Die Erfindung betrifft eine Auskleidung für heiße Verbrennungsgase
führende Verbrennungsräume und Gasführungsschächte, von der gefunden wurde, dass
sie signifikante Vorteile gegenüber bisher bekannten Auskleidungen aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen
und mit einfachen Massnahmen eine Erhöhung der Temperatur der Verbrennungsgase in
den die Verbrennungsgase führenden Verbrennungsräumen und Gasführungsschächten zu
erreichen und eine nahezu vollständige Verbrennung zu gewährleisten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Verwendung von katalytisch
wirkenden Werkstoffen als Mittel zur Verbesserung des Verbrennungsprozesses in Auskleidungen
von heiße Verbrennungsgase führenden Verbrennungsräumen und Gasführungsschächten
von Feuerstätten gelöst, wobei die Auskleidung Erhebungen und Vertiefungen aufweist
und die katalytisch wirkenden Werkstoffe zumindest in den Vertiefungen der Auskleidung
angeordnet sind. Durch die Erhöhungen der Auskleidung wird beispielsweise ein Gegenschlagen
durch feste Brennstoffe oder Ofenwerkzeuge gegen tiefer gelegene Bereiche der Auskleidung
auf einfache Weise verhindert. Zudem wird gewährleistet, dass auch bei an den Erhebungen
anliegenden festen Brennstoffen über die Vertiefungen ausreichend Luft zu diesen
Brennstoffen gelangt.
Die katalytisch wirkenden Werkstoffe können in einem die Auskleidung
bildenden feuerfesten Putz eingebracht und/oder als Beschichtung zumindest auf den
den Verbrennungsräumen zugewandten Seiten der Auskleidung auf feuerfesten Materialien
aufgebracht sein. Die Beschichtung kann beispielsweise eine katalytisch wirkende
Werkstoffe enthaltende Schlemme bilden.
Weiterhin ist es möglich, dass die Auskleidung durch Platten gebildet
ist. Auf die Platten können in Form einer Beschichtung die katalytisch wirkenden
Werkstoffe aufgebracht werden und/oder die Platten enthalten die katalytisch wirkenden
Werkstoffe. Vorzugsweise sind die Platten abnehmbar ausgebildet und können bei Beschädigung
ausgewechselt werden.
Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, dass Metalloxide, wie Eisenoxide,
Kupferoxide, Aluminiumoxide und ähnliches, die katalytisch wirkenden Werkstoffe
bilden.
Das Metalloxid kann dabei derart hergestellt werden, dass zunächst
Metall mit kleiner Masse zu großer Oberfläche, wie Metallgranulat, Metallspäne,
Metallfeile, Metallfedern oder ähnliches, in die Auskleidung und/oder die Beschichtung
der Auskleidung eingebracht wird. Nachdem die Auskleidung in der Feuerstätte und
den Gasführungsschächten angeordnet ist, wird die Feuerstätte in Betrieb genommen
und das Metall bis zum Glühen erhitzt. Das Metallgranulat oxidiert nunmehr zumindest
an der Oberfläche zum Metalloxid.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung werden die Eisenoxide als
katalytisch wirkende Werkstoffe durch FeO(Wüstit) und/oder Fe2O3
(Hämatit) und/oder Fe3O4 (Magnetit) gebildet.
Vorzugsweise beruhen die Eisenoxide auf (z. B. bei der Verhüttung
von Eisen anfallenden) Zunder.
Die Auskleidung mit den katalytisch wirkenden Werkstoffen kann auch
in Gasführungsschächten für von der Primärluft für die Verbrennung des Brennstoffes
in den Verbrennungsraum getrennt zugeführter Sekundärluft zur Verbrennung der flüchtigen
Bestandteile, wie Rauch, vorgesehen sein. Solche Gasführungsschächte für Sekundärluft
sind beispielsweise aus der DE 35 07 962
A1 bekannt.
Der Wirkungsmechanismus von Metalloxiden ist seit langem bekannt.
Die Metalloxide wirken in diesem Zusammenhang als Katalysatoren und/oder Promotoren,
die den Verbrennungsprozeß günstig beeinflußen, indem sie beispielsweise die Verbrennungsgeschwindigkeit
erhöhen und sich damit verbunden gegebenenfalls auch eine Erhöhung der Temperatur
der Rauchgase ergibt. Es kommt dabei zu einer nahezu vollständigen Verbrennung.
Die Verwendung von katalytisch wirkenden Werkstoffen nach der Erfindung
ist nachfolgend anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Feuerstätten beschrieben.
