CH622081A5

CH622081A5 -

Info

Publication number: CH622081A5
Application number: CH745177A
Authority: CH
Inventors: Hermann Josef Janssen
Original assignee: Sulzer Ag; Sonvico Ingenieur Bureau Ag
Priority date: 1977-06-17
Filing date: 1977-06-17
Publication date: 1981-03-13
Also published as: US4230445A; DE2731562A1; SE434565B; JPS547628A; BE868096A; GB1603740A; FR2394753A1; JPS6130163B2; NL7806448A; FR2394753B1; SE7806159L; ES470494A1; DE2731562C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner für flüssige und/ oder gasförmige Brennstoffe, der ausser einer Brennstoffzufuhr einen ersten inneren, mit Drallelementeni versehenen Ringraum für die Zufuhr von Frischluft und einen zweiten, um den ersten Ringraum herum angeordnet, ebenfalls mit Drallelementen versehenen Ringraum aufweist. Ein solcher Brenner ist aus der CH-PS 499 748 bekannt.

Es liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Brenner der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass bei dessen Betrieb für den in Betracht kommenden Lastbereich der NOx-Gehalt der bei der Verbrennung entstehenden Rauchgase erheblich verringert und zugleich eine gute Flammenstabilität gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der zweite Ringraum für die Zufuhr eines Rauchgas-Luft-Gemisches eingerichtet ist, dass der Brenner einen dritten, um den zweiten Ringraum herum angeordneten, von Drallelementen freien Ringraum ebenfalls für die Zufuhr eines RaUchgas-Luft-Gemisches aufweist und dass um den dritten Ringraum herum mehrere, über den Umfang des Brenners verteilte, im wesentlichen geradlinige Durchgänge für ein Rauchgas-Luft-Gemisch angeordnet sind.

Wie bei dem bekannten Brenner wird durch den ersten Ringraum eine Zone mit wenig inerten Gasen gebildet, wodurch eine hohe Zündwilligkeit für den Brennstoff erreicht wird. Der Drall der durch den ersten Ringraum zugeführten Frischluft dient dem Aufreissen des Brennstoffkegels. Dabei findet in dieser Zone eine primäre Verbrennung bei unter-stöchiometrischen Bedingungen statt, die eine NOx-Bildung erschweren. Schliesslich wird in dieser Zone eine gute Flammenstabilität erzielt, d. h. wegen der guten Zündverhältnisse kann kein Verlöschen der Flamme eintreten. Durch das er-

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findungsgemässe Zuführen eines Rauchgas-Luft-Gemisches über den zweiten Ringraum ergibt sich eine sekundäre Verbrennungszone, in der durch den relativ grossen Intertgas-anteil die Flammentemperatur innerhalb bestimmter Grenzen tief gehalten wird. Dies wirkt ebenfalls im Sinne der Erschwerung der NOx-Bildung und damit einer Tiefhaltung des NOx-Gehaltes der entstehenden Rauchgase. Durch das drallfreie Zuführen eines Rauchgas-Luft-Gemisches durch den dritten Ringraum wird der Drall der Flammengase abgebremst und damit die Vermischung der Brenngase mit dem Rauchgas-Luft-Gemisch intensiviert. Ausserdem wird die1 Gesamtmasse der Feuergase zentriert, d. h. es entsteht keine einseitige Verlagerung der Flamme. Durch das über die geradlinigen Durchgänge zugeführte Rauchgas-Luft-Gemisch wird nochmals eine gute Vermischung mit den Brenngasen erzielt, ohne dass ein neuer Drall eingeführt wird. Schliesslich trägt diese Vermischung zur vollständigen Verbrennung auch der letzten Brennstoffteilchen bei. Zusammenfassend ergibt sich also durch die Anordnung mehrerer Durchgänge sowie des dritten Ringraumes, über die bzw. den ein Rauchgas-Luft-Gemisch zugeführt wird, ein Brenner, der im Betrieb zu unerwartet tiefen NOx-Gehalten der bei der Verbrennung entstehenden Rauchgase führt, und zwar auch bei relativ kleiner Last.

