DE19819139C2 - Heizkessel für eine Feuerungsanlage und einen solchen Heizkessel umfassende Feuerungsanlage - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Heizkessel für eine Feuerungsanlage, welcher einen Feuerraum umfaßt, in dem im Betrieb der Feuerungsanlage Verbrennungsprodukte längs eines Strömungswegs von einem Brenner der Feuerungsanlage zu einem Abgasaustritt des Feuerraums strömen.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine einen solchen Heizkessel umfassende Feuerungsanlage.

Bei bekannten Heizkesseln der eingangs genannten Art taucht ein Flammrohr des Brenners, in dem die Verbrennung stattfin­ det, in den wesentlich größeren Feuerraum des Heizkessels ein und mündet direkt in denselben, so daß die Verbrennungspro­ dukte aus dem Flammrohr in den Zwischenraum zwischen dem Flammrohr und einer Begrenzungswand des Feuerraums und in diesem Zwischenraum zu dem Abgasaustritt des Feuerraums strö­ men.

Die Übertragung von Wärme aus den Verbrennungsprodukten (dem Abgas des Brenners) auf die Begrenzungswand des Feuerraums und von dort auf hinter der Begrenzungswand angeordnetes Heizwasser findet dabei überwiegend durch Wärmestrahlung statt. Die durch Wärmestrahlung aus dem Abgas auf die Begren­ zungswand übertragbare Wärmemenge nimmt jedoch mit ungefähr der vierten Potenz der absoluten Temperatur des Abgases ab, so daß das Abgas im Feuerraum des Heizkessels von der Flammentemperatur (im Bereich von ungefähr 2000°C bis 2300°C) nur auf ungefähr 500°C abge­ kühlt werden kann. Eine weitere wirksame Abkühlung der Abgase ist nur durch Konvektion möglich. Da die Oberfläche der Begrenzungswand des Feuerraums im Verhältnis zu dem Volumen des Feuerraums bei den bekannten Heizkesseln vergleichsweise klein ist, ist jedoch auch der Anteil der Wärmeabgabe aus dem Abgas durch Konvektion nur gering.

Diese bekannten Heizkessel sind daher mit einem Nachschaltheizbereich ver­ sehen, der eine Vielzahl von Nachschaltheizkanälen umfaßt. Die (häufig durch Rippen vergrößerte) Oberfläche dieser Nachschaltheizkanäle bildet eine Nach­ schaltheizfläche, die mindestens das Dreifache der Oberfläche der Begren­ zungswand des Feuerraums beträgt. Aufgrund des großen Verhältnisses der Nachschaltheizfläche zu dem Volumen der Nachschaltheizkanäle dominiert im Nachschaltheizbereich die Wärmeabgabe durch Konvektion.

Bei diesen bekannten Heizkesseln mit Nachschaltheizbereich ist jedoch von Nachteil, daß der geometrisch komplexe Nachschaltheizbereich sehr Zeit- und kostenaufwendig in der Herstellung ist. Ferner setzt der Nachschaltheizbereich der Strömung des Brennerabgases einen hohen strömungstechnischen Wider­ stand entgegen, wodurch es im Feuerraum des Heizkessels zu Druckschwin­ gungen kommen kann, die beispielsweise den Brennerstart erschweren.

Aus der DE 30 06 048 A1 ist ein Heizkessel mit den Merkmalen des Oberbe­ griffs von Anspruch 1 bekannt.

Der Nachschaltheizbereich des aus der DE 30 06 048 A1 bekannten Heizkes­ sels ist als Rohrbündelwärmetauscher, der eine Vielzahl von Rohren umfaßt, ausgebildet. Um die Abgastemperatur des Heizkessels am Ausgang des Nach­ schaltheizbereichs unabhängig von der Brennerleistung konstant zu halten, wird die vom Abgas überstrichene Wärmetauscherfläche des Nachschaltheiz­ bereichs in Abhängigkeit von der Brennerleistung verändert, indem die Anzahl der für die Durchströmung mit dem Abgas offenen Rohre des Rohrbündelwär­ metauschers in Abhängigkeit von der Brennerleistung verändert wird.

Bei dem aus der DE 30 06 048 A1 bekannten Heizkessel ist von Nachteil, daß der geometrisch komplexe, aus einer Vielzahl von Rohren zusammengesetzte Nachschaltheizbereich, der überdies einen Drehschieber und einen Stellmotor zur Betätigung des Drehschiebers aufweist, sehr Zeit- und kostenaufwendig in der Herstellung ist. Ferner setzt der Nachschaltheizbereich dieses Heizkessels der Strömung des Brennerabgases einen hohen strömungstechnischen Wider­ stand entgegen, wodurch es im Feuerraum des Heizkessels zu Druckschwin­ gungen kommen kann, die beispielsweise den Brennerstart erschweren.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Heizkessel ge­ mäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 zu schaffen, bei dem die vom Abgas im Feuerraum abgegebene Wärmemenge im Vergleich zu bekannten Heizkesseln erhöht ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Heizkessel mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Querschnittsfläche der Engstelle so bemessen ist, daß die mittlere Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsprodukte an der Engstelle im wesentlichen der mittleren Strö­ mungsgeschwindigkeit in dem Nachschaltheizbereich entspricht.

Dadurch ist eine intensive Berührung der Begrenzungswand des Feuerraums durch die Verbrennungsprodukte und eine daraus resultierende Erhöhung der Wärmeübertragung auf die Begrenzungswand des Feuerraums gewährleistet.

Unter einer Engstelle wird hierbei eine Stelle des Strömungswegs der Verbren­ nungsprodukte verstanden, welche eine Querschnittsfläche aufweist, die klei­ ner ist als die Querschnittsfläche von längs der Strömungsrichtung der Ver­ brennungsprodukte unmittelbar vor oder hinter der Engstelle liegenden Stellen des Strömungswegs der Verbrennungsprodukte.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird durch das Vorsehen mindestens einer Engstelle in dem Strömungsweg der Verbrennungsprodukte von dem Verbren­ ner zu dem Abgasaustritt des Feuerraums gewährleistet, daß die Verbren­ nungsprodukte vor dem Austritt aus dem Feuerraum in intensiven Kontakt mit der Begrenzungswand des Feuerraums gelangen, so daß an der Engstelle und in deren Umgebung eine wirksame Wärmeübertragung durch Konvektion von den Verbrennungsprodukten auf die Begrenzungswand des Feuerraums und von dort auf das im Heizkessel befindliche Heizwasser gewährleistet ist.

Da aufgrund des zusätzlichen Wärmeübergangs durch Konvektion das Abgas des Brenners bereits im Feuerraum auf eine tiefere Temperatur abkühlbar ist als bei bekannten Heizkesseln, kann der dem Feuerraum nachgeschaltete Nachschaltheizbereich geometrisch einfacher und damit kostengünstiger aus­ gestaltet werden oder sogar ganz entfallen.

Als besonders günstig hat es sich erwiesen, wenn die Strömungsgeschwindig­ keit der Verbrennungsprodukte an der Engstelle von ungefähr 1 m/s bis un­ gefähr 20 m/s beträgt.

Von Vorteil ist es, wenn der Umlenkkörper so geformt und angeordnet ist, daß die mittlere Länge des Strömungswegs der Verbrennungsprodukte von dem Brenner zu dem Abgasaustritt des Feuerraums durch den Umlenkkörper ver­ größert wird. Dadurch verbleiben die Verbrennungsprodukte länger im Feuer­ raum und überstreichen einen größeren Bereich der Begrenzungswand des Feuerraums, so daß eine größere Wärmemenge von den Verbrennungspro­ dukten im Feuerraum durch dessen Begrenzungswand auf das Heizwasser im Heizkessel übertragen wird.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Länge des kürzesten Wegs der Verbren­ nungsprodukte von dem Brenner zu dem Abgasaustritt des Feuerraums min­ destens ungefähr der Hälfte, vorzugsweise mindestens ungefähr drei Vierteln, der mittleren Länge des Strömungswegs der Verbrennungsprodukte von dem Brenner zu dem Abgasaustritt des Feuerraums entspricht. Dies kann durch ge­ eignete Formgebung und Anordnung des Umlenkkörpers in dem Feuerraum erreicht werden. Durch die Vermeidung allzu kurzer Strömungspfade der Verbrennungsprodukte durch den Feuerraum wird vermieden, daß im Feuerraum nur geringfügig abgekühlte Verbrennungsprodukte durch den Abgasaustritt aus dem Feuer­ raum hinausgelangen. Durch die Angleichung der Längen der unterschiedlichen Strömungspfade durch den Feuerraum wird ferner erreicht, daß der Feuerraum gleichmäßiger von den Ver­ brennungsprodukten durchströmt wird und im Feuerraum keine Toträume entstehen, die nur von einem geringen Verbrennungs­ produkt-Massenstrom durchströmt werden.

