Dampfkesselanlage mit Wärmeaustausellvol-riclltullg zar Vorwärmnn der Yerbrellnungsluft. Es sind bei Dampfkesselanlagen bereits Wärmeaustauschvorrichtungen bekannt ge worden, welche zur Vorwärmung von Ver brennungsluft seitens der abziehenden Heiz gase dienen.
Diese Hilfsvoriiehtungen sind bisher in der Hauptsache aus Eisenmaterial hergestellt worden, weshalb die Helzl'IiiehO dieser Apparate, verglichen mit der Dampf kesselheizfläche, verhältnismässig beschränkt bleiben musste, da sonst diese Vorrichtungen Gefahr laufen, von den Heizgasen verbrannt und von Rost etc. zerstört zu werden. Will man nämlich mit einer solchen Vorrichtung ein beträchtliches Temperaturgefälle der abziehenden Rauchgase ausnutzen, so treten naturgemäss die Rauchgase mit hoher Tem peratur in den Apparat ein und mit nie driger Temperatur aus demselben aus.
Es kann dann leicht vorkommen, dass der Ap parat auf der Eintrittsehe verbrannt und auf der Austrittseite durch Rost- und Schwefel säurebildung angegriffen wird. Man ist also gezwungen, solche eiserne Wärmeaustausch- vorriehtungen knapp zu bemessen und sieh auf die Ausnutzung eines verhältnismässig gerin gcn @@'ar@negcfällcs in mittlerer Tem- peraturlage der Abgase zu beschränken.
Es zieht deshalb ein grosser Teil der Wärme ver loren, welulie in den A1)-asen enthalten ist, änd wau muss die I)ampfl:.esselheizflä,ehe trotz Anwendung der -U"ärnieaustausehvor- ri(-lituiig verliiiltnismiissig @Zoss bemessen.
Die vorliegende Erfindung gestattet, Dampfkesselanlagen unter Verwendung von inögliehst @vei@ig Eisenmaterial zu bauen und trotzdem (las Heizmaterial bestens auszu nützen.
Gemäss (der Erfindung besteht die T;irmcaustauschv orriclitllil@. zur Vorwärmung der Veibiennungslitft mittelst der Abgase in der Hauptsache aus Steinmaterial, wie zum Beispiel Schamotte, Ziegelstein, armiertem und unarmiertern Beton, Naturstein, Kunststein und dergleichen,
und es ist die von den Heiz gasen berührte Heizfläche des Wä.rmeaus- tauschers mindestens eben so gross wie die vom Wasser berührte Dampfkesselheizfläche. Die Einrichtung kann so getroffen sein, dass die Abgase und die vorzuwärmende Verbren nungsluft auf getrennten Wegen durch den Würmeaustauscher geführt werden und dass der Wärmeaustausch durch das Steinmaterial hindurch erfolgt.
Die Zeichnung zeigt zwei Ausführungs beispiele; das erste im Vergleiche mit einer gewöhnlichen Kesselanlage, welch letztere also keine Vorrichtung zur Vorwärmung der Verbrennungsluft besitzt.
Fig. 1 ist ein (Querschnitt, und Fig. 2 ein Grundriss einer Wasserrohr-Dampfkessel- anlage bekannter Bauart; Fis. 3 ist ein Querschnitt, und Fig. 4 ein Grundriss des als Wasserrohr-Dampf- kessel ausgebildeten ersten Beispiels.
Gemäss F'ig. 1 und 2 besteht der eigent liche Dampfkessel in der Hauptsache aus dem vordern Wasserrohrbündel 2 und dem hintern Wasserrohrbündel 4. Dazwischen ist der Dampfüberhitzer 3 angeordnet. An gebaut an den Kessel ist ein sogenannter Economiser 5, -welcher in der Hauptsache aus eisernen, vom Speisewasser durchflossenen Rohren besteht und zur Vorwärmung dieses Wassers dient. Die Feuerung des Dampf kessels ist mit 1 bezeichnet.
