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Die Erfindung bezieht sich auf einen Heizkessel mit einem Brenner zum Verbrennen stückeligen Brennstoffes, insbesondere Holzpellets, mit einer einen Bodenrost aufweisenden, von oben mit Brennstoff beschickbaren Brennkammer, die unten an eine Primärluftzufuhr und mit Abstand über dem Bodenrost an eine Sekundärluftzufuhr angeschlossen ist, mit einem von den Rauchgasen aus der Brennkammer durchströmten Wärmetauscher zum Erwärmen eines Wärmeträgers und mit einem dem Wärmetauscher in Strömungsrichtung der Rauchgase nachgeordneten, druckseitig in einen Rauchgasabzug mündenden Sauggebläse.
Zum Verbrennen stückeliger Brennstoffe, insbesondere Holzpellets, ist es bekannt (AT 406 413 B), einen Brenner mit einer von oben beschickbaren Brennkammer vorzusehen, die einen verschliessbaren Bodenrost zur Aufnahme des Brennstoffs mit einem zentralen Durchtritt für die Primärluft aufweist. Mit Abstand oberhalb des Bodenrostes ist die Brennkammer zur Nachverbrennung der Rauchgase an eine Sekundärluftzufuhr angeschlossen, die in einem die Brennkammer umschliessenden Ringraum mündet, von dem Durchtrittsöffnungen in die Brennkammer führen.
Da die anfallende Rauchgasmenge vom Brennstoffdurchsatz abhängt, ist im Teillastbereich mit einer verringerten Rauchgasmenge zu rechnen, die wegen der damit verbundenen Beeinträchtigung der Verwirbelung, insbesondere zwischen den Rauchgasen und der Sekundärluft, zu einer unvollständigen Verbrennung führen kann. Im Vollastbereich kann es wiederum aufgrund hoher Verbrennungstemperaturen zu einer Verschlackung der Verbrennungsrückstände kommen.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Heizkessel mit einem Bren- ner zum Verbrennen stückeligen Brennstoffes, insbesondere Holzpellets, der eingangs geschilderten Art mit einfachen konstruktiven Massnahmen so auszuge- stalten, dass die Verbrennungsbedingungen im Teillastbereich verbessert werden können.
Ausserdem sollen im Vollastbereich hohe, eine Verschlackungsgefahr der Verbrennungsrückstände mit sich bringende Verbrennungstemperaturen vermieden werden.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass von der Druckseite des Sauggebläses eine Rauchgasrückleitung abzweigt, die mit der Brennkammer zwischen dem Bodenrost und der Sekundärluftzufuhr verbunden ist.
Durch die vorgeschlagene Massnahme, über die von der Druckseite des Sauggebläses abgezweigte Rauchgasrückleitung der Brennkammer zusätzliche Rauchgase in Strömungsrichtung vor der Sekundärluftzufuhr zuzuleiten, kann in einfacher Weise die für eine gute Durchwirbelung erforderliche Rauchgasmenge auch im Teillastbereich sichergestellt werden, ohne den Brenner mit einem Luftüberschuss betreiben zu müssen. Durch die in die Brennkammer rückgeführten Rauchgase kann daher eine vollständige Nachverbrennung der Rauchgase mit Hilfe der zugeführten Sekundärluft gewährleistet werden, ohne die auf den jeweiligen Lastbereich abgestimmte Primär- und Sekundärluftzufuhr verändern zu müssen. Als unmittelbare Folge davon erhöht sich der Kohlendioxidgehalt der Rauchgase merklich, während der Kohlenmonoxidgehalt entsprechend sinkt.
Dazu kommt, dass wegen des weitgehend gleichbleibenden Rauchgasdurchsatzes durch die Brennkammer die von der Strömungsgeschwindigkeit der Rauchgase abhängigen Wärmeübertragungsbedingungen im Teillastbereich verbessert werden können, was zu einer Steigerung des Wirkungsgrades führt.
Die Rückführung eines Teils der über das Sauggebläse abgezogenen Rauchgase in die Brennkammer kann auch im Vollastbereich vorteilhaft eingesetzt werden, wenn es gilt, die Verbrennungstemperaturen im Hinblick auf eine Verschlackunggefahr bzw. eine Überlastung der Brennkammer zu begrenzen. Aufgrund der Wärmeabgabe im Wärmetauscher weisen die vom Gebläse abgesaugten und
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rückgeführten Rauchgase im Vergleich zu den bei der Verbrennung in der Brenn- kammer entstehenden Rauchgasen eine vergleichsweise niedrige Temperatur auf, so dass über die rückgeführten Rauchgase die Verbrennungstemperatur in der
Brennkammer entsprechend beeinflusst werden kann.