Ein Ausführilngsbeispiel der Erfindung ist in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Einen Axialschnitt durch einen Brenner gemäss der Erfindung,

Fig. 2 schematisch vereinfacht einen Schnitt durch einen Dampferzeuger, der mit dem Brenner gemäss Fig. 1 versehen ist. und

Fig. 3 und 4 je eine Ansicht von abgewandelten Dampferzeugern mit je einem Brenner nach der Erfindung.

Gemäss Fig. 1 ist an der Wand 1 einer Brennkammer 92, z. B. eines Dampferzeugers, mittels mehreren Schrauben 2 eine Ringscheibe 3 aus Blech befestigt, die einen Hohlzylinder 4 aufweist, der sich durch die Wand 1 zur Brennkammer 92 hin erstreckt. Innerhalb des Hohlzylinders 4 weist die Ringscheibe 3 sechzehn Rohre 5 auf, die sich ebenfalls in Richtung zur Brennkammer 92 erstrecken und geradlinige Durchgänge für ein Rauchgas-Luft-Gemisch bilden. Der von dem Hohlzylinder 4 begrenzte Raum ist in radialer Richtung nach innen bis zum Lochdurchmesser der Ringscheibe 3 von einer Muffel 6 ausgefüllt, die aus keramischem Werkstoff besteht und durch die hindurch sich die Rohre 5 erstrecken. Die Schwerpunkte der Austrittsquerschnitte der Rohre 5 liegen auf einem Teilkreis mit dem Durchmesser Dì, der hier 1,5 mal so gross ist wie der Innendurchmesser Di der Muffel 6.

Auf der Ringscheibe 3 ist mittels der Schrauben 2 auch die Grundplatte 10 eines als Ganzes mit B bezeichneten Brenners befestigt. Die Grundplatte weist eine zentrale Öffnung von gleicher Grösse auf wie die Ringscheibe 3 und ausserdem den Rohren 5 in ihrer Anordnung und Grösse entsprechende Öffnungen 11. Auf der Grundplatte 10 ist ein zylindrischer Blechmantel 12 angeschweisst, der an seinem in Fig. 1 linken Ende ini eine ebene Frontplatte 13 übergeht. An den Blechmantel 12 ist in Fig. 1 oben ein Querschnitt rechteckiger Blechkanal 14 angeschlossen. Von einer der Durchdringungskurven zwischen Blechmantel 12 und Blechkanal 14 ausgehend erstreckt sich ein trichterförmiger Blechabschnitt 16, der sich in Richtung auf die Brennerachse verjüngt. Am in Fig. 1 linken Ende des Blechabschnittes 16, der mehrere runde Öffnungen 17 aufweist, schliesst sich ein torusförmiges Blech 18 an, das dann in einen zweiten trichterförmigen Blechabschnitt 19 übergeht, an den sich ein Blechzylinder 20 anschliesst, der sich ein Stück weit in die

Muffel 6 hinein und an dieser anliegend erstreckt. Der aus den Abschnitten 16,18,19 und 20 gebildete Blechkörper ist im Bereich der Übergangsstelle zwischen den Abschnitten 19 und 20 mit der Grundplatte 10 verschweisst.

An der Frontplatte 13 ist ein nach innen ragender zylindrischer Blecheinsatz 25 angeschweisst, der an seinem in Fig. 1 rechten Ende mit einer Ringscheibe 26 versehen ist, die an ihrer zentralen Öffnung in ein axiales Rohrstück 27 übergeht. In diesem Rohrstück 27 steckt ein Rohr 30, das mittels Schrauben 31 im Rohrstück 27 befestigt ist und das nahe seinem in Fig. 1 rechten Ende über drei radiale Stege 32 im Blechzylinder 20 abgestützt ist. Das Rohr 30 trägt an seinem in die Muffel 6 ragenden Ende mehrere nach aussen gerichtete schaufeiförmige Drallelemente 33, deren äussere Enden über einen Ring 34 miteinander verbunden sind. Der zwischen diesem Ring 34 und dem Rohr 30 gebildete und mit den Drallelementen 33 versehene Raum ist der zweite Ringraum des Brenners, wogegen der Raum zwischen dem Ring 34 und der inneren Begrenzung der Muffel 6 den dritten, von Drallelementen freien Ringraum des Brenners bildet.