Die Heizgase durchziehen den Kessel von I aus im Sinne der in Fig. 1 gestrichelt gezeichneten Pfeile, indem sie zunächst das vordere Wasserrohr bündel 2, dann den Überhetzer 3, hierauf das hintere Wasserrohrbündel 4 und'schliesslich den Economiser 5 bestreichen. Die Verbren nungsluft tritt bei II im Sinne des aus gezogenen Pfeils (Feg. 1) in die Feuerung der Dampfkesselanlage.
Bei der in Fig. 3 und 4 dargestellten Anlage besteht der eigentliche Dampfkessel in der Hauptsache nur aus einem Wasser rohrbündel 22. Der Überhetzer ist hier mit 23 bezeichnet. Der Wärmeaustauscher 24 ist unmittelbar an den Kessel angebaut und be steht in der Hauptsache aus senkrecht an geordneten Ziegelrohren, welche Rohre in gemauerten Kammern untergebracht sind. Seitlich und zwischen den einzelnen Rohren befinden sich Zwischenräume. Oben und einten hingegen sind diese Zwischenräume zu gemauert. Dort ist eine obere und eine un tere Rohrmündungsebene. Die Feuerung die ser Dampfkesselanlage ist mit 21 bezeichnet.
Die Feuergase ziehen von III aus im Sinne der gestrichelt gezeichneten Pfeile zunächst durch das Wasserrohrbündel 22 und den Überhetzer 23 und hierauf durch die Rohre des Wärmeaustauschers 24, um schliesslich in den Fuchs 33 abzuziehen. Die Verbren nungsluft tritt bei 26 in den Wärmeaustau- scher 24 ein und zieht durch die zwischen den Rohren gelegenen Zwischenräume im Sinne der ausgezogenen Pfeile (Feg. 3) durch den Wärmeaustauscher 24 und hierauf durch den Kanal 27 zur Feuerung 21.
Die be schriebene Bewegung der Verbrennungsluft und der Rauchgase kann durch .den natür lichen Zug des in der Zeichnung nicht er sichtlichen Schornsteines oder durch künst lichen Saugzug erwirkt werden. Es kann aber die Verbrennungsluft auch mittelst eines nicht gezeichneten Unterwindgebläses bei 26 in den Wärmeaustauscher und durch diesen hin durch zur Feuerung 21 gepresst werden.
Die eingezeichneten, verschliessbaren Offnun- gen 28 dienen zur Reinigung des WärmP- austauschers. Wenn an dem unter dem Wärmeaustauscher angeordneten Kanal 29 die Klappe 30 geöffnet und gleichzeitig die Klappen 31 und 32 geschlossen werden, ziehen die Rauchgase des Dampfkessels un ter Umgehung des Z'V@ä.rmeaustauschers di rekt in den Fuchs 33. Dadurch kann der Wärmeaustauscher beispielsweise zwecks Reinigung ausser Betrieb gesetzt werden.
Die Verbrennungsluft wird beim Durch ziehen des Wärmeaustauschers seitens der Heizgase vermittelst der Wärme erwärmt, welche durch die Wandungen der Ziegel rohre herausdrinbt. Diese Wärmemenge wird also der Feuerung wieder zugeführt, und es erhöht diese Vorwä.rmung der Verbrennungs luft die Vollständigkeit und Raschheit des Verbrennungsvorganges, die Leistungsfähig- keit der Feuerung und die Verfeuerbarkeit minderwertiger Brennstoffe. Auch lä.sst sich mit dieser Vorwärmung eine gesteigerte Tem peratur im Feuerraum erzielen.
Die Luft- vorwärmung und die in der Steinmasse des Wärmeaustauschers aufgespeicherte Wärme stabilisieren die Heizwirkung der Feuerung und verhindern den schädlichen Eintritt von kalter, sogenannter falscher, Luft.
