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Heizkessel Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen mittels Gebläse betriebenen Heizkessel, welcher sich sowohl für die Verbrennung von Öl als auch von festem Brennstoff wie auch für beide Verbrennungsstoffe gleichzeitig eignet.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum Betrieb des erfindungsgemässen Heizkessels.
Es wurden bereits mehrfach Bemühungen angestellt, Heizkessel herzustellen, welche sich sowohl für die Verbrennung von festem Brennstoff als auch von flüssigem Brennstoff eignen. So wurde beispielsweise bereits versucht, in einem Ofen zwei unabhängig voneinander befeuerbare Brennkammern anzuordnen. Diese Lösung ist konstruktiv schwer durchführbar, was sich auch nachteilig auf die Herstellungskosten auswirkt.
Der Heizkessel gemäss der vorliegenden Erfindung eignet sich für die Verbrennung von Öl und festem Brennstoff einzeln und gemeinsam. Er besitzt einen einzigen Verbrennungsraum, der an seinem unteren Ende durch einen Rost für die Auflage fester Brennstoffteile abgeschlossen ist. Der Heizkessel gemäss der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass a) senkrecht über dem Verbrennungsraum ein Ölbrenner mit einem Luftzufuhrkanal angeordnet ist, so dass bei Verbrennung von Öl die Flamme senkrecht von oben in den Verbrennungsraum brennt.
b) ein Gebläse durch Luftleitungen sowohl mit dem Raum unterhalb des Rostes als auch mit dem Luftzufuhrkanal des Ölbrenners verbunden ,ist, c) an der Verzweigungsstelle der Luftleitung für den Raum unterhalb des Rostes und der Leitung zum Luftzufuhrkanal des Ölbrenners eine Klappe vorgesehen ist, mittels welcher das Verhältnis der in beide Leitungen strömenden Luftmengen einstellbar ist und d) der Verbrennungsraum mindestens eine seitliche Öffnung zum Abströmen der Verbrennungsgase besitzt.
Das Verfahren für den Betrieb des erfindungsgemässen Heizkessels kennzeichnet sich dadurch, dass bei der Verbrennung von festem Brennmaterial durch den Ölbrenner in den Verbrennungsraum Sekundärluft eingeblasen wird.
In der beiliegenden Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Heizkessels schematisch dargestellt.
Der Kessel besitzt eine äussere Umhüllung 1, in welcher sich oben ein Heisswasserboiler 2 und unten der Verbrennungsraum 3 befindet. Der Verbrennungsraum 3 ist von einer Feuerglocke 4 umgeben, welche aus einer inneren Wand 5 und einer äusseren Wand 6 besteht. Zwischen beiden Wänden zirkuliert als wärmeübertragendes Medium beispielsweise Wasser. Konzentrisch um die Feuerglocke ist ein Hohlmantel 7 vorgesehen, welcher eine innere Wand 8 und eine äussere Wand 9 besitzt. Der Zwischenraum zwischen diesen Wänden des Hohlmantels ist an den Kreislauf des Kühlwassers angeschlossen.
Zwischen der Aussenwand 9 des Hohlmantels und der äusseren Umhüllung 1 kann eine wärmeisolierende Zwischenschicht 10 vorgesehen sein. Zwischen der Aussenwand 6 der Feuerglocke und der Innenwand des Hohlmantels bleibt ein ringförmiger Kanal 11 frei, durch welchen die Rauchgase abziehen.
An den Verbrennungsraum 3 schliesst sich oben der Raum innerhalb eines Rohres 12 an, durch welches die Verbrennungsluft in den Raum 3 gelangt. In dem Rohr 12 befindet sich die Ölzuführleitung 13, an deren unterem Ende die Brenndüse 14 vorgesehen
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ist. Ölbrennereinheiten dieser Art sind bekannt, so dass sich eine eingehendere Beschreibung erübrigt.
Konzentrisch um das Rohr 12, das einen Teil des senkrecht über dem Raum 3 befindlichen Ölbrenners bildet, befindet sich zunächst ein ringförmiger Raum 15, welcher an die Warmwasserzirkulation angeschlossen ist; ausserhalb hiervon befindet sieh der Boiler 2. Dieser Boiler besitzt einen Zuflussstutzen 16 und einen Abflussstutzen 17. Durch den Boiler verlaufen noch einige vertikale Wärmeaustauschrohre 18, welche oben an den ringförmigen Raum 15 und unten ebenfalls an den Warmwasser-Kreislauf angeschlossen sind.
