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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.
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Boiler The present invention relates to a fan-operated boiler which is suitable for both the combustion of oil and solid fuel and for both combustion fuels at the same time.
The invention also relates to a method for operating the heating boiler according to the invention.
Efforts have already been made several times to produce boilers which are suitable for both solid fuel and liquid fuel combustion. For example, attempts have already been made to arrange two combustion chambers that can be fired independently of one another in a furnace. This solution is difficult to implement structurally, which also has a disadvantageous effect on the production costs.
The boiler according to the present invention is suitable for the combustion of oil and solid fuel individually and together. It has a single combustion chamber, which is closed at its lower end by a grate for supporting solid fuel parts. The boiler according to the present invention is characterized in that a) an oil burner with an air supply duct is arranged vertically above the combustion chamber, so that when oil is burned the flame burns vertically from above into the combustion chamber.
b) a fan is connected by air lines to both the space below the grate and to the air supply duct of the oil burner, c) a flap is provided at the branching point of the air line for the space below the grate and the line to the air supply duct of the oil burner, by means of which the ratio of the air quantities flowing into both lines can be set and d) the combustion chamber has at least one lateral opening for the combustion gases to flow out.
The method for operating the boiler according to the invention is characterized in that secondary air is blown into the combustion chamber during the combustion of solid fuel through the oil burner.
In the accompanying drawing, an embodiment of the boiler according to the invention is shown schematically.
The boiler has an outer casing 1 in which there is a hot water boiler 2 at the top and the combustion chamber 3 at the bottom. The combustion chamber 3 is surrounded by a fire bell 4, which consists of an inner wall 5 and an outer wall 6. Water, for example, circulates between the two walls as a heat-transferring medium. A hollow jacket 7 is provided concentrically around the fire bell and has an inner wall 8 and an outer wall 9. The space between these walls of the hollow jacket is connected to the circuit of the cooling water.
A heat-insulating intermediate layer 10 can be provided between the outer wall 9 of the hollow jacket and the outer casing 1. An annular channel 11 remains free between the outer wall 6 of the fire bell and the inner wall of the hollow jacket, through which the smoke gases can be drawn off.
At the top of the combustion space 3 is the space within a pipe 12 through which the combustion air reaches the space 3. In the pipe 12 is the oil supply line 13, at the lower end of which the burner nozzle 14 is provided
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is. Oil burner units of this type are known, so that a more detailed description is unnecessary.
Concentrically around the pipe 12, which forms part of the oil burner located vertically above the space 3, there is initially an annular space 15 which is connected to the hot water circulation; outside of this is the boiler 2. This boiler has an inflow connection 16 and an outflow connection 17. Some vertical heat exchange pipes 18 run through the boiler, which are connected to the annular space 15 at the top and also to the hot water circuit at the bottom.
The hot water circuit thus comprises the fire bell 4, the hollow jacket 7, the pipes 18, the annular space 15 and the cavity 19 located below the boiler. This cavity is delimited at the bottom by the bottom 20, which in turn extends over the fire bell 4 extending annular channel 11 closes. The cooling water enters the boiler through the nozzle 22 and leaves it through the nozzle 23. At 21, the connection to an expansion chamber is shown.
The fire bell has a segment-shaped cutout 24 at one point, which forms a lateral combustion gas outlet opening of the room 3 and is preferably provided at the location of the fire bell which is adjacent to the doors 25 and 26. In the lower half of the side edges of this segment-like cutout, there are radial partition walls 27 which form a seal between the fire bell and the hollow wall 7 at the relevant points.
There are also two baffles 28 between the fire bell and the hollow wall, which form a barrier at the top between the two parts, but leave a passage opening 29 at the bottom. The baffles 28 and the segment-like cutout 24 are preferably arranged in such a way that the boiler is symmetrical to the sectional plane of the drawing. The flue gas outlet connection 30 is located on the side of the boiler opposite the doors 25 and 26 or the segment cutout 24.
At the lower end of the combustion chamber 3 there is a conical grate 32 for supporting solid combustion materials. The grate has recessed sections 33 in which bores 34 are located in such a way that they cannot be “clogged” by combustion materials, ash fall, etc. sliding in from above. The annular space 40 located under the conical grate and extending around it is delimited by the walls 37 and 38. A feed connection 39, through which blower air can be fed, opens into the annular space 40.
