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Heizkessel für Warm- oder Heisswassererzeugung Die gebräuchlichsten Ausführungsformen von Dampf- und Heizkesseln sind Flammrohr-Rauchrohr- Kessel bzw. eine Brennkammer aufweisende Rauchrohr-Kessel, bei denen die Feuerungsgase nach Verlassen der Brennkammer in einem oder mehreren parallel zur Längsachse des Kessels gerichteten Zügen durch ein System von Rauchrohren geführt werden, mit dem Zweck, dass sie ihre Wärme an das sich um die Rauchrohre befindliche Wasser abgeben und schliesslich abgekühlt, mit einer entsprechend wirtschaftlich erstrebenswerten Abgastemperatur. in den Rauchfuchs bzw. den Schornstein des Kessels gelangen.
Diesen Kesseln haftet jedoch ein grosser Mangel an; jene Rohrplatte, in der die Rauchrohre eingewalzt oder eingeschweisst sind und welche als erste von den aus der Brennkammer strömenden Heizgasen bestrichen bzw. durchströmt wird. ist infolge des Umstandes. dass die Heizgase an dieser Stelle die höchste Anfangstemperatur auf dem folgenden Abkühlungsprozess auf dem Serömun2swege durch die Rauchrohre besitzen, thermisch am höchsten beaufschlagt. was häufig zur überhitzune und Cberbeanspruchung des Materiales dieser Rohrplatte und der darin einmündenden Rohrenden führt. Es entstehen, insbesondere bei Dreizugkesseln, die bekannten und gefürchteten Stegrisse, deren Behebung umfangreiche und kostspielige Reparaturen erfordert.
Bei Dampfkesseln ist die vorgeschilderte Gefahr einer Überhitzung geringer als bei Heizkesseln für Warm- oder Heisswassererzeugung, da der wasserseitige Wärmeübergang, wegen der durch die aufsteigenden Dampfblasen entstehenden heftigen Turbulenz, ausserordentlich hoch ist und daher der hohen feuer- seith_en Beaufschlagunu eine entsprechend hohe Wärmeabfuhr wasserseitig gegenübersteht.
Anders ist dies bei Grosswasserraum-Heizkesseln für Warm- oder Heisswasser: obwohl das im Kessel erwiirntte Heizwasser meist mittels einer Pumpe von der Kessel-Vorlaufleitung über die Wärmeverbraucher ab- "ekiililt dem Ke;
sel wieder durch die Riicklaufleitun@a zugeführt wird, ist die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers im Kessel bzw. an den Heizflächen des Kessels, insbesondere bei Kesseln grösserer Dimensionen, so niedrig, dass praktisch der geringe Wärmeübergang wie von ruhendem Wasser an Heizflächen vorliegt und, mangels genügender wasserseitiger Kühlung, die Rohrplatte des der Verbrennungskammer folgenden ersten Rauchzuges überhitzt wird.
Ausserdem besteht die Möglichkeit, dass bei Kesseln, die unter niederem statischen Wasserdruck arbeiten und deren Vorlauftemperaturen nahe dem Siedepunkt des Wassers liegen, das Wasser an dieser Stelle infolge seiner geringen Bewegung. zur Verdampfung kommt. Die Folge da%on ist. dass sich besonders an dieser Stelle. bei nicht einwandfrei aufbereitetem Kesselwasser. Kesselstein und Schlamm absetzen. wodurch sich der wasserseitige Wärmeübergang noch weiter wesentlich verschlechtert und die Überhitzung der Rohrplatte mit den Rohrenden ein Ausmass erreicht, bei dem die Festigkeit des Nilatriales so stark abgemin- dert wird, dass es zu den vorerwähnten Schäden kommt.
Dazu kommt noch. dass bei Heizkesseln, die mit öl- oder Gasfeuerung betrieben werden, zur Regelung der Wärmeleistung die Brenner meist intermittie- rend arbeiten. wodurch einer Cberhitzung der Rohrwand während des Betriebes eine Abkühlung bei abgestelltem Brenner folgt, was zu einer unerwünschten Wechselbeanspruchung, insbesondere der erwähnten Rohrplatte und der dazugehörigen Rohrenden, führt und den Zerstörungsprozess b:schleunigt.
