DE10142444B4 - Brennkammer für einen mit Festbrennstoffen beheizbaren Kessel - Google Patents

Brennkammer für einen mit Festbrennstoffen beheizbaren Kessel Download PDF

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Abstract

Brennkammer für einen mit Festbrennstoffen beheizbaren Kessel, bestehend aus einem feuerfesten, quaderförmigen Formkörper (3), der einen liegenden, zylindrischen Brennraum (4) mit einem Saugzuganschluss (5) und einem auf der Quaderseite (6) vorgesehenen Rauchgaszutritt (8) in Form eines zumindest im Wesentlichen tangential in den Brennraum (4) mündenden Rauchgaskanals (9) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass der auf dem Kesselboden aufsitzende Formkörper (3) aus wenigstens zwei Teilkörpern (12, 13) zusammengesetzt ist, deren Trennfläche (14) im Bereich der Zylinderachse des Brennraums (4) parallel zur Quaderseite (6) des Rauchgaszutritts (8) verläuft, und dass die Teilkörper (12, 13) im Bereich der Trennfläche (14) den Brennraum (4) umschließende Nut-Federverbindungen (15) aufweisen. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper (3) auf der Bodenseite (17) eine Freistellung der übrigen Bodenfläche ergebende Stützansätze (18) bildet.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf Brennkammer für einen mit Festbrennstoffen beheizbaren Kessel, bestehend aus einem feuerfesten, quaderförmigen Formkörper, der einen liegenden zylindrischen Brennraum mit einem Saugzuganschluß und einem auf einer Quaderseite vorgesehenen Rauchgaszutritt in Form eines zumindest im Wesentlichen tangential in den Brennraum mündenden Rauchgaskanals bildet.
  • Bei Kesseln, die mit Festbrennstoffen beheizt werden, ist es bekannt, die Brennkammer getrennt von einem den Brennstoff aufnehmenden, an eine Primärluftzufuhr angeschlossenen Füllraum anzuordnen, und die Rauchgase aus dem Füllraum über einen Saugzug der Brennkammer zur Nachverbrennung zuzuführen. Die Brennkammer, die aus einem feuerfesten, quaderförmigen Formkörper besteht, kann dabei unterhalb eines Rostes zur Aufnahme des Festbrennstoffes ( AT 400 180 B ) oder seitlich neben dem Füllraum oberhalb des Rostes angeordnet werden ( DE 195 10 263 A1 ). In beiden Fällen werden die Rauchgase aus dem Füllraum über einen Rauchgaszutritt auf einer Quaderseite des Formkörpers in einen liegenden, zylindrischen Brennraum geleitet, und zwar über einen tangential in den Brennraum mündenden Rauchgaskanal, so daß sich im Brennraum eine schraubenfömig verlau fende Gasströmung ergibt, die wegen der damit verbundenen Wirbel- und Umwälzbewegungen eine vorteilhafte Vermischung der durch den Rauchgaskanal angesaugten Rauchgase mit der der Brennkammer zugeführten Sekundärluft und damit eine vorteilhafte Nachverbrennung ermöglicht. Die heißen Abgase werden über einen Saugzuganschluß aus der Brennkammer abgezogen und einem Wärmetauscher zur Erwärmung des Kesselwassers zugeführt.
  • Da der zylindrische Brennraum in einem quaderförmigen Formkörper der Brennkammer vorgesehen ist, ergeben sich ungleichmäßige Wanddicken für den Formkörper, was zu Wärmespannungen insbesondere während der Anheizphase führt. In diesem Zusammenhang ist zu bedenken, daß beim Anheizen des Kessels der Formkörper der Brennkammer von der Quaderseite mit dem Rauchgaszutritt her einseitig erwärmt wird, wobei sich in Richtung des Wärmeflusses in Umfangsrichtung des Brennraumes zunächst eine Verjüngung und dann wieder eine Vergrößerung der Wanddicke des Formkörpers ergibt. Dieser Umstand bringt die Gefahr von Spannungsrissen vor allem im Bereich der verjüngten Wandteile des Formkörpers mit sich, zumal diese Wandbereiche bereits bei der Herstellung des Formkörpers während der Aushärtung des Schamottewerkstoffes erhöhten Spannungen ausgesetzt sind.