Um eine gleichmäßige Verteilung der Verbrennungsprodukt- Ströme im Feuerraum zu erzielen, ist es ferner von Vorteil, wenn die Engstelle die Form eines sich in einer Richtung quer zu der Strömungsrichtung der Verbrennungsprodukte erstrecken­ den Spaltes mit längs dieser Richtung im wesentlichen kon­ stanter Spaltbreite aufweist.

Ferner ist es für eine gleichmäßige Durchströmung des Feuer­ raums günstig, wenn die Engstelle die Form eines ringförmig geschlossenen Spaltes aufweist.

Ein solcher Spalt kann, muß aber nicht, Rotationssymmetrie aufweisen.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Heizkessels ist vorgesehen, daß die kleinste Strömungsge­ schwindigkeit der Verbrennungsprodukte an der Engstelle grö­ ßer ist als die Strömungsgeschwindigkeit an anderen Stellen des Feuerraums außerhalb der Engstelle. Durch eine hohe Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsprodukte entsteht in der Engstelle ein hoher dynamischer Gasdruck, welcher propor­ tional zum Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit in der Eng­ stelle wächst. Durch einen hohen dynamischen Gasdruck in der Engstelle wiederum werden lokale Variationen der Strömungsge­ schwindigkeit in der Engstelle ausgeglichen, so daß die Strö­ mung der Verbrennungsprodukte durch die Engstelle homogeni­ siert wird.

Zur Vergleichmäßigung der Strömung der Verbrennungsprodukte durch die Engstelle ist es besonders günstig, wenn der dyna­ mische Gasdruck (u²ρ/2, wobei u die Strömungsgeschwindigkeit und ρ die Dichte der Verbrennungsprodukte bezeichnet) in der Engstelle größer ist als ungefähr die Hälfte des strömungs­ technischen Widerstands des Feuerraums.

Jedoch sollte der dynamische Gasdruck an der Engstelle nicht zu hoch werden, um das Entstehen von Druckschwingungen in dem Feuerraum zu verhindern oder zumindest zu erschweren. Daher wird vorteilhafterweise der Umlenkkörper so geformt und ange­ ordnet, daß die höchste Strömungsgeschwindigkeit der Verbren­ nungsprodukte an der Engstelle kleiner ist als ungefähr die mittlere Ausströmgeschwindigkeit der Verbrennungsprodukte aus einem Flammrohr des Brenners.

Ein besonders intensiver Kontakt zwischen den Verbrennungs­ produkten und der Begrenzungswand des Feuerraums wird er­ zielt, wenn der Umlenkkörper so geformt ist, daß der Strö­ mungsweg der Verbrennungsprodukte mehrere von dem Umlenkkör­ per und der Begrenzungswand des Feuerraums begrenzte Engstel­ len aufweist.

Insbesondere kann vorgesehen sein, daß die mehreren Engstel­ len mindestens einen zusammenhängenden, sich längs der Strö­ mungsrichtung der Verbrennungsprodukte erstreckenden Engbe­ reich des Strömungswegs bilden. Ein solcher Engbereich bildet also einen Strömungskanal für die Verbrennungsprodukte, der eine längs der Strömungsrichtung der Verbrennungsprodukte im wesentlichen konstante Querschnittsfläche aufweist, die klei­ ner ist als die Querschnittsfläche des Strömungswegs der Ver­ brennungsprodukte unmittelbar vor und unmittelbar nach dem Engbereich.

Zur Ausgestaltung des Umlenkkörpers wurden bislang noch keine näheren Angaben gemacht.

So kann beispielsweise vorgesehen sein, daß der Umlenkkörper einen im Betrieb des Heizkessels von den Verbrennungsproduk­ ten durchströmten Innenraum aufweist.

Insbesondere kann vorgesehen sein, daß das Flammrohr des Brenners in diesen Innenraum mündet.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Heizkessels ist vorgesehen, daß der Innenraum sich in Strö­ mungsrichtung der Verbrennungsprodukte erweitert.

Insbesondere kann der Innenraum im wesentlichen die Form eines Kegelstumpfes aufweisen.

Besonders günstig ist es, wenn der Umlenkkörper einen Außen­ wandbereich umfaßt, der im wesentlichen die Form eines Kegel­ stumpfes aufweist.

Insbesondere dann, wenn mehrere von dem Umlenkkörper und der Begrenzungswand des Feuerraums begrenzte Engstellen geschaf­ fen werden sollen, ist es von Vorteil, wenn der Umlenkkörper einen Außenwandbereich umfaßt, der die Form eines Doppel­ kegelstumpfes aufweist.

Die von dem Abgas im Feuerraum abgegebene Wärmemenge kann dadurch erhöht werden, daß der Strömungsweg der Verbrennungs­ produkte durch den Feuerraum verlängert wird.

Zu diesem Zweck weist der Umlenkkörper vorteilhafterweise eine Prallfläche auf, die den Strom der Verbrennungsprodukte umlenkt.

Eine solche Prallfläche ist zur Umlenkung der Verbrennungs­ produkte besonders wirksam, wenn der Strom der Verbrennungs­ produkte im wesentlichen senkrecht auf die Prallfläche auf­ trifft.

Ein besonders einfach aufgebauter Umlenkkörper mit Prall­ fläche weist im wesentlichen die Form einer, vorzugsweise zylindrischen, Scheibe auf.

Zur Schaffung eines in Strömungsrichtung der Verbrennungspro­ dukte ausgedehnten Engbereiches eignet sich besonders ein Umlenkkörper, der im wesentlichen die Form eines einseitig geschlossenen Hohlzylinders (Topfform) aufweist.

Um das von dem Abgas im Feuerraum durchströmbare Volumen im Verhältnis zu den Begrenzungsflächen des Feuerraums zu ver­ ringern und damit eine erhöhte Wärmeabgabe durch Konvektion zu erreichen, kann vorgesehen sein, daß der Umlenkkörper einen gegen den Feuerraum abgeschlossenen Hohlraum umfaßt. Dieser Hohlraum ist nicht von dem Abgas des Brenners durch­ strömbar.

Ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß der Hohlraum des Um­ lenkkörpers mit Heizwasser gefüllt ist, so kann Wärme aus dem Abgas des Brenners an das Heizwasser nicht nur über die Be­ grenzungswand des Feuerraums, sondern auch über die Begren­ zungswand des Umlenkkörper-Hohlraums übertragen werden, was die zur Verfügung stehende Wärmetauschfläche im Feuerraum beträchtlich erhöht.

Wenn der Umlenkkörper, vorzugsweise durch eine Tür, aus dem Feuerraum entnehmbar ist, so kann der Umlenkkörper in einfa­ cher Weise gereinigt oder gegen einen anderen, beispielsweise anders geformten, Umlenkkörper ausgetauscht werden.

Zum Material des Umlenkkörpers wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.

So kann vorgesehen sein, daß der Umlenkkörper Stahl, vorzugs­ weise einen Sichromal-Stahl (d. h. eine Si-Cr-Al-Legierung), umfaßt.

Alternativ oder ergänzend hierzu kann auch vorgesehen sein, daß der Umlenkkörper Gußeisen umfaßt.

Bei bevorzugten Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Heiz­ kessels umfaßt der Umlenkkörper ein keramisches Material, vorzugsweise eine Siliziumkarbid und/oder ein Siliziumnitrid. Solche keramischen Materialien zeichnen sich durch besondere Korrosions- und Hochtemperaturbeständigkeit aus.

Ein erfindungsgemäßer Heizkessel eignet sich besonders zur Verwendung in einer Feuerungsanlage, die ferner einen Rest­ wärmetauscher umfaßt, in dem das aus dem Feuerraum strömende Abgas der Feuerungsanlage gekühlt wird, wobei die Quer­ schnittsfläche der Engstelle in dem Feuerraum so bemessen ist, daß die mittlere Strömungsgeschwindigkeit des Abgases an der Engstelle im wesentlichen der mittleren Strömungs­ geschwindigkeit des Abgases in dem Restwärmetauscher ent­ spricht.