Die Erfindung bezweckt nun, bei einem Heizkessel zur Warm- oder Heisswassererzeugung mit einem Flammrohr oder einer Brennkammer und Rauchrohren, die in Rohrplatten befestigt sind, insbesondere für öl- oder Gasfeuerung, wobei der Rücklauf des durch eine Pumpe in Bewegung gehaltenen Wasserstromes von oben in den Wasserraum des Kessels einmündet, jene gefährdete Rohrplatte, welche von den aus der Brennkantmer strömenden Heizgasen als erste bestrichen bzw. durchströmt wird, vor Überhitzung und was-
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serseitiger Ablagerung schützen zu können.
Dies erfolgt erfindungsgemäss dadurch, dass der Rücklauf in eine Kammer mündet, die mit dem Wasserraum in Verbindung steht und die im Bereich jener Rohrwand angeordnet ist, an der die Heizgase in der Rauchrohre strömen.
Die Kammer kann durch eine Schottwand abgeteilt sein, durch die die Rauchrohre unter Freilassung von Spiel für den Wasserdurchtritt hindurchgeführt sind. Bei Kesseln mit einem zylindrisch ausgebildeten Flamm- rohr bzw.
mit einer zylindrisch ausgebildeten Brenn- kammer kann die Schottwand um diese bis in den unteren Teil des Wasserraumes herumgeführt werden und kann dort eine Durchtrittsöffnung für das Wasser frei lassen. Es genügt, die Kammer in dem Querschnittsbe- reich des Wasserraumes anzuordnen, der Rauchrohre aufnimmt, wobei die Kammer unten eine Durchtritts- öffnung für Wasser aufweisen kann.
Der zwangsläufig durch die Pumpe in Bewegung gehaltene Wasserstrom des Rücklaufwassers aus dem Heizsystem wird bei dem erfindungsgemässen Kessel so an die Rohrplatte herangeführt, dass der feuerseitig höchstbelasteten Heizfläche wasserseitig, durch eine hohe Strömungsgeschwindigkeit, in Verbindung mit der niedersten im Kessel vorkommenden Wassertemperatur, ein höchstes Mass von Abkühlung gegenübersteht. Ausserdem wird an dieser Stelle eine Ablagerung von Kesselstein und Schlamm dadurch vermieden, dass durch die Bewegungsenergie des Wasserstromes Schlammablagerungen laufend weggespült werden, die Kristallisation von Kesselstein verhindert werden können und ein grösstmögliches Temperaturgefälle zum Siedepunkt des Kesselwassers erzielt werden kann, so dass die Entstehung von Dampfblasen unmöglich ist.
Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnung erläutert, die zwei beispielsweise Ausführungsformen von Heizkesseln mit Rauchrohren schematisch und beispielsweise darstellt. Es zeigt: Fig. 1 eine Einzelheit der einen Ausführungsform im Längsschnitt und Fig.@2 eine Einzelheit der zweiten Ausführungsform im Längsschnitt.
Der Zweizug-Kessel gemäss Fig.l ist mit einer zylindrischen Brennkammer 3 versehen. Eine vorteil- hafterweise in Scharnieren gelagerte Heizungstüre 13 trägt den öl- oder Gasbrenner 2, welcher das Brennstoff-Luft-Gemisch im wesentlichen achsparallel in die zylindrische Brennkammer 3 einbläst.
Die Feuergase sind gezwungen. am hinteren Boden der Brennkammer umzukehren und entlang der Brennkammerwand, entgegen der Einblasrichtung nach vorne zu strömen, wo sie in einer vorderen Umkehrkammer 15 um 180 umeelenkt werden und durch die Rauchrohre 6, welche konzentrisch um die zylindrische Brennkammer 3 angeordnet sind, nach hinten in der Längsrichtung den Kessel durchströmen, in eine Rauchkammer gelangen und durch eine nicht dargestellte Rauchabzugsöffnung in den Kamin geleitet werden. Ausserhalb der Brenn- kammer 3 und um die Rauchrohre 6 befindet sich das Kesselwasser. an welches die Rauchgase die Wärme abgeben.