  • Neben der als Stand der Technik gemäß Oberbegriff herangezogenen AT 400 180 B wird ergänzend zum Stand der Technik noch auf die DE 40 07 849 C2 verwiesen, welche einen Ofen für Festbrennstoffe offenbart, dessen Brennkammer einen Formkörper aufweist, welcher mehrteilig mit horizontaler Teilung ausgestaltet ist, mit zumindest einer zur Quaderseite des Rauchgaszutritts parallelen Trennfläche.
  • Zusätzlich werden zum Stand der Technik die DE 37 37 661 A1 , die DE 18 50 191 U , die EP 0 798 511 A2 , die EP 0 798 510 A2 sowie die AT 394 775 B genannt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Brennkammer nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs so zu verbessern, dass eine vorzeitige Alterung des Formkörpers durch Wärmespannungsrisse weitgehend vermieden werden kann.
  • Die Aufgabe wird durch die Brennkammer mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Die Teilung des Formkörpers in jeweils für sich zu fertigende Teilkörper bringt eine erhebliche Verminderung der Spannungsbelastungen aufgrund der einseitigen Wärmebelastung während der Anheizphase mit sich, insbesondere wenn die Trennfläche parallel zur Quaderseite das Rauchgaszutritts im Bereich der Brenn raumachse verläuft, was eine vorteilhafte Zweiteilung des Formkörpers bedingt. Diese Trennflächenführung unterbindet nämlich einen Spannungsübergriff zwischen den beiden Teilkörpern gerade in dem verjüngten Wandbereich, der gegenüber Wärmespannungen besonders empfindlich ist. Dies bedeutet, daß sich keine Spannungen über die Trennfläche hinweg innerhalb des aus den beiden Teilkörpern zusammengesetzten Formkörpers aufbauen können, wie dies bei einem einstückigen Formkörper der Fall ist und zu einer Spannungsüberhöhung führt. Wegen der günstigeren Spannungsverhältnisse im Übergangsbereich zwischen den sich verjüngenden Wandabschnitten des einen Teilkörpers zu den sich verbreiternden Wandabschnitten des anderen Teilkörpers kann die Gefahr von Spannungsrissen erheblich verringert werden, was sich vorteilhaft auf die Unterdrückung der dadurch bedingten Alterungserscheinungen auswirkt. Dazu kommt noch, daß aufgrund der gesonderten Fertigung der Teilkörper auch die Belastung durch härtungsbedingte Spannungen des Schamottewerkstoffes im Bereich der Wandverjüngungen herabgesetzt werden kann, was die Gefahr von Wärmespannungsrissen zusätzlich verringert. Schließlich erlaubt die Teilung des Formkörpers der Brennkammer in wenigstens zwei Teilkörper eine einfachere Brennkammermontage mit der vorteilhaften Möglichkeit, bei einem notwendigen Austausch lediglich den betroffenen Teilkörper wechseln zu müssen.
  • Um einerseits die Teilkörper in ihrer gegenseitigen Lage festzuhalten und anderseits eine Abdichtung der Trennfläche gegenüber einem Rauchgasaustritt zu erreichen, können die Teilkörper im Bereich der Trennfläche den Brennraum umschließende Nut-Federverbindungen aufweisen.