Da bei einer solchen Feuerungsanlage die im Abgas noch vor­ handene Restwärme mittels des Restwärmetauschers entnommen wird, kann ein Heizkessel verwendet werden, der keinen Nach­ schaltheizbereich umfaßt. Da die Herstellung des Nachschalt­ heizbereiches normalerweise einen beträchtlichen Anteil an dem gesamten Aufwand für die Herstellung eines Heizkessels ausmacht, ist ein Heizkessel ohne Nachschaltheizbereich wesentlich einfacher und kostengünstiger produzierbar.

Eine besonders große spezifische Wärmetauschfläche steht in dem Restwärmetauscher zur Verfügung, wenn derselbe vorteil­ hafterweise als Kondensatspray-Wärmetauscher ausgebildet ist.

Besonders günstig ist es, wenn der Restwärmetauscher als Monodispers-Kondensatspray-Wärmetauscher ausgebildet ist. Ein solcher Restwärmetauscher weist eine Einrichtung zum Erzeugen eines frei durch den Restwärmetauscher fallenden Kondensat­ strahls auf, welcher so erzeugt wird, daß er in dem Rest­ wärmetauscher in ein monodisperses Kondensatspray zerfällt.

Der Begriff des monodispersen Kondensatsprays wird im Zusam­ menhang mit der detaillierten Beschreibung von Ausführungs­ beispielen definiert werden.

Ein monodisperses Kondensatspray weist eine sehr schmale Tropfengrößenverteilung auf. Der mittlere Tropfendurchmesser kann daher so gewählt werden, daß er nur knapp oberhalb des Mindestdurchmessers liegt, ab dem ein Kondensattropfen nicht mehr vom Abgasstrom mitgerissen wird, weil es in dem Konden­ satspray nur wenige Tropfen gibt, die einen wesentlich klei­ neren Durchmesser als den mittleren Tropfendurchmesser auf­ weisen.

Da es andererseits auch nur relativ wenige Tropfen mit einem deutlich größeren Durchmesser als dem mittleren Tropfendurch­ messer in dem Kondensatspray gibt, bietet das monodisperse Kondensatspray überdies eine besonders große spezifische Wärmetauschfläche.

Der für die Feuerungsanlage erforderliche Raumbedarf wird deutlich verringert, wenn die Feuerungsanlage vorteilhafter­ weise ein Gehäuse umfaßt, in dem sowohl der Heizkessel als auch der Restwärmetauscher untergebracht sind.

Ist zusätzlich noch eine Einrichtung zum Erwärmen und/oder Befeuchten der Verbrennungsluft vor deren Eintritt in den Brenner vorgesehen, so kann auch diese Einrichtung zusammen mit dem Heizkessel und dem Restwärmetauscher in einem gemein­ samen Gehäuse untergebracht werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Heizkessels, der einen Umlenkkörper mit ke­ gelstumpfförmiger Außenwand und einen Nach­ schaltheizbereich umfaßt;

Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemä­ ßen Heizkessels, der einen Umlenkkörper mit doppelkegelstumpfförmiger Außenwand und einen Nachschaltheizbereich umfaßt;

Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemä­ ßen Heizkessels, der einen einen mit Heizwas­ ser gefüllten Hohlraum umfassenden Umlenkkör­ per und einen Nachschaltheizbereich umfaßt;

Fig. 4 einen schematischen Längsschnitt durch eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemä­ ßen Heizkessels, der einen scheibenförmigen Umlenkkörper und einen Nachschaltheizbereich umfaßt;

Fig. 5 einen schematischen Längsschnitt durch eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemä­ ßen Heizkessels, der einen topfförmigen Um­ lenkkörper und einen Nachschaltheizbereich umfaßt;

Fig. 6 einen schematischen Schnitt durch eine Bren­ ner-Heizkessel-Restwärmetauscher-Luftvorwär­ mer-Einheit einer Feuerungsanlage, die eine sechste Ausführungsform eines erfindungsgemä­ ßen Heizkessels mit einem doppelkegelstumpf­ förmigen Umlenkkörper und ohne Nachschalt­ heizbereich umfaßt;

Fig. 7 einen schematischen Längsschnitt durch eine Brenner-Heizkessel-Restwärmetauscher-Luftvor­ wärmer-Einheit einer Feuerungsanlage, die eine siebte Ausführungsform eines erfindungs­ gemäßen Heizkessels mit einem trichterförmi­ gen Umlenkkörper, welcher an seiner Außen­ seite mit Umlenkplatten versehen ist, und ohne Nachschaltheizbereich umfaßt;

Fig. 8 einen schematischen Querschnitt durch die Brenner-Heizkessel-Restwärmetauscher-Luftvor­ wärmer-Einheit der Feuerungsanlage aus Fig. 7; und

Fig. 9 eine schematische Seitenansicht des trichter­ förmigen Umlenkkörpers des Heizkessels der Brenner-Heizkessel-Restwärmetauscher-Luftvor­ wärmer-Einheit aus den Fig. 7 und 8, wel­ cher an seiner Außenseite mit Umlenkplatten versehen ist.

Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.

Eine in Fig. 1 dargestellte, als Ganzes mit 100 bezeichnete erste Ausführungsform eines Heizkessels umfaßt ein im wesent­ lichen quaderförmiges Gehäuse 102, in dessen unterem Bereich ein im wesentlichen zylindrischer Feuerraum 104 mit horizon­ taler Längsachse 106 angeordnet ist.

An einer seiner Stirnseiten ist der Feuerraum 104 durch eine Abdeckplatte 108 verschlossen, an deren dem Feuerraum 104 ab­ gewandter Außenseite ein Brenner 110 angeordnet ist.

Ein hohlzylindrisches Flammrohr 112 des Brenners 110 er­ streckt sich von der dem Feuerraum 104 zugewandten Innenseite der Abdeckplatte 108 aus koaxial zu dem Feuerraum 104 in den­ selben hinein.

An dem offenen Ende des Flammrohrs 112 ist ein Umlenkkörper 114 angeordnet, der im wesentlichen die Form eines hohlen Kegelstumpfes aufweist und koaxial zu dem Flammrohr 112 und zu dem Feuerraum 104 ausgerichtet ist.

Der Umlenkkörper 114 ist so angeordnet, daß sich der von dem Umlenkkörper 114 begrenzte Innenraum 116 von dem offenen Ende des Flammrohrs 112 ausgehend zu der der Abdeckplatte 108 gegenüberliegenden Stirnseite des Feuerraums 104 hin konisch erweitert.

Ein dem Flammrohr 112 abgewandter Rand 118 des Umlenkkörpers 114 begrenzt zusammen mit der Begrenzungswand 120 des Feuer­ raums 104 einen ringförmigen Spalt 122, der eine Engstelle des Strömungswegs des Abgases des Brenners 110 durch den Feuerraum 104 bildet, wie im folgenden noch näher erläutert werden wird.

Im oberen Bereich des Gehäuses 102 des Heizkessels 100 ist eine Wendekammer 124 angeordnet, die nahe der abdeckplatten­ seitigen Stirnseite des Feuerraums 104 von oben an einem Ab­ gasaustritt 123 des Feuerraums 104 in denselben mündet.

Die Wendekammer 124 ist mittels einer in dem Gehäuse 102 vor­ gesehenen Reinigungstür 126 von außerhalb des Heizkessels 100 zugänglich.

Die Wendekammer 124 ist über mehrere im wesentlichen zylin­ drische, horizontal verlaufende Nachschaltheizkanäle 128 mit einem an der der Brennerseite entgegengesetzten Seite des Gehäuses 102 angeordneten Abgassammelraum 130 verbunden. Die Nachschaltheizkanäle 128 bilden zusammen einen Nachschalt­ heizbereich 132 des Heizkessels 100.

Von dem Abgassammelraum 130 führt ein an einen Abgasstutzen 134 angeschlossenes Abgasabführrohr zu einem (nicht darge­ stellten) Schornstein, durch den das Abgas des Brenners 110 in die Umgebung entweichen kann.