Die Rohrplatte 5 erfährt die höchste W'ärme- beaufschlaeun2, da die. Heizgase, die Brennkammer 3 verlassend. im heissesten Zustand diese Wand 5 bestreichen bzw. durchströmen. Das erhitzte Kesselwasser verliissc im Vorlauf den Kessel.
wird durch eine Pumpe durch dir 11 ärmcverbrau eher geleitet und ge- langt durch die Rücklaufleitung 11 abgekühlt wieder in den Kessel. Gemäss der Erfindung wird der Wasserstrohs im Bereich der thermisch höchstbeaufschlagten Rohrwand 5 in eine Wasserkammer 20 geleitet, so dass die hoch beaufschlagte Heizfläche oder Rohrwand 5 mit hoher Wassergeschwindigkeit und relativ niedriger Wassertemperatur gekühlt wird. Die Kammer 20 ist durch eine Schottwand 19 abgeteilt,
die um die Brenn- kammer 3 herumgeführt ist und unten eine Durchtritts- öffnung 21 für das in den Wasserraum zurückgeführte Wasser freilässt. Das Wasser strömt auch entlang der mit Spiel durch die Schottwand 19 hindurchgeführten Rauchrohre 6 aus der Wasserkammer 20 in den Wasserraum des Kessels.
In Fig.2 ist ein Kessel veranschaulicht, bei dem die Heizgase aus der Brennkammer 3 in eine Umkehrkammer 4 strömen, in welcher sie im Sinne der strichhert gezeichneten Pfeile umgelenkt werden, die Rohrplatte 5 bestreichen und die in diese mündenden Rauchrohre 6 in Richtung nach vorne durchströmen. Auch bei dieser Ausführungsform ist durch eine Schottwand 19 eine Wasserkammer 20 abgeteilt, in die der Rücklauf 11 mündet, um die Rohrwand 5 zu kühlen. Die Rauchrohre 6 sind durch die Schonwand 19 mit Spiel hindurchgeführt. Die Kammer 20 erstreckt sich über den Querschnittsbereich des Wasserraumes, in welchem die Rauchrohre 6 angeordnet und nach unten hin offen sind.
Statt der Brennkammer kann in beiden vorbe- schriebenen Ausführungsbeispielen auch ein Flamm- rohr vorgesehen werden.
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Boilers for warm or hot water generation The most common designs of steam and heating boilers are flame tube / smoke tube boilers or smoke tube boilers with a combustion chamber, in which the combustion gases after leaving the combustion chamber in one or more puffs directed parallel to the longitudinal axis of the boiler System of smoke pipes are led, with the purpose that they give off their heat to the water around the smoke pipes and finally cooled, with a correspondingly economically desirable exhaust gas temperature. get into the smoke duct or the chimney of the boiler.
There is, however, a great defect in these boilers; that tube sheet into which the smoke tubes are rolled or welded and which is the first to be coated or flowed through by the heating gases flowing out of the combustion chamber. is due to the circumstance. that the hot gases at this point have the highest initial temperature on the subsequent cooling process on the Serömun2swege through the smoke tubes, thermally exposed to the highest. which often leads to overheating and excessive stress on the material of this tube plate and the tube ends opening into it. Especially with three-pass boilers, the well-known and dreaded web cracks occur, the removal of which requires extensive and costly repairs.
In the case of steam boilers, the above-mentioned risk of overheating is lower than in the case of boilers for warm or hot water generation, because the water-side heat transfer is extremely high due to the violent turbulence caused by the rising steam bubbles and therefore the high fire-side exposure is countered by a correspondingly high heat dissipation on the water side .
This is different with large water room boilers for warm or hot water: although the heating water heated in the boiler is mostly diverted from the boiler flow line via the heat consumer by means of a pump;
sel is fed back through the return line, the flow rate of the water in the boiler or on the heating surfaces of the boiler, especially in the case of boilers of larger dimensions, is so low that practically the low heat transfer as from resting water is present on the heating surfaces and, in the absence of it, sufficient water-side cooling, the tube plate of the first flue that follows the combustion chamber is overheated.
There is also the possibility that in the case of boilers that work under low static water pressure and whose flow temperatures are close to the boiling point of the water, the water at this point is due to its slight movement. comes to evaporation. The consequence is that% is on. that is special at this point. if the boiler water has not been properly treated. Settle scale and sludge. as a result, the water-side heat transfer deteriorates even further and the overheating of the tube plate with the tube ends reaches an extent at which the strength of the Nilatrial is so greatly reduced that the aforementioned damage occurs.