  • Insbesondere bei Brennkammern unterhalb des Füllraumes ist mit gedrängten Platzverhältnissen vor allem der Höhe nach zu rechnen, so daß die Brennkammer auf den Kesselboden unmittelbar aufgesetzt wird. Dies bedeutet wegen der üblichen Durchströmung des Kesselbodens mit aufzuheizendem Wasser eine bodenseitige Kühlung der Brennkammer mit der Wirkung, daß mit einer höheren Spannungsbelastung aufgrund der gegebenen Temperaturdifferenzen gerechnet werden muß. Außerdem besteht die Gefahr einer Taupunktunterschreitung im bodenseitigen Bereich des Brennraumes, wobei das sich bildende Kondensat das Gefüge des Schamottewerkstoffes des Formkörpers angreift. Wird der Formkörper auf der Bodenseite mit eine Freistellung der übrigen Bodenfläche ergebenden Stützansätzen versehen, so können diese Nachteile einer unmittelbaren Aufstellung der Brennkammer auf dem Kesselboden vermieden und eine gleichmäßigere Aufheizung und Abkühlung der Brennkammer unter einer Verringerung der Rißgefahr erzielt werden. Besonders einfache Konstruktionsverhältnisse ergeben sich in diesem Zusammenhang, wenn die Stützansätze aus unterbrochenen Randstegen der Bodenseite bestehen, die eine sichere Aufstellung der Brennkammer erlauben, ohne die Hinterlüftung der überwiegenden Bodenfläche zu beeinträchtigen.
  • In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen
  • 1 eine erfindungsgemäße Brennkammer in einer vereinfachten, zum Teil aufgerissenen Seitenansicht,
  • 2 diese Brennkammer in einer stirnseitigen Ansicht,
  • 3 einen Schnitt nach der Linie III-III der 2 und
  • 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der 2.
  • Die innerhalb des Wassermantels 1 eines aus Übersichtlichkeitsgründen nicht näher dargestellten Kessels unterhalb eines Füllraumes 2 angeordnete Brennkammer wird durch einen quaderförmigen Formkörper 3 gebildet, der einen zylindrischen Brennraum 4 mit liegender Achse umschließt. Dieser Brennraum 4 ist auf einer Stirnseite offen und bildet mit dieser Öffnung einen Sauganschluß 5 für einen Saugzug. Auf der dem Füllraum 2 zugekehrten Quaderseite 6 ist eine Aufnahme 7 für einen Rost ausgespart, durch den die Rauchgase aus dem Füllraum 2 über den Saugzug in den Brennraum 4 angesaugt werden. Der Rauchgaszutritt 8 wird dabei durch einen Rauchgaskanal 9 gebildet, der im Wesentlichen tangential in den Brennraum mündet, wie dies den 2 und 4 entnommen werden kann. Unterhalb der Aufnahme/Rostaufnahme 7 münden Zuführkanäle 10 für Sekundärluft, die über in entsprechende Durchtrittsöffnungen 11 eingesetzte Durchführungen angesaugt wird. Diese Sekundärluft wird mit den Rauchgasen durch den Rauchgaskanal 9 in den Brennraum 4 gefördert, wo sich aufgrund der schraubenförmigen Gasströmung eine intensive Vermischung der Rauchgase mit der Sekundärluft als Voraussetzung für eine voll ständige Nachverbrennung einstellt. Die heißen Abgase werden dann über den Sauganschluß 5 aus dem Brennraum abgezogen.