Der zwischen der Wand des Gehäuses 102 einerseits und den Be­ grenzungswänden des Feuerraums 104, der Wendekammer 124, der Nachschaltheizkanäle 128 und des Abgassammelraums 130 ande­ rerseits verbleibende Zwischenraum bildet einen Kesselraum 136 des Heizkessels 100, der mit Heizwasser gefüllt ist.

Der Kesselraum 136 ist über einen unterhalb des Feuerraums 104 angeordneten Heizwassereinlaß 138 an eine (nicht darge­ stellte) Heizwasser-Rücklaufleitung und über einen oberhalb des Nachschaltheizbereichs 132 angeordneten Heizwasserauslaß 140 an eine (nicht dargestellte) Heizwasser-Vorlaufleitung angeschlossen.

Die vorstehend beschriebene Feuerungsanlage funktioniert wie folgt:
Während der Betriebsphasen des Brenners 110 erzeugt derselbe aus der ihm zugeführten Verbrennungsluft und aus dem ihm zu­ geführten Brennstoff ein Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemisch, das in dem Flammrohr 112 verbrannt wird.

Das aus den Verbrennungsprodukten dieser Verbrennung gebil­ dete Abgas strömt aus dem Flammrohr 112 in den Innenraum 116 des Umlenkkörpers 114 (der Strömungsweg des Abgases ist in Fig. 1 durch gebrochene Linien angedeutet). Nach Austritt aus dem Innenraum 116 des Umlenkkörpers 114 wird das Abgas an der vorderen Stirnwand des Feuerraums 104 umgelenkt und gelangt durch den Spalt 122 in den Zwischenraum zwischen der Begren­ zungswand 120 des Feuerraums 104 einerseits und den Außensei­ ten des Umlenkkörpers 114 und des Flammrohrs 112 anderer­ seits.

Aus diesem Zwischenraum gelangt das Abgas aus dem Feuerraum 104 nach oben durch den Abgasaustritt 123 des Feuerraums 104 in die Wendekammer 124, in der die Strömungsrichtung des Abgases nochmals umgekehrt wird, so daß das Abgas in im we­ sentlichen horizontaler Richtung durch die Nachschaltheiz­ kanäle 128 nach vorne in den Abgassammelraum 130 strömt. Aus dem Abgassammelraum 130 gelangt das Abgas durch den Abgas­ stutzen 134 und das Abgasabführrohr zum Schornstein der Feuerungsanlage.

Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, weist der Strömungsweg der Verbrennungsprodukte von dem Brenner 110 zu dem Abgasaustritt 123 des Feuerraums 104 eine Engstelle auf, die durch den von dem Umlenkkörper 114 und der Begrenzungswand 120 des Feuer­ raums 104 begrenzten Spalt 122 gebildet wird.

Der von dem Abgas durchströmbare Querschnitt dieser Engstelle ist so bemessen, daß die mittlere Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsprodukte an der Engstelle im wesentlichen der mittleren Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsprodukte in den Nachschaltheizkanälen 128 des Nachschaltheizbereichs 132 entspricht.

Vorzugsweise beträgt die Strömungsgeschwindigkeit der Ver­ brennungsprodukte an der Engstelle ungefähr 1 m/s bis unge­ fähr 20 m/s.

Aufgrund der durch den Spalt 122 gebildeten Engstelle des Strömungswegs der Verbrennungsprodukte wird im Bereich dieser Engstelle und in in der Strömungsrichtung der Verbrennungs­ produkte vor und hinter der Engstelle liegenden Bereichen des Feuerraums 104 ein intensiver Kontakt zwischen den Verbren­ nungsprodukten und der Begrenzungswand 120 des Feuerraums 104 erreicht. Somit nimmt die Begrenzungswand 120 des Feuerraums 104 nicht nur durch Wärmestrahlung, sondern im wesentlichen Umfang auch durch Konvektion Wärme aus dem Abgas des Brenners 110 auf.

Die aus dem Abgas aufgenommene Wärme wird von der Begren­ zungswand 120 des Feuerraums 104 an das Heizwasser im Kessel­ raum 136 des Heizkessels 100 weitergegeben.

Auch durch die Begrenzungswände der Nachschaltheizkanäle 128 des Nachschaltheizbereichs 132 nimmt das Heizwasser in dem Kesselraum 136 Wärme aus dem Abgas auf.

Von dem Kesselraum 136 des Heizkessels 100 aus wird das Heizwasser mittels einer (nicht dargestellten) Heizwasser­ pumpe durch die Heizwasser-Vorlaufleitung, eine (nicht darge­ stellte) Heizkörperanordnung und die Heizkörper-Rücklauflei­ tung im Kreislauf umgewälzt.

Durch das Vorhandensein des Umlenkkörpers 114 in dem Feuer­ raum 104 kommt ein wesentlich größerer Anteil der Verbren­ nungsprodukte in intensiven Kontakt mit der Begrenzungswand 120 des Feuerraums 104 als dies ohne den Umlenkkörper 114 der Fall wäre. Dem Abgas des Brenners 110 kann daher bereits im Feuerraum 104 ein wesentlicher Teil seiner Wärme aufgrund ei­ ner effizienten Wärmeübertragung durch Konvektion entnommen werden.

Eine in Fig. 2 dargestellte, als Ganzes mit 100 bezeichnete zweite Ausführungsform eines Heizkessels unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform hin­ sichtlich der Ausgestaltung des in dem Feuerraum 104 angeord­ neten Umlenkkörpers.

Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, ist in dem Feuerraum 104 der zweiten Ausführungsform ein Umlenkkörper 142 angeordnet, der im wesentlichen die Form eines hohlen Doppelkegelstumpfes mit einem vorderen kegelstumpfförmigen Bereich 144 und einem hin­ teren kegelstumpfförmigen Bereich 146 aufweist.

Der vordere kegelstumpfförmige Bereich 144 ist koaxial zu dem Flammrohr 112 ausgerichtet und schließt sich an seinem hinte­ ren Rand, an dem der vordere kegelstumpfförmige Bereich 144 denselben Durchmesser aufweist wie das Flammrohr 112, an das Flammrohr 112 an. Zur vorderen Stirnwand des Feuerraums 104 hin erweitert sich der vordere kegelstumpfförmige Bereich 144 konisch.

Der vordere Rand 118 des vorderen kegelstumpfförmigen Be­ reichs 144 des Umlenkkörpers 142 und ein diesem Rand gegen­ überliegender Bereich der Begrenzungswand 120 des Feuerraums 104 begrenzen einen ringförmigen vorderen Spalt 122, der eine erste Engstelle des Strömungswegs der Verbrennungsprodukte von dem Brenner 110 zu dem Abgasaustritt 123 des Feuerraums 104 bildet.

Der hintere kegelstumpfförmige Bereich 146 des Umlenkkörpers 142 ist ebenfalls koaxial zu dem Flammrohr 112 ausgerichtet und schließt sich an einem hinteren Rand 148 des vorderen kegelstumpfförmigen Bereichs 144, wo beide kegelstumpfför­ migen Bereiche 144, 146 im wesentlichen denselben Durchmesser wie das Flammrohr 112 aufweisen, an den vorderen kegelstumpf­ förmigen Bereich 144 an.

Der hintere kegelstumpfförmige Bereich 146 des Umlenkkörpers 142 erweitert sich zu der abdeckplattenseitigen Stirnwand des Feuerraums 104 hin konisch.

Ein hinterer Rand 150 des hinteren kegelstumpfförmigen Be­ reichs 146 und ein diesem Rand gegenüberliegender Bereich der Begrenzungswand 120 des Feuerraums 104 begrenzen zusammen ei­ nen ringförmigen hinteren Spalt 152, der eine zweite Eng­ stelle des Strömungswegs der Verbrennungsprodukte von dem Brenner 110 zu dem Abgasaustritt 123 des Feuerraums 104 bil­ det.

Bei der zweiten Ausführungsform des Heizkessels 100 gelangt während der Betriebsphasen des Brenners 110 das Abgas aus dem Flammrohr 112 durch den Innenraum 116 des vorderen kegel­ stumpfförmigen Bereichs 144 des Umlenkkörpers 142 zur vorde­ ren Stirnwand des Feuerraums 104.

Von dieser vorderen Stirnwand wird das Abgas so umgelenkt, daß es durch den die erste Engstelle bildenden vorderen Spalt 122 in einen zwischen den Spalten 122 und 152 angeordneten Zwischenbereich 154 des Feuerraums 104 und aus diesem Zwi­ schenbereich 154 weiter durch den die zweite Engstelle bil­ denden hinteren Spalt 152 zum Abgasaustritt 123 des Feuer­ raums 104 strömt.