Additional to that. that in boilers that are operated with oil or gas combustion, the burners usually work intermittently to regulate the heat output. whereby overheating of the tube wall during operation is followed by cooling when the burner is switched off, which leads to undesirable alternating stress, in particular to the tube plate mentioned and the associated tube ends, and accelerates the destruction process.
The invention now aims at a boiler for warm or hot water production with a flame tube or a combustion chamber and smoke tubes which are fastened in tube plates, in particular for oil or gas firing, the return of the water flow kept in motion by a pump from above into the The water space of the boiler opens out, that endangered tube plate, which is first coated or flowed through by the heating gases flowing out of the combustion chamber, from overheating and what-
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to be able to protect external deposits.
According to the invention, this takes place in that the return flows into a chamber which is connected to the water space and which is arranged in the region of that pipe wall on which the heating gases in the smoke pipes flow.
The chamber can be partitioned off by a bulkhead through which the smoke tubes are passed, leaving free play for the passage of water. In the case of boilers with a cylindrical flame tube or
With a cylindrically designed combustion chamber, the bulkhead can be led around this into the lower part of the water space and can leave a passage opening for the water there. It is sufficient to arrange the chamber in the cross-sectional area of the water space that accommodates smoke tubes, the chamber being able to have a passage opening for water at the bottom.
The water flow of the return water from the heating system, which is inevitably kept in motion by the pump, is fed to the tube plate in the boiler according to the invention in such a way that the heating surface with the highest load on the fire side, due to a high flow velocity, in connection with the lowest water temperature occurring in the boiler, has the highest level of cooling. In addition, a deposit of scale and sludge is avoided at this point by the fact that sludge deposits are continuously flushed away by the kinetic energy of the water flow, the crystallization of scale can be prevented and the greatest possible temperature gradient to the boiling point of the boiler water can be achieved, so that the formation of steam bubbles is impossible.
Details of the invention are explained with reference to the drawing, which shows two exemplary embodiments of boilers with flue pipes schematically and for example. 1 shows a detail of the one embodiment in longitudinal section and FIG. 2 shows a detail of the second embodiment in longitudinal section.
The two-pass boiler according to FIG. 1 is provided with a cylindrical combustion chamber 3. A heating door 13, advantageously mounted in hinges, carries the oil or gas burner 2, which blows the fuel-air mixture into the cylindrical combustion chamber 3 essentially parallel to the axis.
The fire gases are forced. to reverse at the rear floor of the combustion chamber and flow along the combustion chamber wall, against the injection direction forwards, where they are deflected by 180 in a front reversing chamber 15 and through the smoke tubes 6, which are arranged concentrically around the cylindrical combustion chamber 3, backwards in the Flow through the boiler in the longitudinal direction, enter a smoke chamber and be directed into the chimney through a smoke vent, not shown. The boiler water is located outside the combustion chamber 3 and around the smoke tubes 6. to which the flue gases give off the heat.
The tube plate 5 experiences the highest heat exposure2 because the. Heating gases leaving the combustion chamber 3. coat or flow through this wall 5 in the hottest state. The heated boiler water left the boiler in the flow.
is passed through the heat exchanger by a pump and is cooled down through the return line 11 and returned to the boiler. According to the invention, the water straw is passed into a water chamber 20 in the region of the tube wall 5 that is thermally exposed to the highest level, so that the highly exposed heating surface or tube wall 5 is cooled with high water velocity and relatively low water temperature. The chamber 20 is partitioned off by a bulkhead 19,
which is led around the combustion chamber 3 and leaves a passage opening 21 free at the bottom for the water returned into the water space. The water also flows along the smoke tubes 6, which are passed through the bulkhead 19 with play, from the water chamber 20 into the water space of the boiler.
2 shows a boiler in which the heating gases flow from the combustion chamber 3 into a reversing chamber 4, in which they are deflected in the sense of the dashed arrows, brush the tube plate 5 and the smoke tubes 6 opening into it in the forward direction flow through. In this embodiment too, a bulkhead 19 divides a water chamber 20 into which the return 11 opens in order to cool the pipe wall 5. The smoke tubes 6 are passed through the protective wall 19 with play. The chamber 20 extends over the cross-sectional area of the water space in which the smoke tubes 6 are arranged and are open at the bottom.
Instead of the combustion chamber, a flame tube can also be provided in both of the above-described exemplary embodiments.