Innerhalb des Rohres 30 ist ein Führungsrohr 40 angeordnet, das an seinem in Fig. 1 linken Ende über radiale Stege 42 im Rohr 30 geführt und durch Schrauben 43 gegen axiale Verschiebung gesichert ist. In Fig. 1 rechts von den Stegen 42 ist das Führungsrohr 40 mit schaufeiförmigen Drallelementen 41 versehen, die sich radial nach aussen bis zum Rohr 30 erstrecken und die einen Drall in der gleichen Richtung erzeugen wie die Drallelemente 33 im zweiten Ringraum. Der Raum zwischen dem Rohr 30 und dem Führungsrohr 40 ist der erste mit Drallelementen versehene Ringraum des Brenners. Die drei beschriebenen Ringräume schliessen also unmittelbar aneinander an.

Der von dem zylindrischen Blecheinsatz 25 mit Ringscheibe 26 begrenzte Raum wird in Fig. 1 auf seiner linken Seite von einer Deckplatte 60 begrenzt, die mittels Schrauben 8 an der Frontplatte 13 befestigt ist. Die Deckplatte 60 weist in ihrem Zentrum ein Loch mit einem sich in das Führungsrohr 40 hinein erstreckenden Rohr 62 auf, das eine Ölbren-nerlanze 51 umgibt. Die Brennerlanze 51 ist an ihrem der Deckplatte 60 benachbarten Ende über einen Kopf 80 mittels Schrauben 81 an dieser Platte befestigt. Das andere Ende der Brennerlanze 51 weist einen Zerstäuberkopf 50 auf, der über drei radial federnde Elemente 45 am Führungsrohr 40 zentrisch abgestützt ist.

Ausser der Brennerlanze 51 ist an der Deckplatte mittels Schrauben 72 ein Zündbrenner 66 befestigt, der sich in Fig. 1 oberhalb des Rohrstücks 27 bis in den Bereich des Blechzylinders 20 erstreckt. Der Zündbrenner 66 weist einen An-schluss 73 für Hochspannung auf, der in nicht näher dargestellter Weise mit einer Funkenstrecke 74 verbunden ist. Ausserdem hat der Zündbrenner 66 einen Anschluss 75 für Gas, der mit einer bunsenbrennartigen Mündung 76 in Verbindung steht. Die Brennerlanze 51 weist einen Anschluss 83 für die Zufuhr von Brennöl auf und ausserdem einen Anschluss 84 für die Zufuhr von Zerstäubungsdampf. Dem Zündbrenner 66 diametral gegenüberliegend ist an der Deckplatte 60 ein Rohrkrümmer 86 für die Zufuhr von Frischluft angebracht.

Gemäss Fig. 2 bereitet sich die vom Brenner B erzeugte Flamme in der Brennkammer 92 des als Ganzes mit D bezeichneten Dampferzeugers aus. Oberhalb der Brennkammer 92 schliesst sich ein Rauchgaszug 93 an, in dem, wie schematisch vereinfacht dargestellt, eine Heizfläche 94 angeordnet ist, in der Wasser vorgewärmt, verdampft und gegebenenfalls überhitzt wird. Die abgekühlten Rauchgase verlassen den Dampferzeuger über eine Leitung 91. Der Rohrkrümmer 86 des Brenners B ist über eine Leitung 101 mit einem