Dabei wird durch das Vorhandensein einer weiteren Engstelle im Strömungsweg der Verbrennungsprodukte der Kontakt zwischen den Verbrennungsprodukten und der Begrenzungswand 120 des Feuerraums 104 noch weiter intensiviert, so daß ein noch grö­ ßerer Anteil der Wärme des Abgases durch Konvektion auf die Begrenzungswand 120 des Feuerraums 104 und von dort weiter auf das Heizwasser in dem Kesselraum 136 des Heizkessels 100 übertragen wird.

Im übrigen stimmt die zweite Ausführungsform eines Heizkes­ sels 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der ersten Aus­ führungsform überein, auf deren Beschreibung Bezug genommen wird.

Ein in Fig. 3 dargestellte dritte Ausführungsform eines Heiz­ kessels 100 unterscheidet sich von der vorstehend beschrie­ benen zweiten Ausführungsform dadurch, daß der Umlenkkörper der dritten Ausführungsform einen gegenüber dem Feuerraum ab­ geschlossenen, mit Heizwasser gefüllten Hohlraum aufweist.

Wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, ist in dem Feuerraum 104 der dritten Ausführungsform eines Heizkessels 100 ein Umlenkkör­ per 154 mit einer im wesentlichen zylindrischen äußeren Be­ grenzungswand 156 koaxial zu dem Flammrohr 112 des Brenners 110 ausgerichtet.

Eine innere Begrenzungswand 158 des Umlenkkörpers 154 weist einen vorderen kegelstumpfförmigen Bereich 144 und einen hin­ teren kegelstumpfförmigen Bereich 146 auf, die beide so ange­ ordnet und ausgerichtet sind, wie vorstehend für den vorderen kegelstumpfförmigen Bereich 144 und den hinteren kegelstumpf­ förmigen Bereich 146 des Umlenkkörpers 142 der zweiten Aus­ führungsform beschrieben.

Die äußere Begrenzungswand 156 und die innere Begrenzungswand 158 umschließen zusammen einen Hohlraum 160, der gegenüber dem Feuerraum 104 abgeschlossen ist und den Innenraum 116 des Umlenkkörpers 154 ringförmig umgibt.

Der Hohlraum 160, der im Betrieb des Heizkessels 100 mit Heizwasser gefüllt ist, steht über mehrere Heizwasserlei­ tungen 162, die den Feuerraum 104 durchqueren, mit dem Kes­ selraum 136 des Heizkessels 100 in Verbindung, so daß Heizwasser zwischen dem Hohlraum 160 und dem Kesselraum 136 ausgetauscht werden kann.

Die äußere Begrenzungswand 156 des Umlenkkörpers 154 und ein dieser Begrenzungswand 156 gegenüberliegender Bereich der Be­ grenzungswand 120 des Feuerraums 104 begrenzen einen ringför­ migen Zwischenraum 164, der einen sich längs der Strömungs­ richtung der Verbrennungsprodukte erstreckenden Bereich von Engstellen des Strömungswegs der Verbrennungsprodukte von dem Brenner 110 zu dem Abgasaustritt 123 des Feuerraums 104 bil­ det.

Während der Betriebsphasen des Brenners 110 gelangt das Abgas des Brenners 110 bei der dritten Ausführungsform eines Heiz­ kessels 100 aus dem Flammrohr 112 durch den Innenraum 116 des Umlenkkörpers 154 zu der vorderen Stirnwand des Feuerraums 104. Dort wird das Abgas so umgelenkt, daß es durch den Zwi­ schenraum 164 im wesentlichen parallel zu der Achse 106 des Feuerraums zu dessen abdeckplattenseitiger Stirnwand strömt, von wo es durch den Abgasaustritt 123 des Feuerraums 104 in die Wendekammer 124 des Heizkessels 100 gelangt.

Da der Hohlraum 160 des Umlenkkörpers 154 der dritten Ausfüh­ rungsform mit Heizwasser gefüllt ist, das über die Heizwas­ ser-Leitungen 162 mit dem Heizwasserkreislauf in Verbindung steht, gibt das Abgas des Brenners 110 bereits über die Be­ grenzungswand 158 des Umlenkkörpers 154 Wärme an das Heizwas­ ser ab, während es den Innenraum 116 des Umlenkkörpers 154 durchströmt.

Da der von dem Abgas durchströmte Zwischenraum 164 einem aus­ gedehnten Bereich unmittelbar aufeinanderfolgender Engstellen des Strömungsweges der Verbrennungsprodukte von dem Brenner 110 zu dem Abgasaustritt 123 des Feuerraums 104 entspricht, kommt das den Zwischenraum 164 durchströmende Abgas in inten­ siven Kontakt mit den diesen Zwischenraum 164 begrenzenden Wänden, nämlich mit der äußeren Begrenzungswand 156 des Um­ lenkkörpers 154 und mit der Begrenzungswand 120 des Feuer­ raums 104. Da jede dieser Begrenzungswände 156, 120 auf ihrer dem Zwischenraum 164 abgewandten Seite mit einem Heizwasser­ reservoir in Kontakt steht, wird durch die äußere Begren­ zungswand 156 des Umlenkkörpers 154 und durch die Begren­ zungswand 120 des Feuerraums 104 eine große Wärmemenge aus dem den Zwischenraum 164 durchströmenden Abgas auf das Heizwasser in dem Hohlraum 160 bzw. in dem Kesselraum 136 übertragen.

Im übrigen stimmt die dritte Ausführungsform eines Heizkes­ sels 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der zweiten Ausführungsform überein, auf deren Beschreibung Bezug genom­ men wird.

Eine in Fig. 4 dargestellte vierte Ausführungsform eines Heizkessels 100 unterscheidet sich von den vorstehend be­ schriebenen drei Ausführungsformen dadurch, daß keine Wende­ kammer vorgesehen ist, sondern die Nachschaltheizkanäle direkt in den Feuerraum des Heizkessels münden.

Wie aus Fig. 4 zu ersehen ist, umfaßt der Heizkessel 100 ge­ mäß der vierten Ausführungsform ein quaderförmiges oder zylindrisches Gehäuse 102, in dem ein im wesentlichen zylin­ drischer Feuerraum 104 mit horizontaler Längsachse 106 ange­ ordnet ist.

Eine (in Fig. 4 links dargestellte) hintere Stirnwand 107 des Feuerraums 104 ist mit einer mittigen Durchgangsöffnung 109 versehen, die den Feuerraum 104 mit dem Außenraum des Gehäu­ ses 102 verbindet und mittels einer an der Außenseite des Gehäuses 102 angeordneten Abdeckplatte 108 verschlossen ist.

Auf der dem Feuerraum 104 abgewandten Außenseite der Abdeck­ platte 108 ist ein Brenner 110 angeordnet, dessen koaxial zu dem Feuerraum 104 ausgerichtetes Flammrohr 112 die Abdeck­ platte 108 durchsetzt und in einem in axialer und radialer Richtung mittigen Bereich des Feuerraums 104 in denselben mündet. Zwischen der Mündungsöffnung des Flammrohrs 112 und einer (in Fig. 4 rechts dargestellten) vorderen Stirnwand 117 des Feuerraums 104 ist ein Umlenkkörper 166 in Form einer flachen zylindrischen Scheibe, die koaxial zu dem Feuerraum 104 ausgerichtet ist, angeordnet. Ein äußerer Rand 168 des Umlenkkörpers 166 und ein diesem Rand gegenüberliegender Be­ reich einer Begrenzungswand 120 des Feuerraums 104 begrenzen zusammen einen ringförmigen Spalt 170.

An der vorderen Stirnwand 117 des Feuerraums 104 münden in denselben mehrere im wesentlichen zylindrische Nachschalt­ heizkanäle 128, die sich in horizontaler Richtung erstrecken und an ihrem dem Feuerraum 104 abgewandten Ende in einen an der Vorderseite des Gehäuses 102 des Heizkessels 100 angeord­ neten Abgassammelraum 130 münden, welcher über einen an einer Vorderwand des Gehäuses 102 angeordneten Abgasstutzen 134 an eine Abgasabführleitung angeschlossen ist, welche zu einem (nicht dargestellten) Schornstein führt.