Damit die Rauchgasrückführung in die Brennkammer nicht zu einer unerwünschten Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit im Bereich der Rauchgaseinleitung führen kann, kann sich die Brennkammer im Mündungsbereich der Rauchgasrückleitung nach oben konisch erweitern. Die in die Brennkammer einströmenden, rückgeführten Rauchgase dürfen selbstverständlich die Strömungsbedingungen nicht nachteilig beeinflussen. Aus diesem Grunde empfiehlt es sich, die Rauchgasrückleitung in einem die Brennkammer umschliessenden Ringraum münden zu lassen, wobei die Brennkammer im Bereich des Ringraumes über den Umfang verteilte Einströmöffnungen mit einer gegen eine Umfangsrichtung geneigten Einströmrichtung aufweist.
Die in die Brennkammer im wesentlichen tangential einströmenden, rückgeführten Rauchgase üben einen Drall auf die durch die Verbrennung entstehenden Rauchgase mit der Wirkung aus, dass sich der gesamte Rauchgasstrom schraubenlinienförmig um die Achse der Brennkammer bewegt, was die für eine vollständige Verbrennung erforderliche gute Durchwirbelung der Rauchgase mit der Sekundärluft vorteilhaft unterstützt.
Zur Steuerung der in die Brennkammer rückgeführten Rauchgasmenge können unterschiedliche konstruktive Massnahmen gesetzt werden. Eine Möglichkeit ergibt sich, wenn die Drehzahl des Sauggebläses verändert wird. Mit der Änderung der Drehzahl des Sauggebläses ändert sich allerdings auch die Ansaugleistung, wobei das Verhältnis zwischen dem rückgeführten Rauchgasanteil zum gesamten Rauchgasstrom weitgehend gleich bleibt. Der Einfluss auf das Sauggebläse kann entfallen, wenn auf der Druckseite des Sauggebläses in Strömungsrichtung nach der Abzweigung der Rauchgasrückleitung eine verstellbare Drosselklappe vorgesehen wird. Mit einem zunehmenden Schliessen dieser Drosselklappe erhöht sich der Staudruck auf der Druckseite des Sauggebläses, was einen erhöhten Rauchgasdurchsatz durch die Rauchgasrückleitung zur Folge hat.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, in der Rauchgasrückleitung eine verstellbare Drosselklappe
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anzuordnen, die im Bedarfsfall die durch die Rauchgasrückleitung strömende
Rauchgasmenge drosselt. Durch die Kombination von Drosselklappen sowohl in der Rauchgasrückleitung als auch auf der Druckseite des Sauggebläses in Strö- mungsrichtung hinter der Rauchgasrückleitung kann somit allen Anforderungen entsprochen werden.
Um die Betriebsbedingungen an den jeweiligen Belastungsfall des Heizkessels automatisch anzupassen, können die Drehzahl des Sauggebläses und/oder die Stellung der Drosselklappen in Abhängigkeit vom Rauchgasdurchsatz und/oder der Rauchgastemperatur gesteuert werden.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen Fig. 1 einen erfindungsgemässen Heizkessel mit einem Brenner zum Verbrennen stückeligen Brennstoffes in einem schematischen Schnitt und Fig. 2 die Brennkammer des Brenners in einem achsnormalen Schnitt im Mün- dungsbereich der Rauchgasrückleitung nach der Linie 11-11 der Fig. 1 in ei- nem grösseren Massstab.
Der dargestellte Heizkessel weist ein Gehäuse 1 mit einem Brenner 2 auf, dessen Brennkammer mit 3 bezeichnet ist. Diese Brennkammer 3 ist mit einem Bodenrost 4 versehen, der in einer die Brennkammer 3 nach unten abschliessenden Wanne 5 angeordnet ist und mit der Wanne 5 um eine Schwenkachse 6 zur Entleerung der anfallenden Asche abgeklappt werden kann. Die Asche fällt dabei in einen Ascheraum 7. Zur Versorgung des Brenners 2 mit Primär- und Sekundärluft ist die Brennkammer 3 von Ringräumen 8 und 9 umschlossen, die einerseits an eine Primärluftzufuhr 10 und anderseits an eine Sekundärluftzufuhr 11 angeschlossen sind.