Der Warmwasser-Kreislauf umfasst somit die Feuerglocke 4, den Hohlmantel 7, die Rohre 18, den ringförmigen Raum 15 sowie den unterhalb des Boilers gelegenen Hohlraum 19. Dieser Hohlraum wird unten durch den Boden 20 begrenzt, welcher seinerseits den sich bis über die Feuerglocke 4 erstreckenden ringförmigen Kanäl 11 abschliesst. Das Kühlwasser gelangt durch den Stutzen 22 in den Heizkessel und verlässt ihn durch den Stutzen 23. Bei 21 ist der Anschluss an einen Expansionsraum dargestellt.
Die Feuerglocke besitzt an einer Stelle einen segmentförmigen Ausschnitt 24, welcher eine seitliche Verbrennungsgas-Austrittsöffnung des Raumes 3 bildet und vorzugsweise an der Stelle der Feuerglocke vorgesehen ist, welche den Türen 25 und 26 benachbart ist. Bei der unteren Hälfte der Seitenränder dieses segmentartigen Ausschnittes befinden sich radiale Zwischenwände 27, welche an den betreffenden Stellen einen Abschluss zwischen der Feuerglocke und der Hohlwand 7 bilden.
Zwischen der Feuerglocke und der Hohlwand befinden sich ferner zwei Schikanen 28, welche oben zwischen beiden Teilen eine Absperrung bilden, unten jedoch eine Durchlassöffnung 29 freilassen. Die Schikanen 28 und der segMent- artige Ausschnitt 24 sind vorzugsweise so angeordnet, dass der Kessel zu der Schnittebene der Zeichnung symmetrisch ist. An der den Türen 25 und 26 bzw. dem Segmentausschnitt 24 -gegenüberliegenden Seite des Heizkessels befindet sich der Rauchgas-Abzug- stutzen 30.
Am unteren Ende des Verbrennungsraumes 3 befindet sich ein konisch ausgebildeter Rost 32 zur Auflage fester Verbrennungsstoffe. Der Rost besitzt zurückspringende Abschnitte 33, in welchen sich derart Bohrunaen 34 befinden, dass sie durch von oben nachrutschenden Verbrennungsstoffen, Aschenfall usw., nicht verstopft werden 'können. Der ringförmige, unter dem konisch ausgebildeten Rost befindliche, um diesen herum sich erstreckende Raum 40 ist durch die Wände 37 und 38 begrenzt. In den ringförmigen Raum 40 mündet ein Zuführstutzen 39, durch welchen Gebläseluft zugeführt werden kann.
Der Rost 32 besitzt an der der Aschentüre 26 benachbarten Stelle vorzugsweise einen segment- förmigen Ausschnitt, so dass die Oberseite des Rostes 32 sowie der Rosteinsatz 54 zur Entschlackung, Reinigung usw. jederzeit zugänglich sind.
Ausserhalb des Kessels ist ein bei 45 schematisch gezeichnetes Gebläse angeordnet, welches über ein Rohr 46 mit dem Rohr 12 verbunden ist. Das Rohr 46 besitzt eine Abzweigung 47, bei deren Einmündung eine Regelklappe 48 vorgesehen ist. Mit der Abzweigung ist ein Rohr 49 verbunden. Mittels der Regelklappe 48 kann dabei die von dem Gebläse 45 kommende Luft wahlweise in die Leitung 46 oder 49 geleitet werden oder auch in einem beliebig einstellbaren Verhältnis auf beide Rohre verteilt werden.
Die Leitung 49 stellt eine Verbindung zwischen der Abzweigung 47 und dem Aussenraum 40 des konischen Rostes 32 her, und zwar über den Rohrstutzen 39, und besitzt ein Abzweigstück 50. Ein weiteres Leitungsstück 51, in welchem ein Regelorgan 52 vorgesehen ist, verbindet das Abzweigstück 50 mit dem unterhalb des Rostes vorgesehenen Aschenraum 53. Mit Hilfe des Regelorgans 52 ist es somit möglich, einen veränderbaren Teil der durch die Leitung 49 ankommenden Gebläseluft in den Raum 53 und somit durch den mittleren Rostteil 54 des Rostes 32 in den Verbrennungsraum zu fördern.
Wird nun der Kessel ausschliesslich mit Öl betrieben, geht die Flamme von der Düse der Ölzuführ- leitung 13 aus, brennt von oben senkrecht in den Raum 3 und erhält die zur Verbrennung notwendige Primärluft von dem Gebläse 45 durch die Leitungen 46 und 12. Bei Betrieb mit Öl steht die Regelklappe 48 so, dass ein Teil der vom Gebläse gelieferten Luft in die Leitung 49 gelangt, von wo sie durch den Raum 40 in den Raum 53 unter den Rost gelangt, diesen Rost durchströmt und als Sekundärluft auf die Flamme einwirkt.