Die Nachschaltheizkanäle 128 bilden zusammen einen Nach­ schaltheizbereich 132 des Heizkessels 100.

Der einerseits von den Begrenzungswänden des Feuerraums 104, der Nachschaltheizkanäle 128 und des Abgassammelraums 130 und andererseits von der Außenwand des Gehäuses 102 begrenzte Zwischenraum bildet einen Kesselraum 136 des Heizkessels 100, der im Betrieb des Heizkessels 100 mit Heizwasser gefüllt ist.

Der Kesselraum 136 ist über einen unterhalb des Abgassammel­ raums 130 an der vorderen Stirnseite des Gehäuses 102 ange­ ordneten Heizwassereinlaß 138 mit einer (nicht dargestellten) Heizwasser-Rücklaufleitung und über einen oberhalb des Abgas­ sammelraums 130 in der vorderen Stirnwand des Gehäuses 102 angeordneten Heizwasserauslaß 140 an eine (nicht darge­ stellte) Heizwasser-Vorlaufleitung angeschlossen.

Die vorstehend beschriebene vierte Ausführungsform eines Heizkessels 100 funktioniert wie folgt:
Während der Betriebsphasen des Brenners 110 erzeugt der Bren­ ner 110, der an eine (nicht dargestellte) Verbrennungsluft­ zufuhr und an eine (nicht dargestellte) Brennstoffzufuhr an­ geschlossen ist, ein Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemisch, das im Flammrohr 112 verbrannt wird.

Die heißen Verbrennungsprodukte gelangen durch die Mündungs­ öffnung des Flammrohrs 112 in den Feuerraum 104, wo sie auf die dem Flammrohr 112 zugewandte Rückseite 172 des Umlenkkör­ pers 166 auftreffen und so umgelenkt werden, daß sie in ra­ dialer Richtung zu dem Spalt 170 strömen. Nach Durchströmen des Spalts 170 gelangen die Verbrennungsprodukte in einen Zwischenbereich 174, der zwischen der dem Flammrohr 112 abge­ wandten Vorderseite 176 des Umlenkkörpers 166 und der vorde­ ren Stirnwand 117 des Feuerraums 104 angeordnet ist.

Aus dem Zwischenbereich 174 gelangt das Abgas durch die Nach­ schaltheizkanäle 128, deren feuerraumseitige Mündungsöff­ nungen zusammen einen Abgasaustritt 178 des Feuerraums 104 bilden, in den Abgassammelraum 130.

Aus dem Abgassammelraum 130 strömt das Abgas durch den Ab­ gasstutzen 134 und die Abgasabführleitung zu dem Schornstein, aus dem das Abgas in die Umgebung entweichen kann.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, bildet der Spalt 170, der von dem Rand 168 des Umlenkkörpers 166 und der Begrenzungswand 120 des Feuerraums 104 begrenzt wird, eine Engstelle des Strömungswegs der Verbrennungsprodukte von dem Brenner 110 zu dem Abgasaustritt 178 des Feuerraums 104.

Durch das Vorhandensein dieser Engstelle ist gewährleistet, daß die Verbrennungsprodukte im Bereich des Spaltes 170 in intensiven Kontakt mit der Begrenzungswand 120 des Feuerraums 104 kommen, so daß ein effizienter Wärmeübergang aus dem Abgas des Brenners durch die Begrenzungswand 120 auf das in dem Kesselraum 136 des Heizkessels 100 befindliche Heizwasser erfolgt.

Eine in Fig. 5 dargestellte fünfte Ausführungsform eines Heizkessels 100 unterscheidet sich von der vorstehend be­ schriebenen vierten Ausführungsform durch die Ausgestaltung des Umlenkkörpers.

Wie aus Fig. 5 zu ersehen ist, umfaßt die fünfte Ausführungs­ form eines Heizkessels 100 einen topfförmigen Umlenkkörper 180, der in dem Feuerraum 104 zwischen der Mündungsöffnung des Flammrohrs 112 und der vorderen Stirnwand des Feuerraums 104 angeordnet ist.

Der Umlenkkörper 180 weist die Form eines Hohlzylinders auf, der im wesentlichen koaxial zu dem Feuerraum 104 und dem Flammrohr 112 ausgerichtet ist und an seinem dem Flammrohr 112 abgewandten Ende durch eine Stirnwand 182 verschlossen ist.

Die Umfangswand 184 des Umlenkkörpers 180 begrenzt zusammen mit einem derselben gegenüberliegenden Bereich der Begren­ zungswand 120 des Feuerraums 104 einen ringförmigen Zwischen­ raum 186, der einen sich in axialer Richtung des Umlenkkör­ pers 180 erstreckenden Bereich von Engstellen des Strömungs­ wegs der Verbrennungsprodukte von dem Brenner 110 zu dem Abgasaustritt 178 des Feuerraums 104 bildet.

Während der Betriebsphasen des Brenners 110 strömt bei der fünften Ausführungsform eines Heizkessels 100 das heiße Abgas des Brenners aus dem Flammrohr 112 zunächst gegen die dem Flammrohr 112 zugewandte Rückseite 188 der Stirnwand 182 des Umlenkkörpers 180.

Durch den Umlenkkörper 180 wird das Abgas so umgelenkt, daß es längs der Vorderseite 188 der Stirnwand 182 und längs der Innenseite der Umfangswand 184 des Umlenkkörpers 180 zu dem Zwischenraum 186 zwischen dem Umlenkkörper 180 und der Begrenzungswand 120 des Feuerraums 104 gelangt.

Nach Durchströmen des Zwischenraums 186 in Längsrichtung des Feuerraums 104 gelangt das Abgas in einen zwischen der dem Flammrohr 112 abgewandten Vorderseite 190 und der vorderen Stirnwand 117 des Feuerraums 104 angeordneten Zwischenbereich 174, aus dem das Abgas durch die Nachschaltheizkanäle 128 in den Abgassammelraum 130 strömt.

Da der Zwischenraum 186 zwischen der Umfangswand 184 des Umlenkkörpers 180 und der Begrenzungswand 120 des Feuerraums 104 einen in Strömungsrichtung der Verbrennungsprodukte aus­ gedehnten Bereich aufeinanderfolgender Engstellen des Strö­ mungswegs der Verbrennungsprodukte von dem Brenner 110 zu dem Abgasaustritt 178 des Feuerraums 104 bildet, ist gewährlei­ stet, daß die Verbrennungsprodukte beim Durchströmen des Zwi­ schenraums 186 in intensiven Kontakt mit der Begrenzungswand 120 des Feuerraums 104 gelangen und dabei ein effizienter Wärmeübergang durch Konvektion aus dem Abgas des Brenners 110 durch die Begrenzungswand 120 auf das im Kesselraum 136 be­ findliche Heizwasser erfolgt.

Eine in Fig. 6 dargestellte sechste Ausführungsform eines Heizkessels 100 unterscheidet sich von den vorstehend be­ schriebenen fünf Ausführungsformen dadurch, daß kein Nach­ schaltheizbereich in dem Heizkessel, sondern statt dessen ein dem Heizkessel nachgeschalteter Restwärmetauscher vorgesehen ist, welcher mit dem Brenner, dem Heizkessel und einem Luft­ vorwärmer zum Vorwärmen der Verbrennungsluft zu einer Bren­ ner-Heizkessel-Restwärmetauscher-Luftvorwärmer-Einheit zusam­ mengefaßt ist.

Wie aus Fig. 6 zu ersehen ist, umfaßt eine als Ganzes mit 200 bezeichnete Feuerungsanlage, in die die sechste Ausführungs­ form eines Heizkessels 100 eingebaut ist, eine Brenner-Heiz­ kessel-Restwärmetauscher-Luftvorwärmer-Einheit 202 mit einem im wesentlichen quaderförmigen Gehäuse 204, in dem ein im wesentlichen hohlzylindrischer Heizkessel 100 mit einem im wesentlichen zylindrischen Feuerraum 104 so angeordnet ist, daß die Längsachse 106 des Feuerraums 104 vertikal ausgerich­ tet ist.

In den durch eine Begrenzungswand 120 begrenzten Feuerraum 104 taucht ein Flammrohr 112 eines an einer Deckenwand 206 des Gehäuses 204 angeordneten Brenners 110 ein.

Das Flammrohr 112 ist koaxial zu dem Feuerraum 104 ausgerich­ tet und mündet in einem axial und radial mittigen Bereich des Feuerraums 104 in denselben.