Während die Ringkammer 8 über eine bodenseitige Durchtrittsöffnung 12 mit der Wanne 5 in Strömungsverbindung steht, so dass die Primärluft von unten durch den Bodenrost 4 in die Brennkammer 3 strömt, weist die Brennkammer 3 im Bereich des Ringraumes 9 Durchtrittsöffnungen 13 für den Sekundärluftzutritt auf. Die Brennstoffzufuhr erfolgt in herkömmlicher Weise über eine Förderschnecke, die abwurfseitig an ein geneigtes Fallrohr 14 anschliesst, das an die Brennkammer 3 angesetzt ist.
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Im Anschluss an eine Nachverbrennungsstrecke 15 der Brennkammer 3 werden die beim Verbrennen des Brennstoffes entstehenden Rauchgase umgelenkt, um einen Wärmetauscher 16 in Rohren 17 zu durchströmen, wie dies durch entsprechende
Strömungspfeile in der Fig. 1 angedeutet ist. Die Rauchgasströmung wird durch ein
Sauggebläse 18 erzwungen, dessen Gebläserad 19 in einem spiralförmigen Gehäuse 20 gelagert ist, das über einen Strömungskanal 21 mit einem Rauchgasauslass 22 verbunden ist.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Sauggebläsen zweigt vom Spiralgehäuse 20 eine Rauchgasrückleitung 23 ab, die in einen Ringraum 24 mündet, der die Brennkammer 3 zwischen den Ringkammern 8 und 9 umschliesst. Die Brennkammer 3 erweitert sich im Bereich dieses Ringraumes 24 konisch nach oben und weist über den Umfang verteilte, vertikal ausgerichtete Einströmöffnungen 25 auf. Wie der Fig. 2 entnommen werden kann, sind die Einströmöffnungen 25 so ausgebildet, dass die vom Sauggebläse 18 über die Rauchgasrückleitung 23 rückgeführten Rauchgase in einer vorgegebenen Umfangsrichtung geneigt in die Brennkammer 3 einströmen, so dass sich aufgrund der dadurch bedingten tangentialen Strömungskomponente eine Drallwirkung auf die Rauchgasströmung in der Brennkammer 3 ergibt.
Zu diesem Zweck werden die Einströmöffnungen 25 durch Längsschlitze in der Brennkammerwand gebildet, wobei die Längsränder dieser Längsschlitze einerseits nach innen und anderseits nach aussen aus der Wandfläche gebogen sind, so dass sich zwischen diesen ausgebogenen Längsrändern düsenartig gerichtete Einströmöffnungen ergeben, deren Strömungsrichtung eine ausgeprägte tangentiale Komponente aufweist.
Aufgrund der Rauchgasrückleitung 23 zwischen dem Sauggebläse 18 und der Brennkammer 3 kann der Brennkammer 3 bei Bedarf ein Anteil des vom Sauggebläse 18 abgesaugten Rauchgases zugeführt werden, um entweder die durch die Brennkammer 3 strömende Gasmenge unabhängig vom jeweiligen Heizkesselbetrieb in vorgegebenen Grenzen zu halten oder die Verbrennungstemperatur in der Brennkammer 3 zu beschränken. Es muss hiefür lediglich für eine dosierte Rauchgasrückführung zur Brennkammer 3 gesorgt werden Dies kann über eine Veränderung der Drehzahl des Gebläsemotors 26 erfolgen. Zu diesem Zweck können aber auch Drosselklappen 27 und 28 einerseits im Strömungskanal 21 und anderseits in der
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Rauchgasrückleitung 23 eingesetzt werden.
Mittels der Drosselklappe 27 kann der über die Rauchgasrückleitung 23 strömende Rauchgasanteil im Verhältnis zum gesamten Rauchgasstrom vergrössert und mittels der Drosselklappe 28 verringert werden. Durch eine einfache Steuerung kann auf die Drehzahl des Gebläsemotors 26 und/oder die Stellung der Drosselklappen 27 und 28 die Rauchgasrückführung zur Brennkammer 3 in Abhängigkeit vom Rauchgasdurchsatz und/oder von der Verbrennungstemperatur in der Brennkammer 3 Einfluss genommen werden, um eine entsprechende Regelung dieser Parameter sicherzustellen.