Bei ausschliesslichem Betrieb mit festem Brennstoff befindet sich dieser auf dem Rost 32. Diesmal steht die Regelklappe 48 derart, dass ein Hauptteil der Luft durch die Leitung 49 strömt, in den Raum 40 gelangt, durch die Perforationen 34 des Rostes strömt und somit als Primärluft auf das Brenngut einwirkt. Auch hier gelangt ein Teil der Luft durch die Leitung 51 in den Raum 53 unter den Rost, strömt durch den Einsatz 54 und wirkt ebenfalls auf das Brenngut ein. Die Stellung des Regelorgans 52 hängt von der Art des verwendeten Brennstoffes ab; vorzugsweise wird es jedoch beim Anheizen geöffnet. Neben der Zuführung der Primärluft durch die Leitung 49 gelangt jedoch auch durch die Leitung 46 ein Teil der Luft in den Verbrennungsraum und bewirkt hier als Sekundärluft eine bessere Verbrennung des Brennstoffes.
Weiterhin bewirkt die durch die Leitung 12 einströmende Luft, dass die Flammen der Verbrennung des festen Brennstoffes die relativ empfindliche Brennstoffdüse 14 nicht zu stark erhitzen und somit nicht schädigen. Welche Stellung der Regelklappe 48 im einzelnen gewählt wird, hängt wiederum von der Art des Brennstoffes, von der gewünschten Intensität des Verbrennungsvorganges usw. ab.
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Neben der ausschliesslichen Verwendung von festem Brennstoff und Öl können jedoch auch beide Arten gleichzeitig verwendet werden. Die Stellung der Regelklappe 48 hängt hierbei wiederum von den speziellen Betriebsbedingungen ab. Es ist jedoch in jedem Fall darauf zu achten, dass die Luft sowohl in die Leitung 46 als auch in die Leitung 49 gelangt.
Während des Brennvorganges wird - unabhängig, ob es sich um festen oder flüssigen Brennstoff handelt - das Wasser in der Glocke 4 und der Hohlwand 7 erwärmt und steigt nach oben. Das Wasser in der Glocke .erwärmt sich etwas stärker, da diese von beiden Seiten Wärme erhält. Hierdurch steigt das Wasser auf Grund der Erwärmung in der Glocke nach oben und gelangt direkt in den ringförmigen Raum 15, welcher das Rohr 12 umgibt. Hierdurch wird das im Boiler 2 befindliche Wasser erhitzt. Das durch den Zwischenraum 12 aufsteigende Wasser gibt also einen Teil seiner Wärme an das Wasser im Boiler ab und fliesst durch -die Wärmeaustauschrohre 18 in den Hohlraum 19.
Hier vermischt es sich mit dem aus der Hohlwand 7 aufsteigenden Wasser und gelangt in den Abflussstutzen 23, an welchen ein Verbraucher, beispielsweise Heizkörper, angeschlossen sind. Das Wasser verliert in dem Verbraucher einen weiteren Teil seiner Wärme und fliesst durch den Stutzen 22 in den Kessel zurück. Durch diese Anordnung wird erreicht, dass einerseits das Wasser im Boiler 2 auf einer relativ hohen Temperatur gehalten werden kann, anderseits, dass das den Kessel durch den Stutzen 23 verlassende Wasser eine relativ konstante Temperatur annimmt.
Die im Verbrennungsraum erzeugten Verbrennungsgase verlassen die Feuerglocke durch den seg- mentartigen Ausschnitt 24 und gelangen in den Ringraum 11 zwischen der Feuerglocke 4 und der Hohlwand 7. In dem Kanal 11 strömen die Rauchgase zunächst abwärts - wie dies durch den gestrichelten Pfeil angedeutet ist - da die Schikanen 28 das direkte Abströmen nach dem Abgasstutzen 30 verhindern. Die Verbrennungsgase strömen anschliessend durch die freibleibenden Räume 29 und durch den in Strömungsrichtung hinter den Schikanen liegenden Teil des Rauchkanals 11 in den Rauchgasstutzen 30, welcher beispielsweise mit einem Kamin verbunden ist.
Es sei erwähnt, dass in der Zeichnung bekannte Bauelemente bei Heizkesseln, wie Thermostaten, Flammenwächter, Regelorgane usw., nicht eingetragen wurden.
Im Gegensatz zu dem dargestellten Beispiel können auch zwei voneinander unabhängige Gebläse verwendet werden.
Kessel der beschriebenen Art eignen sich insbesondere zur fakultativen Beheizung mittels festen, vorzugsweise kurzflammigen Brennstoffen sowie mittels Öl. Sie sind insbesondere mit Vorteil zu verwenden, wo kurzzeitig mit erhöhtem Wärmebedarf gerechnet werden muss; für diesen Fall kann der Kessel dann mit beiden Brennstoffarten gleichzeitig beheizt werden.