An dem Flammrohr 112 ist ein doppelkegelstumpfförmiger Um­ lenkkörper 208 mit einem unteren kegelstumpfförmigen Bereich 210 und einem oberen kegelstumpfförmigen Bereich 212 angeord­ net.

Der untere kegelstumpfförmige Bereich 210 des Umlenkkörpers 208 weist einen oberen Rand 214 auf, an dem der untere kegel­ stumpfförmige Bereich 210 an das Flammrohr 112 anschließt und denselben Durchmesser wie das Flammrohr 112 aufweist.

Von seinem oberen Rand 214 aus erweitert sich der untere kegelstumpfförmige Bereich 210 des Umlenkkörpers 208 in Rich­ tung der Längsachse 106 nach unten konisch bis zu einem unte­ ren Rand 216 des unteren kegelstumpfförmigen Bereichs 210.

Der untere Rand 216 begrenzt zusammen mit einem ihm gegen­ überliegenden Bereich der Begrenzungswand 120 des Feuerraums 104 einen ringförmigen unteren Spalt 218.

Der obere kegelstumpfförmige Bereich 212 des Umlenkkörpers 208 schließt sich an dem oberen Rand 214 des unteren kegel­ stumpfförmigen Bereichs 210 an denselben an und erweitert sich konisch in Richtung der Längsachse 106 nach oben bis zu einem oberen Rand 220 des oberen kegelstumpfförmigen Bereichs 212.

Der obere Rand 220 des oberen kegelstumpfförmigen Bereichs 212 des Umlenkkörpers 208 begrenzt zusammen mit einem ihm gegenüberliegenden Bereich der Begrenzungswand 120 des Feuer­ raums 104 einen ringförmigen oberen Spalt 222.

Ein unterer Endbereich 224 des Feuerraums 104 verjüngt sich konisch zu der Achse 106 hin, wo er die tiefste Stelle des Feuerraums 104 bildet und wo in den Feuerraum 104 ein Konden­ satabflußkanal 226 mündet, der die Heizkesselwandung parallel zu der Längsachse 106 des Feuerraums 104 durchsetzt, so daß in dem Feuerraum 104 gebildetes Kondensat durch diesen Kon­ densatabflußkanal 226 in einen am Boden des Gehäuses 204 an­ geordneten Kondensatsumpf 228 abfließen kann.

Nahe einer oberen Stirnwand 230 des Feuerraums 104 münden in denselben beispielsweise zwei Abgaskanäle 232, die die Wan­ dung des Heizkessels 100 in horizontaler Richtung durchsetzen und den Feuerraum 104 mit einem den Heizkessel 100 umgebenden Abgassammelraum 234 verbinden.

Der Abgassammelraum 234 wird durch einen Bereich 236 der In­ nenwand des Gehäuses 204, die Außenwand 238 des Heizkessels 100, die Oberfläche des Kondensatsumpfes 228 und durch einen doppelwandigen Schutzschild 240 begrenzt, welcher neben dem Heizkessel 100 angeordnet ist und sich von der Deckenwand 206 des Gehäuses 204 nach unten zu dem Kondensatsumpf 228 hin er­ streckt.

Zwischen einem unteren Rand des Schutzschildes 240 und der Oberfläche des Kondensatsumpfes 228 verbleibt ein Durchlaß, der als Abgaseintritt 242 eines in dem Gehäuse 204 angeordne­ ten Restwärmetauschers 244 dient, welcher durch den Schutz­ schild 240 von dem Abgasabführraum 234 abgetrennt ist.

Der Restwärmetauscher 244 umfaßt eine im Betrieb der Feue­ rungsanlage 200 mit Kondensat gefüllte Düsenvorkammer 246, die durch eine mit Düsenbohrungen versehene Düsenplatte 248 von einem darunter angeordneten Wärmetauscherraum 250 ge­ trennt ist.

Der Wärmetauscherraum 250 wird seitlich durch einen Bereich der Innenwand des Gehäuses 204, durch eine wärmetauscher­ seitige Wand 252 des doppelwandigen Schutzschildes 240 und durch eine der wärmetauscherseitigen Wand 252 des Schutz­ schildes 240 gegenüberliegende, sich von der Unterseite der Düsenplatte 248 bis zu der Oberfläche des Kondensatsumpfes 228 erstreckende Trennwand 254 begrenzt. Die Trennwand 254 trennt den Wärmetauscherraum 250 des Restwärmetauschers 244 von einem Luftvorwärmraum 256 eines im folgenden noch näher zu beschreibenden Luftvorwärmers 258 der Brenner-Heizkessel- Restwärmetauscher-Luftvorwärmer-Einheit 202.

Die wärmetauscherseitige Wand 252 des Schutzschildes 240 kommt im Betrieb der Feuerungsanlage 200 in Kontakt mit einem in dem Restwärmetauscher 244 erzeugten Kondensatspray und wird dadurch auf eine Temperatur unterhalb der Abgastaupunkt­ temperatur gekühlt.

Eine den Abgassammelraum 234 begrenzende abgassammelraum­ seitige Wand 260 des Schutzschildes 240 wird im Betrieb der Feuerungsanlage 200 von heißem Abgas, das durch einen der Ab­ gaskanäle 232 aus dem Feuerraum 104 in den Abgassammelraum 234 gelangt, angeströmt und dadurch auf eine Temperatur ober­ halb der Abgastaupunkttemperatur erwärmt.

Der Zwischenraum zwischen der wärmetauscherseitigen Wand 252 und der abgassammelraumseitigen Wand 260 des Schutzschildes 240 ist vorzugsweise mit einer Wärmedämmung 262 aus einem Material mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit gefüllt, so daß die beiden Wände 252 und 260 des Schutzschildes 240 thermisch voneinander getrennt sind.

Der Abgassammelraum 234 und der Wärmetauscherraum 250 des Restwärmetauschers 244 bilden zusammen einen Abgasabführraum der Feuerungsanlage 200.

Der Bereich 236 der Innenwand des Gehäuses 204, die abgas­ sammelraumseitige Wand 260 des Schutzschildes 240 und die Außenwand 238 des Heizkessels 100 bilden zusammen einen ersten Begrenzungswandbereich dieses Abgasabführraums, der im Betrieb der Feuerungsanlage 200 eine Temperatur oberhalb der Abgastaupunkttemperatur aufweist.

Die wärmetauscherseitige Wand 252 des Schutzschildes 240, die Trennwand 254 und die den Wärmetauscherraum 250 begrenzenden Bereiche der Innenwand des Gehäuses 204 bilden zusammen einen zweiten Begrenzungswandbereich des Abgasabführraums, der im Betrieb der Feuerungsanlage eine Temperatur unterhalb der Abgastaupunkttemperatur aufweist.

Mit Ausnahme der Wärmedämmung 262 weist somit keines der an dem Abgasabführraum angeordneten Elemente der Feuerungsanlage 200 die Abgastaupunkttemperatur auf, so daß keine erhöhte Korrosionsgefahr besteht und sich keine Ablagerungen bilden.

Die Wärmedämmung 262, die stellenweise im Betrieb der Feue­ rungsanlage 200 die Abgastaupunkttemperatur aufweist, kommt nur an ihrem äußersten unteren Rand mit dem Abgas in Kontakt; außerdem besteht sie aus einem korrosionsbeständigen Mate­ rial, so daß auch bezüglich der Wärmedämmung 262 keine Korro­ sionsgefahr besteht.

Die Düsenplatte 248 wird in vertikaler Richtung von mehreren (nicht dargestellten) Düsenbohrungen durchsetzt. Die Düsen­ bohrungen sind so ausgebildet, daß aus dem mit Kondensat ge­ füllten Innenraum der Düsenvorkammer 246 durch die Düsenboh­ rungen in den Wärmetauscherraum 250 austretende Kondensat­ strahlen in ein monodisperses Kondensatspray zerfallen.

Ein monodisperses Kondensatspray wird dabei mit Hilfe des Tropfengrößenspektrums wie folgt definiert:
Es sei d_0,05 der Tropfendurchmesser, für den gilt, daß alle Tropfen des Kondensatsprays, deren Durchmesser kleiner ist als dieser Durchmesser, zusammen 5% des Flüssigkeitsvolumens des Sprays beinhalten.