Fig. 1 und 2 einerseits und Fig. 3 und 4 anderseits sind in gleichem Massstabe dar gestellte Dampfkesselanlagen gleicher Dampf leistung und gleichen Wirkungsgrades. Die vom Wasser berührte Dampfkesselheizfläche der Anlage nach Fig. 3 und 4 misst bei diesem Beispiel nur etwa die Hälfte der wasserberührten Dampfkesselheizfläche der Anlage nach Fig. 1 und z.
Bei der Anlage nach Fig. 3 und 4 ist die von den Heiz gasen berührte Heizfläche des Wärmeaus- tauschers etwa das 3,5fache der vom Was ser berührten Dampfkesselheizfläche des Kessels 22. Die Eisenteile der Anlage nach Fig. 3 und 4 wiegen nur zirka 40 /o der Eisenteile, welche die Anlage nach Fig. 1 und 2 aufweist. Gemäss der Erfindung aus geführte Kesselanlagen werden daher zu meist auch einen geringeren Transportauf wand verursachen, als bisher nötig war.
Im allgemeinen müssen nämlich bei Kessel erstellungen, und insbesondere in den soge- nannten Exportländern, die Eisenteile von weiter her beschafft werden als das übrige Baumaterial, aus welch letzterem ein nach vorliegender Erfindung ausgebildeter Wärme- austauscher hergestellt wird.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens ist durch die Fig. 5, 6, 7 und 8 wiedergegeben, und zwar in Form eines Einflammrohr-Wellrolr-Dampfkessels mit darunter angeordnetem Wä.rmeaustau- scher. Fig. 5 ist ein mittlerer Vertikalschnitt durch die Längsachse des Dampfkessels und des Wärmeaustauschers;
Fig. 6 ist ein Ho rizontalschnitt nach A-A in Fig. 5 und 8, und Fig. 7 ein ebensolcher Schnitt nach B-B von Fig. 5 und 8; Fig. 8 ist ein vertikaler Querschnitt nach C-C von Fig. 5.
Der Dampfkessel 42 ist auf den Quer balken 43 gelagert. Der Wärmeaüstauscher 44 besteht in der Hauptsache aus Form steinen, welche, wie gezeichnet, derart be schaffen und zusammengebaut sind, dass sie Längskanäle für die Rauchgase und Quer- züge für die Verbrennungsluft bilden.
Seit lieb, sowie vor und hinter den Formsteinen sind Kanäle vorgesehen für die Rauchgase und für die Verbrennungslift, sowie für die Reinigung des Wärmeaustausehers. Die Feuergase ziehen im Sinne der gestrichelt gezeichneten Pfeile vom Rost aus zunächst durch das Flammrohr nach hinten, dann im zweiten Zuge seitlich und unterhalb des Dampfkessels nach vorn und hierauf im dritten Zuge seitlich und unterhalb des Dampfkessels nach hinten.
Dort treten sie durch die geöffnete Klappe 51 in den Wärme- austauscher 44, ziehen im obern Bereiche des letzteren durch die parallel zur Zeich nungsebene verlaufenden Kanäle 44a nach vorn und alsdann im untern Bereiche durch die Kanäle 44b wieder zurück nach hinten, um schliesslich durch die geöffnete Klappe. 52 in den Fucbs 53 zu entweichen. Die Ver brennungsluft wird im Sinne der aus gezogenen Pfeile unten bei 46 (Fig. 6) zu geführt, durchströmt zunächst den untern und dann den obern Bereich des Wärme austauschers in je einem schlangenförmigen Zuge, um schliesslich bei 47 in die Feue rung 41 zu treten.
Es strömen also hier, wie beschrieben, im Bereiche des gegen seitigen Wärmeaustausches die Wärme ab gebenden Gase von oben nach unten und die erwärmte Luft von unten nach oben, wel che Anordnung bekanntlich die Zugverhält nisse begiinstigt. Der Umführkanal 49 dient wiederum zur Ausschaltung des Wärmeaus- tauschers. Dreht man die beiden in Fig. 5 in vertikaler Stellung ersichtlichen Klappen 51 und 52 je in die horizontale Lage, so ziehen die R.aucbgase unter Umgehung des Wärmeaustauschers 44 vom Raume 54 un mittelbar in den Fuchs 53.
