 6 und dem ersten hohlzylindrischen Bereich 7a der Wirbeikammer 7.The length h of the duct 6 for combustion gases and / or secondary air, measured from the zone for the injection of the secondary air to enter the vortex chamber 7, is 30 in the ratio 0.4 to 0.7 to the total height H of the channel 6 and the first hollow cylindrical portion 7a of the swirl chamber 7.

Weiterhin münden in den Kanal 6 für Verbrennungsgase und/oder Sekundärluft vier Sekundärluftdüsen 11, welche innerhalb eines Eindüsungsabschnitts des Kanals 6 angeord-35 net sind und nicht parallel zur Strömungsrichtung ausgerichtete Eindüsungsrichtungen aufweisen.Furthermore, four secondary air nozzles 11, which are arranged within an injection section of the channel 6 and terminate in the channel 6 for combustion gases and / or secondary air, do not open and are not aligned parallel to the flow direction.

Claims

♦ »♦ ······································································································································································································································································· leading boiler body (1), a filling chamber (2) for fuel with an upper or seitli-5 just filling opening (3), a combustion grate (4) with an arranged ash pan (5), a primary air supply in the region of the filling space, a combustion gas outlet opening ( 6) in a downstream vortex chamber (7) and with a subsequent heat exchanger for the heating gas, wherein in the vortex chamber (7) in the vicinity of an end face from the outside combustion gases and / or secondary air enter, io characterized in that the swirl chamber (7 ) a first hollow cylindrical region (7a) and a second region (7b) coupled therewith via a jump in cross section (8) in the form of a rotationally symmetrical hollow body with a frontal orifice (9) for the Includes combustion gases. iS

2. Heating boiler according to claim 1, characterized in that combustion gases and / or secondary air from a channel (6) in the first hollow cylindrical portion (7 a) of the vortex chamber (7) enter tangentially, wherein the mouth of the channel (6) is located near the wall and extending substantially the entire length of the first cylindrical portion (7a) of the swirl chamber 20 (7).

3. Heating boiler according to claims 1 or 2, characterized in that the channel (6) has a substantially rectangular cross-section whose longitudinal side (s) is approximately equal to the length of the first hollow cylindrical portion (7a) of the swirl chamber (7) and its Width is less than one third of the inner diameter (D) of this vortex chamber area (7a).

4. Boiler according to one of claims 1 to 3, characterized in that the cross-sectional jump (8) between the two regions 30 (7a, 7b) of the swirl chamber (7) consists essentially of a passage opening (10) which is symmetrical to the axis of Whirl chamber (7) is arranged and has a diameter (d) which is in the ratio of 0.3 to 0.7 to the inner diameter (D) of the first hollow cylindrical portion (7a) of the swirl chamber (7). 35 «»

φ

5. Heating boiler according to one of claims 1 to 4, characterized in that the second region (7b) in the form of a rotationally symmetrical hollow body has its smallest diameter in the region of the cross-sectional jump (8) and that its boundary wall extending from the passage opening (10) 5 widens to the orifice (9) for the combustion gases out.

6. Heating boiler according to one of claims 1 to 5, characterized in that the inner diameter (D) of the first hollow cylindrical portion (7a) of the swirl chamber (7) in the ratio 0.8 to 0.9 to the largest internal diameter (B) of the second area (7b).

7. Boiler according to one of claims 1 to 6, characterized in that the second region (7b) has an internal geometry of the group of spherical layer, double truncated cone, cone or cylinder, wherein each of the greater expansion ßere the orifice (9) for the Forms combustion gases.

8. Boiler according to one of claims 1 to 7, characterized in that the inner diameter (B) of the second region (7b) continuously from the passage opening (10) in the region of the cross-sectional jump (8) from 20 to the orifice (9) for the Flue gases expands and / or that the second region (7b) before the orifice (9) to less than half the length of the second region (7b) has a decreasing inner diameter (B).

9. A heating boiler according to any one of claims 1 to 8, 25, characterized in that the length of the channel (6) for combustion gases and / or secondary air, measured from the zone for the injection of the secondary air until entering the vortex chamber (7), in Ratio 0.4 to 0.7 to the total height (H) of the channel (6) and the first hollow cylindrical portion (7a) of the swirl chamber (7). 30

10. Boiler according to one of claims 1 to 9, characterized in that the channel (6) for combustion gases and / or secondary air has a cross section with a long side and a short side, wherein at least two secondary air nozzles (11) for injecting the secondary air in the channel (6) open, which are arranged within a Eindüsungsabschnitts of the channel (6) and not 35 aligned parallel to the flow direction Eindüsungsrichtungen.

Dec. 3, 2012