Es zeigen:
1 eine Schnittansicht einer ersten Feuerstätte
nach der Erfindung;
2 eine vergrößerte Teilschnittansicht
gemäß der Linie II-IV von 1 nach einer ersten Anwendungsform;
3 eine vergrößerte Teilschnittansicht
gemäß der Linie II-IV von 1 nach einer zweiten Anwendungsform
der Erfindung;
4 eine vergrößerte Teilschnittansicht
gemäß der Linie II-IV von 1 nach einer dritten Anwendungsform
der Erfindung;
5 eine Schnittansicht einer zweiten Feuerstätte
nach der Erfindung;
6 eine vergrößerte Teilschnittansicht
der zweiten Feuerstätte gemäß der Linie VI-VI von 5
nach der ersten Anwendungsform;
7 eine Schnittansicht eines Teils einer
Auskleidung einer dritten Feuerstätte nach der Erfindung;
8 eine Schnittansicht eines Teils einer
Auskleidung einer vierten Feuerstätte nach der Erfindung;
9 eine Draufsicht auf die Auskleidung
von 8;
10 eine schematische Schnittansicht einer fünften
Feuerstätte nach der Erfindung; und
11 eine Teilquerschnittsansicht gemäß
der Linie XI-XI von 10.
In 1 ist eine Feuerstätte 10
für feste Brennstoffe 12 im Schnitt dargestellt, die einen Verbrennungsraum
14 und einen Gasführungsschacht 16 umfaßt. Der Gasführungsschacht
16 dient als Abgasrohr und führt zu einem hier nicht dargestellten Schornstein.
Der Verbrennungsraum 14 und der Gasführungsschacht
16 sind in ihrem wandungsmäßigen Aufbau einander entsprechend ausgestaltet
und mit einer Außenwandung 18, einer inneren Isolierwandung 20
sowie einer auf die Isolierwandung 20 aufgebrachten Auskleidung
22 versehen, die die katalytisch wirkenden Werkstoffe tragen. Auf diesen
Aufbau der Wandung des Verbrennungsraumes 14 und des Gasführungsschachtes
16 wird anhand der 2 bis 4
weiter unten noch im einzelnen eingegangen.
Im Verbrennungsraum 14 ist ein Brennstoffrost 24
in bekannter Weise vom Boden des Verbrennungsraumes 14 beabstandet vorgesehen.
Auf diesem sind die das Feuerbett bildenden festen Brennstoffe 12 –
wie Holz, Braunkohle und ähnliches – angeordnet, siehe 1.
Durch die Pfeile 26 ist die Strömung des Luftsauerstoffes
bzw. der heißen Verbrennungsgase durch eine Zuführöffnung 28, den Verbrennungsraum
14 und den Gasführungsschacht 16 angedeutet.
In den 2 bis 4
sind drei verschiedene Anwendungsformen der Erfindung in einer vergrößerten Teilschnittdarstellung
der Linie II-IV von 1 dargestellt.
An die in herkömmlicher Art ausgeführte Außenwandung 18 schließt
sich die innere Isolierwandung 20 an, die aus Feuerfestmaterialien besteht.
Nach 2 ist auf die gemauerte Isolierwandung
20 ein feuerfester Putz aufgetragen worden, der die Auskleidung
22 bildet. Der Putz enthält in granulatform in den feuerfesten Putz eingebrachtes
Eisen. Das Eisen kann aber auch in Form von Späne, Feile, Federn, Draht oder ähnliches
eingebracht sein. Der aufgebrachte Putz bindet ab und härtet aus. Mit Inbetriebnahme
der Feuerstätte 10 wird das in den feuerfesten Putz eingebrachte Eisengranulat
zum Glühen gebracht und es bildet sich zumindest oberflächlich Eisenoxid, das die
katalytisch wirkende Komponente bildet.
Das Eisenoxid fördert eine Temperaturerhöhung des Verbrennungsvorganges
im Verbrennungsraum 14 und im Gasführungsschacht
16. Dadurch wird erreicht, daß eine vollständigere zügigere Verbrennung,
also Oxidation, erfolgt als ohne diese Maßnahme.
Gemäß der 3 bedecken Eisenoxide in Form
einer Beschichtung 21 die feuerfesten Trägerplatten 23, die auf
die innere Isolierwandung 20 bildenden Schamottsteine durch Verlegen aufgebracht
wurden. Die mit Eisenoxid beschichteten Trägerplatten 23 bilden die Auskleidung
22. Die Trägerplatten 23 sind abnehmbar ausgeführt, damit diese
bei Beschädigung ausgetauscht werden können.
In 4 ist eine weitere Ausführungsform
der Erfindung dargestellt. Die die innere Isolierwandung 20 bildenden Feuerfestmaterialien
sind mit einer eine weitere Beschichtung bildenden und Eisenoxide enthaltenen Schlemme
25 überzogen. Die Auskleidung 22 wird hierbei durch die mit Schlemme
25 beschichteten Feuerfestmaterialien 20 gebildet.