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Frischluftgebläse 100 verbunden. Für die Zufuhr von Rauchgas zum Brenner B ist am oberen Ende des Rauchgaszuges 93 eine Entnahmeleitung 106 angeschlossen, die über ein Umwälzgebläse 107 mit dem Blechkanal 14 verbunden ist. Zwischen dem Austritt des Umwälzgebläses 107 und dem 5 Brenner B'mündet in den Blechkanal 14 eine Leitung 102, die vom Austritt des Frischluftgebläses 100 abzweigt. In der Leitung 1Ô2 ist eine Drosselklappe 103 und im Blechkanal 14 stromunterhalb der Mündungsstelle der Leitung 102 ein statischer Mischer 9 angeordnet. 10

Im Betrieb des Brenners wird über die Leitung 101 und den Rohrkrümmer 86 4—20 % der vom Frischluftgebläse 100 geförderten Frischluftmenge direkt dem Brenner zugeführt und dieser Luft im ersten Ringraum zwischen dem 15 Rohr 30 und dem Führungsrohr 40 mittels der Drallelemente 41 eine Drallbewegung erteilt. Der Rest der vom Frischluftgebläse 100 geförderten Luft strömt über die Leitung 102 zum statischen Mischer 9, wo eine Mischung mit dem vom Umwälzgebläse 107 geförderten Rauchgas stattfindet. Das so gebildete Rauchgas-Luft-Gemisch gelangt dann über den Blechkanal 14 in den Brenner, in dem es sich in drei Ströme aufteilt. Ein erster Teilstrom des Gemisches gelangt über den zweiten Ringraum zwischen dem Rohr 30 und dem Ring 34 mit einer Drallbewegung, die durch die Drallelemente 33 2J erteilt wird, in die Muffel 6. Der zweite Teilstrom des Gemisches gelangt über den drittem Ringraum zwischen dem Ring 34 und der Muffel 6 ohne Drallbewegung in die Muffel und die Brennkammer 92. Der dritte Teilstrom des Gemisches strömt über die Öffnung 17 im Blechtrichter 16 in die

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von der Grundplatte 10, dem Blechmantel 12 und dem Blechkörper 16,18,19 begrenzte Verteilkammer, von der aus das Rauchgas-Luft-Gemisch über die Durchgänge 11, 5 in die Brennkammer 92 gelangt. Durch die über den ersten Ringraum zugeführte Frischluft wird das über die Brennerlanze 51 zugeführte Brennöl zunächst unterstöchiometrisch 35 verbrannt, wonach eine sekundäre Verbrennung unter Verwendung der Luftanteile des Rauchgas-Luft-Gemisches stattfindet, das über den zweiten Ringraum mit passender Turbulenz sowie über den dritten Ringraum ohne Turbuïenz zugeführt wird. Zum Zünden des Brenners, das mittels des 40 Zündbrenners 66 erfolgt, kann die Zufuhr des Rauchgas-Luft-Gemisches klein eingestellt oder ganz abgestellt werden.

Bei der Anordnung gemäss Fig. 3 fördert das Frischluftgebläse 100 nur die zur primären Verbrennung notwendige 45 Luftmenge. Die mit dem Rauchgas zugeführte sekundäre Luftmerige wird über ein Gebläse 107' zugeführt, das einerseits über die Leitung 106 Rauchgas und andererseits über einen Stutzen 111 Frischluft ansaugt. Die Mischung von

Rauchgas und Luft findet also im Gebläse 107' statt, dessen Austritt mit dem Blechkanal 14 verbunden ist. An der Mündungsstelle des Stutzens 111 in die Leitung 106 ist eine schwenkbare Klappe 112 vorgesehen, durch deren Verstellung wechselweise der Rauchgasstrom oder der Luftstrom gedrosselt werden kann. Somit lässt sich mit der Klappe 112 das gewünschte Verhältnis von Rauchgas zü Luft einstellen. Abweichend von der in Fig. 1 beschriebenen Gestaltung ist bei dem Brenner B' gemäss Fig. 3 das torusförmige Blech 18 — statt über einen trichterförmigen Blechabschnitt —