  • Zum Unterschied zu bekannten Brennkammern dieser Artist der Formkörper 3 nicht einstückig ausgebildet, sondern aus zwei Teilkörpern 12 und 13 zusammengesetzt, wobei die Trennfläche 14 zwischen den beiden Teilkörpern 12 und 13 parallel zur Quaderseite 6 mit dem Rauchgaszutritt 8 im Bereich der Achse des Brennraumes 4 verläuft. Durch eine den Brennraum 4 umschließende Nut-Federverbindung 15 im Bereich der Trennfläche 14 werden die beiden Teilkörper 12, 13 nicht nur in ihrer gegenseitigen Lage festgelegt, sondern auch gegen einen Rauchgasaustritt abgedichtet. Wie insbesondere den 2 und 4 entnommen werden kann, verläuft die Trennfläche 14 durch den verjüngten Wandbereich des Formkörpers 3, so daß sich über diesen verjüngten Wandbereich, der sich durch die Anordnung eines kreiszylindrischen Brennraumes 4 innerhalb eines quaderförmigen Formkörpers 3 ergibt, keine Spannungen zwischen den Teilkörpern 12 und 13 aufbauen können, wenn während der Anheizphase der Formkörper 3 von der dem Füllraum 2 zugekehrten Quaderseite 6 her fortschreitend erwärmt wird. Dies bedeutet, daß die wärmebedingten Spannungsbelastungen gerade im Bereich der Trennflächen 15 merklich verringert werden, was eine Alterung der Teilkörper 12, 13 durch Spannungsrisse weitgehend unterdrückt. Dazu kommt noch, daß die beim Abbinden des Schamottewerkstoffes aufgrund unterschiedlicher Wanddicken unvermeidbaren Spannungen im Bereich der Trennfläche 14 durch die gesonderte Fertigung der Teilkörper 12, 13 weitgehend vermieden werden können, was ebenfalls zur Verlängerung der Lebensdauer der aus den Teilkörpern 12, 13 zusammengesetzten Brennkammer beiträgt.
  • Gemäß dem Ausführungsbeispiel ruht die Brennkammer auf dem einen Teil des Wassermantels 1 bildenden Kesselboden 16 auf. Dies bedeutet, daß die über den Kesselboden 16 bewirkte Kühlung des Formkörpers 3 die gleichmäßige Aufwärmung des Formkörpers 3 beeinträchtigt und die Gefahr von Spannungsrissen erhöht. Außerdem ist während der Anheizphase mit einer Taupunktunterschreitung im bodenseitigen Bereich des Brennraumes 4 zu rechnen, was über den Einfluß des Kondensates auf den Schamottewerkstoff zu einer Beeinträchtigung der Standzeit der Brennkammer führen kann. Um den Einfluß des kalten Kesselbodens 16 auf die Erwärmung der Brennkammer zu verringern, ist die Bodenseite 17 des Formkörpers 3 mit Stützansätzen 18 versehen, die vorteilhaft in Form von unterbrochenen Randstegen ausgebildet sind. Diese Randstege ergeben eine Freistellung der übrigen Bodenfläche. so daß die Bodenseite 17 des Formkörpers 3 im freigestellten Bereich eine Hinterlüftung erfährt, die den Wärmeübergang vorn kalten Kesselboden 16 auf den Formkörper 3 während der Anheizphase merklich unterbindet.

Claims (2)

  1. Brennkammer für einen mit Festbrennstoffen beheizbaren Kessel, bestehend aus einem feuerfesten, quaderförmigen Formkörper (3), der einen liegenden, zylindrischen Brennraum (4) mit einem Saugzuganschluss (5) und einem auf der Quaderseite (6) vorgesehenen Rauchgaszutritt (8) in Form eines zumindest im Wesentlichen tangential in den Brennraum (4) mündenden Rauchgaskanals (9) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass der auf dem Kesselboden aufsitzende Formkörper (3) aus wenigstens zwei Teilkörpern (12, 13) zusammengesetzt ist, deren Trennfläche (14) im Bereich der Zylinderachse des Brennraums (4) parallel zur Quaderseite (6) des Rauchgaszutritts (8) verläuft, und dass die Teilkörper (12, 13) im Bereich der Trennfläche (14) den Brennraum (4) umschließende Nut-Federverbindungen (15) aufweisen. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper (3) auf der Bodenseite (17) eine Freistellung der übrigen Bodenfläche ergebende Stützansätze (18) bildet.
  2. Brennkammer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützansätze (18) aus unterbrochenen Randstegen der Bodenseite bestehen.
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