Mit analogen, nicht gezeichneten Mitteln kann man selbst verständlich auch die Verbrennungsluft un ter Umgehung des Wärmeaustauschers direkt zur Feuerung leiten.
Steam boiler system with heat exchange vol-riclltullg zar preheating of the combustion air. There are already known ge heat exchange devices in steam boiler systems, which are used to preheat Ver combustion air on the part of the withdrawing heating gases.
These auxiliary devices have so far mainly been made of iron material, which is why the use of these devices had to remain relatively limited compared to the steam boiler heating surface, since otherwise these devices run the risk of being burned by the heating gases and destroyed by rust, etc. . If you want to take advantage of a considerable temperature gradient of the exhausting flue gases with such a device, the flue gases naturally enter the apparatus at a high temperature and exit the same at a never driger temperature.
It can then easily happen that the appliance on the entry side is burned and attacked on the exit side by the formation of rust and sulfuric acid. So one is forced to tightly measure such iron heat exchange devices and to limit the use of a relatively small amount of the exhaust gases in the middle temperature range.
A large part of the heat that is contained in the A1) phases is therefore lost, and what must the ampfl: .essel heater surface before it is measured despite the use of the -U "heat exchange device (-lituiig.
The present invention allows steam boiler systems to be built using inögliehst @ vei @ ig iron material and nevertheless to make optimal use of the heating material.
According to (the invention, the T; irmcaustauschv orriclitllil @. For preheating the Veibiennungslitft by means of the exhaust gases consists mainly of stone material, such as fireclay, brick, reinforced and unreinforced concrete, natural stone, artificial stone and the like,
and the heating surface of the heat exchanger in contact with the hot gases is at least as large as the steam boiler heating surface in contact with the water. The device can be designed so that the exhaust gases and the combustion air to be preheated are passed through the worm exchanger on separate paths and that the heat exchange takes place through the stone material.
The drawing shows two execution examples; the first in comparison with an ordinary boiler system, which the latter has no device for preheating the combustion air.
1 is a (cross-section, and FIG. 2 is a plan view of a water-tube steam boiler system of a known type; FIG. 3 is a cross-section and FIG. 4 is a plan view of the first example designed as a water-tube steam boiler.
According to Fig. 1 and 2, the actual steam boiler consists mainly of the front water tube bundle 2 and the rear water tube bundle 4. In between, the steam superheater 3 is arranged. A so-called economiser 5 is attached to the boiler, which mainly consists of iron pipes through which the feed water flows and serves to preheat this water. The furnace of the steam boiler is denoted by 1.
The heating gases run through the boiler from I in the sense of the arrows drawn in broken lines in FIG. 1 by first brushing the front bundle of water pipes 2, then the overheater 3, then the rear bundle of water pipes 4 and finally the economiser 5. The combustion air enters the furnace of the steam boiler system at II in the sense of the solid arrow (Fig. 1).
In the system shown in FIGS. 3 and 4, the actual steam boiler consists mainly of a bundle of water tubes 22. The overheating agent is denoted by 23 here. The heat exchanger 24 is attached directly to the boiler and be available mainly from vertically arranged brick pipes, which pipes are housed in brick chambers. There are gaps to the side and between the individual tubes. Above and together, however, these spaces are too bricked up. There is an upper and a lower pipe mouth level. The firing of this steam boiler system is denoted by 21.
The fire gases move from III in the sense of the dashed arrows first through the water tube bundle 22 and the overheater 23 and then through the tubes of the heat exchanger 24, to finally withdraw into the fox 33. The combustion air enters the heat exchanger 24 at 26 and moves through the spaces between the pipes in the direction of the solid arrows (Fig. 3) through the heat exchanger 24 and then through the channel 27 to the furnace 21.
The described movement of the combustion air and the flue gases can be brought about by the natural draft of the chimney, which is not visible in the drawing, or by artificial induced draft. However, the combustion air can also be pressed into the heat exchanger at 26 by means of an underwind fan (not shown) and through it through to the furnace 21.