über eine ebene, rechtwinklig zur Brennerachse stehende Blechwand 115 mit dem Blechmantel 12 verbunden. Die Blechwand 115 reicht etwas in den Blechkanal 14 hinein und am Ende dieser Wand ist eine um eine horizontale Achse schwenkbare Klappe 117 vorgesehen. Durch diese Gestaltung des Brenners lässt sich die Aufteilung des Rauchgas-Luft-Gemisches auf den zweiten und den dritten Ringraum einerseits und die Durchgänge andererseits mittels Klappe 117 einstellen. Dies ist bei Betrieb des Brenners mit kleiner Last von Vorteil, weil dann die Durchgänge bevorzugt vom Rauchgas-Luft-Gemisch durchströmt werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 4 wird der Brenner B' wiederum über ein Gebläse 107' mit einem Rauchgas-Luft-Gemisch versorgt, wobei jedoch Rauchgas aus dem Rauchgaszug durch Ejektorwirkung angesaugt wird. Zu diesem Zweck sind in der Leitung 106 ein Ejektor 110 und im Stutzen 111 ein Ejektor 109 vorgesehen, wobei die Luftdüsen dieser beiden Ejektoren über eine Leitung 108 am Austritt des Frischluftgebläses 100 angeschlossen sind. An der Verzweigungsstelle der Leitung 108 ist eine Drosselklappe 120 vorgesehen, so dass die beiden Ejektoren wechselweise mit verschieden grossen Luftmengen versorgt werden können. Es ist auch möglich, nur einen der beiden Ejektoren vorzusehen.

Die Brenner B und B' können — abgesehen von dem mit Gas betriebenen Zündbrenner 66 — als reine Ölbrenner ausgebildet sein, wie der in Fig. 1 dargestellte. Die Brenner können auch als reine Gasbrenner ausgebildet sein. In diesem Falle werden mehrere Gasbrennerdüsen zweckmässig im dritten Ringraum gleichmässig über dessen Umfang verteilt angeordnet und im ersten Ringraum mindestens ein ständig brennender, mit Gas gespeister, sogenannter Stützbrenner vorgesehen. Ausser diesen beiden Ausführungsformen ist es auch möglich, die Brenner als kombinierte Brenner auszubilden, d. h. dass ein Betrieb wahlweise mit Öl und mit Gas durchgeführt werden kann. In diesem Falle weist er mehrere Gasbrennerdüsen im dritten Ringraum sowie mindestens einen Stützbrenner im ersten Ringraum auf und zusätzlich eine ölbrennerlanze im Zentrum.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

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1,2 bis 1,8 mal so gross ist wie der Innendurchmesser (Di) der Muffel (6) an ihrem Austritt

1. Brenner für flüssige und/oder gasförmige Brennstoffe, der ausser einer Brennstoffzufuhr (51) einen ersten inneren, mit Drallelementen (41) versehenen Ringraum für die Zufuhr von Frischluft und einen zweiten, um den ersten Ringraum s herum angeordneten, ebenfalls mit Drallelementen (33) versehenen Ringraum aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ringraum für die Zufuhr eines Rauchgas-Luft-Gemisches eingerichtet ist, dass der Brenner einen dritten, um den zweiten Ringraum herum angeordneten, von Drall- io elementen freien Ringraum ebenfalls für die Zufuhr eines Rauchgas-Luft-Gemisches aufweist und dass um den dritten Ringraum herum mehrere, über den Umfang des Brenners verteilte, im wesentlichen geradlinige Durchgänge für ein Rauchgas-Luft-Gemisch angeordnet sind. 15

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass der dritte Ringraum aussen von einer etwa kreiszylindrischen Fläche einer Muffel (6) begrenzt ist, in deren Wand die Durchgänge vorgesehen sind.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, 2o dass die Schwerpunkte der Austrittsquerschnitte der Durchgänge auf einem Teilkreis liegen, dessen Durchmesser (Da)

4. Brenner nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch 25 gekennzeichnet, dass die Summe der freien Querschnitte der Durchgänge 5 bis 20 %> der Austrittskreisfläche der Muffel (6) beträgt.