The grate 32 preferably has a segment-shaped cutout at the point adjacent to the ash door 26, so that the top of the grate 32 and the grate insert 54 are accessible at all times for purification, cleaning, etc.
Outside the boiler, a blower shown schematically at 45 is arranged, which is connected to the tube 12 via a tube 46. The pipe 46 has a branch 47, at the confluence of which a control flap 48 is provided. A pipe 49 is connected to the branch. By means of the control flap 48, the air coming from the blower 45 can either be fed into the line 46 or 49 or can also be distributed over both tubes in an arbitrarily adjustable ratio.
The line 49 establishes a connection between the branch 47 and the outer space 40 of the conical grate 32, specifically via the pipe socket 39, and has a branch piece 50. Another line piece 51, in which a control element 52 is provided, connects the branch piece 50 with the ash chamber 53 provided below the grate. With the help of the control element 52 it is thus possible to convey a variable part of the blower air arriving through the line 49 into the chamber 53 and thus through the middle grate part 54 of the grate 32 into the combustion chamber.
If the boiler is now operated exclusively with oil, the flame emanates from the nozzle of the oil supply line 13, burns vertically from above into space 3 and receives the primary air necessary for combustion from the fan 45 through lines 46 and 12. During operation With oil, the control flap 48 is positioned so that part of the air supplied by the fan reaches the line 49, from where it passes through the space 40 into the space 53 under the grate, flows through this grate and acts as secondary air on the flame.
When operating exclusively with solid fuel, it is located on the grate 32. This time the control flap 48 is in such a way that a major part of the air flows through the line 49, enters the space 40, flows through the perforations 34 of the grate and thus acts as primary air the material to be fired acts. Here, too, some of the air passes through the line 51 into the space 53 under the grate, flows through the insert 54 and also acts on the material to be fired. The position of the control element 52 depends on the type of fuel used; however, it is preferably opened when heating up. In addition to the supply of primary air through line 49, however, some of the air also enters the combustion chamber through line 46 and, as secondary air, brings about better combustion of the fuel here.
Furthermore, the air flowing in through the line 12 has the effect that the flames of the combustion of the solid fuel do not heat the relatively sensitive fuel nozzle 14 too much and thus do not damage it. Which position of the control flap 48 is selected in detail, in turn, depends on the type of fuel, on the desired intensity of the combustion process, etc. from.
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In addition to the exclusive use of solid fuel and oil, both types can also be used at the same time. The position of the control flap 48 depends in turn on the specific operating conditions. In any case, however, it is important to ensure that the air reaches both the line 46 and the line 49.
During the burning process - regardless of whether it is solid or liquid fuel - the water in the bell 4 and the cavity wall 7 is heated and rises to the top. The water in the bell warms up a little more because it receives heat from both sides. As a result, the water rises due to the heating in the bell and reaches the ring-shaped space 15 which surrounds the pipe 12. This heats the water in the boiler 2. The water rising through the intermediate space 12 gives off part of its heat to the water in the boiler and flows through the heat exchange pipes 18 into the cavity 19.
Here it mixes with the water rising from the hollow wall 7 and reaches the drain connection 23, to which a consumer, for example a radiator, is connected. The water loses a further part of its heat in the consumer and flows back through the connection 22 into the boiler. This arrangement ensures that, on the one hand, the water in the boiler 2 can be kept at a relatively high temperature and, on the other hand, that the water leaving the boiler through the nozzle 23 assumes a relatively constant temperature.
The combustion gases generated in the combustion chamber leave the fire dome through the segment-like cutout 24 and enter the annular space 11 between the fire dome 4 and the hollow wall 7. In the channel 11, the flue gases initially flow downward - as indicated by the dashed arrow - there the baffles 28 prevent the direct outflow after the exhaust port 30. The combustion gases then flow through the free spaces 29 and through the part of the smoke duct 11 located behind the baffles in the flow direction into the smoke gas nozzle 30, which is connected to a chimney, for example.
It should be mentioned that well-known components in boilers, such as thermostats, flame monitors, regulating devices, etc., have not been entered in the drawing.
In contrast to the example shown, two independent fans can also be used.
Boilers of the type described are particularly suitable for optional heating using solid, preferably short-flame fuels and using oil. They are to be used particularly with advantage where a short-term increased heat demand is to be expected; in this case, the boiler can be heated with both types of fuel at the same time.