5 zeigt eine weitere Feuerstätte
30 mit einem Verbrennungsraum 32 und Gasführungsschächten
34. An eine Außenwandung 36 schließt sich herkömmliches Wärmedämm-
und Feuerfestmaterial 38 an.
Im oberen Bereich des Verbrennungsraumes 32 sowie in den
Gasführungsschächten 34 ist auf das feuerfeste Wärmedämm- und Feuerfestmaterial
38 eine Schicht aus Eisen- bzw. Eisenoxidgranulat 40 und Bindemittel
42 aufgebracht. Diese Schicht aus Eisen- bzw. Eisengranulat 40
und Bindemittel 42 sowie das feuerfeste Wärmedämm- und Feuerfestmaterial
38 bilden die Auskleidung 22.
In 6 ist der eben dargelegte Wandungsaufbau
im Schnitt noch einmal im Detail gezeigt. Deutlich erkennbar ist dabei das Eisen-
bzw. Eisenoxidgranulat 40, das im Bindemittel 42 eingebettet ist.
Durch Glühen wird Eisengranulat zumindest oberflächlich in Eisenoxidgranulat überführt.
Ansonsten ist die Feuerstätte 30 herkömmlicher Bauart, für
unterschiedlichste Brennstoffe, wie Gas, Öl, feste Brennstoffe und ähnliches, geeignet
und braucht daher nicht näher beschrieben werden.
7 zeigt einen Wandungsaufbau einer dritten
Feuerstätte nach der Erfindung. Die inneren feuerfesten, gegebenenfalls abnehmbar
gestalteten Isoliersteine 20, beispielsweise Schamottsteine, weisen im
Schnitt Erhebungen und Vertiefungen auf. In die Vertiefungen ist feuerfestes Wärmedämm-
und Feuerfestmaterial 38 bereichsweise eingebracht, an das sich entsprechend
der Anwendungsform gemäß 6 Bindemittel 42
mit Eisen- bzw. Eisenoxidgranulat 40 anschließt. Die Auskleidung
22 wird in diesem Fall durch das Bindemittel 42, das Eisen- bzw.
Eisenoxidgranulat und das feuerfeste Wärmedämm- und Feuerfestmaterial
38 gebildet.
Auf diese Weise wird erreicht, daß das Eisen- bzw. Eisenoxidgranulat
40 im Bindemittel 42 durch die Erhebungen der Isoliersteine
20 vor äußerer mechanischer Einwirkung durch feste Brennstoffe oder Ofenwerkzeug
nicht beschädigt wird.
Möglich ist aber auch eine Anwendungsform, in dem die feuerfesten
Erhebungen und Vertiefungen aufweisenden Isoliersteine 20 vollständig und
unmittelbar mit der Beschichtung aus Eisen- bzw. Eisenoxidgranulat 40 und
Bindemittel 42 überzogen sind. Dadurch wird erreicht, daß die wirksame
Oberfläche für den katalytisch wirkenden Werkstoff, hier Eisenoxid, erheblich vergrößert
wird.
In den 8 und 9
ist der Wandungsaufbau einer vierten Feuerstätte nach der Erfindung gezeigt. Die
innere Isolierwandung 20 aus feuerfestem Material weist kegelförmige Erhebungen
auf. Bis auf die kegelförmigen Erhebungen ist die feuerfeste Isolierwandung
20 mit feuerfestem Wärmedämmaterial 38 und Bindemittel
42 mit Eisen- bzw. Eisenoxidgranulat 40 bedeckt – entsprechend
der Verwendungsform von 6.
Die 10 und 11
zeigen eine fünfte Ausführungsform der Erfindung. Ein Wärmeerzeuger 44
mit einer Feuerstätte weist einen Feuerraum 46 auf, der sich im Innern
eines z. B. im Querschnitt viereckigen Reaktionsrohres 48 befindet.
Das Reaktionsrohr 48 besteht im wesentlichen aus Wärmedämm-
und Feuerfestmaterial. Entsprechend der anhand der 6
erläuterten Ausführungsform ist das Wärmedämm- und Feuerfestmaterial des Reaktionsrohres
48 an seiner Innenseite als auch an der Außenseite mit Bindemittel
42 und Eisen- bzw. Eisenoxidgranulat 40 beschichtet.
Innerhalb des Reaktionsrohres 48 vollzieht sich die gesamte
Oxydation des Brennstoffes, die durch die katalytischen Werkstoffe – hier
Eisenoxid – unterstützt wird.