5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgänge parallel zur Brenner- 30 achse gerichtet sind.

6. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite und der dritte Ringraum an eine gemeinsame Verteilkammer des Brenners und die Durchgänge an eine von der Verteilkammer getrennte, 35 mit dem Rauchgas-Luft-Gemisch gespeiste Ringkammer angeschlossen sind.

7. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite und der dritte Ringraum wie auch die Durchgänge an eine gemeinsame Verteil- 40

kammer des Brenners angeschlossen sind.

8. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass er so bemessen ist, dass das Gewichtsverhältnis der insgesamt durchgesetzten Lüft zum durchgesetzten Rauchgas zwischen den Grenzen 1:4 und 4:1 liegt. 45

9. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass er so bemessen ist, dass die im ersten Ringraum durchgesetzte Frischluftmenge 4 bis 20 °/o der insgesamt im Brenner durchgesetzten Verbrennungsluftmenge beträgt. 50

10. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass für die Zufuhr von flüssigem Brennstoff eine ölbrennerdüse (50) im Zentrum des Brenners angeordnet ist.

11. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch 55 gekennzeichnet, dass für die Zufuhr von gasförmigem Brennstoff mehrere Gasbrennerdüsen im dritten Ringraum gleich-massig über dessen Umfang angeordnet sind.

12. Brenner nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,

dass im Bereich des ersten Ringraums mindestens ein Gas- 60 Stützbrenner vorgesehen ist.

13. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Drallelemente (41) im ersten Ringraum die gleiche Drallrichtung aufweisen wie die Drallelemente (33) im zweiten Ringraum. 65

14. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ringraum über eine Leitung (86,101) mit einem Frischluftgebläse (100) verbunden ist.

15. Brenner nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass an die Verteilkammer ein über ein Umwälzgebläse (107) mit einer Rauchgasentnahmeleitung (106) verbundener Kanal (14) angeschlossen ist, in den eine mit dem Frischluftgebläse (100) verbundene Leitung (102) mündet und dass in dem Kanal (14) stromunterhalb dieser Mündung ein statischer Mischer (9) vorgesehen ist.

16. Brenner nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass an die Verteilkammer ein über ein Umwälzgebläse (107') mit einer Rauchgasentnahmeleitung (106) verbundener Kanal (14) angeschlossen ist, und dass an der Rauchgasentnahmeleitung (106) ein Luftzufuhrstutzen (111) vorgesehen ist, wobei an der Mündungsstelle des Luftzufuhrstutzens (111) in die Rauchgasentnahmeleitung (106) ein Verteilorgan (112) angeordnet ist.

17. Brenner nach Anspruch 14 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass vom Austritt des Frischluftgebläses (100) eine zum Luftzufuhrstutzen (111) führende Leitung (108) abzweigt und das Ende dieser Leitung (108) zusammen mit dem sich im Querschnitt verengenden Luftzufuhrstutzen (111) einen Ejektor (109) bildet.

18. Brenner nach Anspruch 14 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass vom Austritt des Frischluftgebläses (100) eine zur Rauchgasentnahmeleitung (106) führende Leitung (108) abzweigt und das Ende dieser Leitung (108) zusammen mit einem einen sich verengenden Querschnitt aufweisenden Abschnitt der Rauchgasentnahmeleitung (106) einen Ejektor (110) bildet.

19. Brenner nach Anspruch 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Austritt des Frischluftgebläses (100) abzweigende Leitung (108) sich verzweigt und sowohl mit dem Luftzufuhrstutzen (111) als auch mit der Rauchgasentnahmeleitung (106) einen Ejektor (109,110) bildet.