The closable openings 28 shown serve to clean the heat exchanger. When the flap 30 is opened on the channel 29 located below the heat exchanger and the flaps 31 and 32 are closed at the same time, the flue gases from the steam boiler draw directly into the fox 33, bypassing the Z'V@ä.rmeaustauschers. This allows the heat exchanger for example, be taken out of service for cleaning.
When the heat exchanger is pulled through, the combustion air is heated by the heating gases by means of the heat that drins out through the walls of the brick pipes. This amount of heat is fed back into the furnace, and this preheating of the combustion air increases the completeness and speed of the combustion process, the efficiency of the furnace and the burnability of inferior fuels. This preheating can also be used to achieve an increased temperature in the combustion chamber.
The air preheating and the heat stored in the stone mass of the heat exchanger stabilize the heating effect of the furnace and prevent the harmful entry of cold, so-called false air.
Fig. 1 and 2 on the one hand and Fig. 3 and 4 on the other hand are in the same scale is asked steam boiler systems of the same steam power and the same efficiency. The water-contacted steam boiler heating surface of the system according to FIGS. 3 and 4 measures in this example only about half of the water-contacted steam boiler heating surface of the system according to FIG.
In the system according to FIGS. 3 and 4, the heating surface of the heat exchanger in contact with the heating gases is approximately 3.5 times the steam boiler heating surface of the boiler 22 in contact with water. The iron parts of the system according to FIGS. 3 and 4 weigh only about 40 / o of the iron parts which the system according to FIGS. 1 and 2 has. According to the invention from out-run boiler systems will therefore usually also cause a lower cost of transport than was previously necessary.
In general, when boilers are manufactured, and especially in the so-called exporting countries, the iron parts must be procured from further away than the rest of the building material from which a heat exchanger designed according to the present invention is made.
Another embodiment of the inventive concept is shown in FIGS. 5, 6, 7 and 8, namely in the form of a single-flame tube Corrugated roller steam boiler with a heat exchanger arranged below. Fig. 5 is a central vertical section through the longitudinal axis of the boiler and heat exchanger;
Fig. 6 is a horizontal section along A-A in Figs. 5 and 8, and Fig. 7 is a similar section along B-B of Figs. 5 and 8; FIG. 8 is a vertical cross section along C-C of FIG. 5.
The steam boiler 42 is mounted on the cross bar 43. The heat exchanger 44 consists mainly of shaped stones, which, as shown, create and are assembled in such a way that they form longitudinal channels for the flue gases and cross-passages for the combustion air.
Since lieb, as well as in front of and behind the shaped stones, channels are provided for the flue gases and for the combustion elevator, as well as for cleaning the heat exchanger. The fire gases move in the sense of the dashed arrows from the grate first through the flame tube to the rear, then in the second pass to the side and below the steam boiler forwards and then in the third pass to the side and below the steam boiler to the rear.
There they pass through the open flap 51 into the heat exchanger 44, pull in the upper area of the latter through the channels 44a running parallel to the plane of the drawing and then in the lower area through the channels 44b back again to the rear, finally through the open flap. 52 to escape in the Fucbs 53. The combustion air is fed in the direction of the solid arrows down at 46 (Fig. 6), first flowing through the lower and then the upper area of the heat exchanger in a serpentine course, to finally step into the fire 41 at 47 .
So here, as described, in the area of mutual heat exchange, the heat-emitting gases flow from top to bottom and the heated air from bottom to top, which arrangement is known to favor the draft conditions. The bypass channel 49 in turn serves to switch off the heat exchanger. If the two flaps 51 and 52, which can be seen in the vertical position in FIG. 5, are each rotated into the horizontal position, the exhaust gases, bypassing the heat exchanger 44, pull directly from the room 54 into the fox 53.
With analogous means, not shown, you can of course also direct the combustion air directly to the furnace, bypassing the heat exchanger.