Das Reaktionsrohr 48 umschließt einen Wärmeaustauscher
50, welcher an seinem oberen Ende über eine Rohrleitung 52 mit
einer zu erhitzenden Sekundärluft beschickt wird. Über nicht näher dargestellte
Mittel kann der Sekundärluftdurchfluß verändert werden.
Nach dem Eintritt durch die Rohrleitung 52 strömt die Sekundärluft
im Wärmeaustauscher 50 abwärts, passiert eine in diesem angeordnete Zunge
54, wird etwa in Höhe eines Brennstoffrostes 56 entlang der Zunge
54 wieder nach oben geführt, tritt in einen zum Wärmeaustauscher
50 gehörenden Nachheizraum 58 über und strömt
durch mehrere Lochreihen 60 in den Feuerraum 46 hinein.
Im unteren Teil des Reaktionsrohres 48 befindet sich der
Brennstoffrost 56. Unterhalb des Brennstoffrostes 56 ist ein Primärluftverteiler
62 angeordnet.
Über eine Rohrleitung 64 wird die gegebenenfalls drosselbare
Primärluft in den Primärluftverteiler 62 geleitet. Von dort tritt sie über
eine in der Innenschale des Primärluftverteilers 62 angeordnete geschlossene
Lochreihe 66 in den Feuerraum 46 ein.
Da der untere Bereich des Primärluftverteiler 62 und ein
Teil der Rohrleitung 64 mit heißen Rauchgasen in Berührung kommt, wird
die Primärluft etwas erwärmt; dies begünstigt zusammen mit den katalytisch wirkenden
Werkstoffen die Verbrennung und den Pyrolyseprozeß im Feuerbett.
Nachdem auf dem Brennstoffrost 56 das Brennstoffbett aufgeschüttet
und entzündet worden ist, bewegen sich die flüchtigen Brennstoffbestandteile in
Form von warmen Rauch nach oben, passieren eine jetzt offene Bypassklappe
68, einen Verteiler 70 und gelangen über ein Abgasrohr
72 zum Schornstein.
Der Primärluftdurchfluß in der Rohrleitung 64 ist auf maximale
Größe eingestellt, der Sekundärluftdurchfluß in der Rohrleitung 52 auf
eine der Rauchentwicklung angepaßte Größe, die am Anfang des Brennprozesses niedrig
ist.
Da das Feuerbett und der Rauch dank der Wärmedämmung durch das Reaktionsrohr
48 kaum Energie verlieren, erhitzt sich der Raum im Innern des Reaktionsrohres
48 rasch, wodurch auch die Temparatur der Sekundärluft schnell erhöht wird.
Hat die Temparatur der Sekundärluft die Zündtemparatur des Rauches erreicht, dann
fängt der Rauchstrom in der Höhe der Lufteinblaslöcher 60 an zu verbrennen.
Die Verbrennung wird dabei durch die katalytischen Werkstoffe 60 in der
Auskleidung, also in dem Reaktionsrohr 46, beschleunigt. Die Verbrennung
ist innerhalb des Raumes zwischen den Einblaslöchern 60 und der oberen
Kante des Reaktionsrohres 48 abgeschlossen, wodurch dieser Raum schnell
heiß wird.
Bei einer bestimmten Temperatur innerhalb des Abgasrohres
72, welche ein Maß für die Feuerleistung ist, wird die Bypassklappe
68 geschlossen, und die heißen Abgase bewegen sich in einem Ringraum
74 um das Reaktionsrohr 48 herum nach unten; dort treten sie in einen unteren
Verteiler 76 ein und gelangen über ein Rohrregister 78, über den
oberen Verteiler 70 und über das Abgasrohr 72 zum Schornstein.
Bei der gesamten Strömungsbewegung nach Verlassen des Reaktionsrohres
48 umspülen die heißen Abgase wärmeübertragende Wände, auf deren anderer
Seite sich z. B. Wasser zum Betrieb einer Heizung befindet. Das Rücklaufwasser der
Warmwasserheizung tritt z. B. durch die Öffnung 80 in den Wärmeerzeuger
44 ein, das Vorlaufwasser verläßt ihn durch Auslässe 82 und
84. Eine solche Warmwasserheizung ist nur ein vorteilhaftes Beispiel für
die Ausnutzung der Abgaswärme. Die heißen Abgase können auch auf andere Weise genutzt
werden.
Es kann zweckmäßig sein, den oberen Rand des Reaktionsrohres
48 mit einer Prallplatte 86 aus Blech teilweise abzudecken, um
den Weg des brennenden Rauches (Ausbrennlänge) innerhalb des Reaktionsrohres
48 zu verlängern. Die gesamte Feuerstätte ist von einem Isoliermantel
88 umgeben, um die Wärmeverluste nach außen hin zu verkleinern.