Ferner sei d_0,95 der Tropfendurchmesser, für den gilt, daß alle Tropfen des Kondensatsprays, deren Durchmesser größer ist als dieser Durchmesser, zusammen 5% des Flüssigkeits­ volumens des Sprays beinhalten.

Dann soll ein Kondensatspray als monodispers gelten, wenn das Verhältnis des Durchmessers d_0,95 zu dem Durchmesser d_0,05 klei­ ner ist als ungefähr 1,2.

Ein monodisperses Kondensatspray weist also eine sehr schmale Tropfengrößenverteilung auf. Verschiedene Möglichkeiten, die Düsenbohrungen so auszugestalten, daß die aus denselben aus­ tretenden Kondensatstrahlen in ein monodisperses Kondensat­ spray zerfallen, sind in der deutschen Offenlegungsschrift 195 43 452 angegeben, auf die hiermit ausdrücklich Bezug ge­ nommen wird.

Im unteren Bereich des Wärmetauscherraums 250 sind mehrere, beispielsweise drei, Zerstäuberplattengruppen 266a, 266b und 266c vorgesehen, die jeweils mehrere Zerstäuberplatten 268 umfassen, welche der Erzeugung eines Verdampfungs-Kondensat­ sprays aus dem mittels der Düsenplatte 248 erzeugten monodis­ persen Kondensatspray dienen, wie im folgenden noch näher er­ läutert werden wird.

Die Zerstäuberplatten 268 einer Zerstäuberplattengruppe 266a, 266b oder 266c sind jeweils parallel zueinander ausgerichtet, Zerstäuberplatten unterschiedlicher Gruppen sind jedoch unter verschiedenen Winkeln gegen die Horizontale geneigt. Wie aus Fig. 6 zu ersehen ist, sind die Zerstäuberplatten der ober­ sten Zerstäuberplattengruppe 266a im wesentlichen horizontal ausgerichtet, während die Zerstäuberplatten der mittleren Zerstäuberplattengruppe 266b einen Neigungswinkel von unge­ fähr 8° und die Zerstäuberplatten der untersten Zerstäuber­ plattengruppe 266c einen Neigungswinkel von ungefähr 16° ge­ gen die Horizontale aufweisen. Die Zerstäuberplatten der Zer­ stäuberplattengruppen 266b und 266c sind so geneigt, daß sie zu ihrem der wärmetauscherseitigen Wand 252 des Schutzschil­ des 240 zugewandten Rand hin ansteigen.

Ein Abgasaustritt 270 des Restwärmetauschers 244 ist im obe­ ren Bereich des Wärmetauscherraums 250 in der Wand des Gehäu­ ses 204 vorgesehen.

Von dem Abgasaustritt 270 des Restwärmetauschers 244 führt eine Abgasleitung 272 zu einem (nicht dargestellten) Schorn­ stein der Feuerungsanlage 200, durch den das Abgas der Feue­ rungsanlage 200 in die Umgebung entweichen kann.

Der Luftvorwärmer 258, dessen Luftvorwärmraum 256 von dem Wärmetauscherraum 250 des Restwärmetauschers 244 durch die Trennwand 254 getrennt ist, entspricht in seinem Aufbau im wesentlichen dem Restwärmetauscher 244.

Dem Luftvorwärmer 258 und dem Restwärmetauscher 244 sind die im Betrieb der Feuerungsanlage 200 mit Kondensat gefüllte Dü­ senvorkammer 246 und die Düsenplatte 248, die von vertikalen Düsenbohrungen durchsetzt wird, gemeinsam.

Über einen in einem unteren Bereich des Luftvorwärmraums 256 vorgesehenen Verbrennungslufteintritt 274 ist der Luftvorwär­ mer 258 an eine (in Fig. 6 nur abschnittsweise dargestellte) Verbrennungsluftzufuhr 276 angeschlossen.

Über einen in einem oberen Bereich des Luftvorwärmraums 256 vorgesehenen Verbrennungsluftaustritt 278 ist der Luftvorwär­ mer 258 an eine Verbrennungsluft-Zwischenleitung 280 ange­ schlossen, die zu dem Brenner 110 der Feuerungsanlage 200 führt.

Im unteren Bereich des Luftvorwärmraums 256 sind mehrere, beispielsweise drei, Zerstäuberplattengruppen 281a, 281b und 281c vorgesehen, die jeweils mehrere Zerstäuberplatten 283 umfassen, welche der Erzeugung eines Verdampfungs-Kondensat­ sprays aus dem mittels der Düsenplatte 248 erzeugten mono­ dispersen Kondensatspray denen.

Die Zerstäuberplatten 283 einer Zerstäuberplattengruppe 281a, 281b oder 281c sind jeweils parallel zueinander ausgerichtet, Zerstäuberplatten unterschiedlicher Gruppen sind jedoch unter verschiedenen Winkeln gegen die Horizontale geneigt. Wie aus Fig. 6 zu ersehen ist, sind die Zerstäuberplatten der ober­ sten Zerstäuberplattengruppe 281a im wesentlichen horizontal ausgerichtet, während die Zerstäuberplatten der mittleren Zerstäuberplattengruppe 281b einen Neigungswinkel von unge­ fähr 8° und die Zerstäuberplatten der untersten Zerstäuber­ plattengruppe 281c einen Neigungswinkel von ungefähr 16° gegen die Horizontale aufweisen. Die Zerstäuberplatten der Zerstäuberplattengruppen 281b und 281c sind so geneigt, daß sie zu ihrem dem Verbrennungslufteintritt 274 zugewandten Rand hin ansteigen.

Die gemeinsame Düsenvorkammer 246 des Luftvorwärmers 258 und des Restwärmetauschers 244 ist über eine Kondensat-Zwischen­ leitung 282 mit einem druckseitigen Ausgang einer Kondensat­ pumpe 284 verbunden.

Ein saugseitiger Eingang der Kondensatpumpe 284 ist über eine Kondensat-Zwischenleitung 286 mit einem in den Kondensatsumpf 228 mündenden Kondensataustritt 288 des Gehäuses 204 der Brenner-Heizkessel-Restwärmetauscher-Luftvorwärmer-Einheit 202 verbunden.

Der Kondensatsumpf 228, die Kondensat-Zwischenleitung 286, die Kondensatpumpe 284, die Kondensat-Zwischenleitung 282, der Restwärmetauscher 244 und der Luftvorwärmer 258 bilden zusammen einen Kondensatkreislauf 290 der Feuerungsanlage 200.

In dem Kondensatsumpf 228 am Boden des Gehäuses 204 ist eine Heizwasser-Wärmetauscherschlange 292 angeordnet, die zusammen mit dem Kondensatsumpf 228 einen Kondensat-Heizwasser-Wärme­ tauscher 294 bildet.

Ein oberes Ende der Heizwasser-Wärmetauscherschlange 292 ist an einen Eingang einer Heizwasserverzweigung 296 angeschlos­ sen.

Von einem ersten Ausgang der Heizwasserverzweigung 296 führt eine Heizwasser-Zwischenleitung 298 zu einem in der unteren Stirnwand des Heizkessels 100 angeordneten Heizwassereintritt 300 des Heizkessels 100.

Der Zwischenraum zwischen der Außenwand 238 des Heizkessels 100 und der Begrenzungswand 120 des Feuerraums 104 bildet einen Kesselraum 302, der im Betrieb der Feuerungsanlage 200 mit Heizwasser gefüllt ist.

Im Bereich der oberen Stirnwand 230 des Heizkessels 100 ist ein Heizwasseraustritt 304 vorgesehen, von dem eine Heiz­ wasser-Zwischenleitung 306 zu einem ersten Eingang eines motorisch betätigbaren Drei-Wege-Mischventils 308 führt.

Ein zweiter Eingang des Mischventils 308 ist über eine Heizwasser-Abzweigleitung 309 mit einem zweiten Ausgang der Heizwasserverzweigung 296 verbunden.

Ein Ausgang des Mischventils 308 ist über eine Heizwasser- Zwischenleitung 310 mit einem saugseitigen Eingang einer Heizwasserpumpe 312 verbunden.

Von einem druckseitigen Ausgang der Heizwasserpumpe 312 führt eine Heizwasser-Vorlaufleitung 314 zu einer (nicht darge­ stellten) Heizkörperanordnung.

Von dieser Heizkörperanordnung führt eine Heizwasser-Rück­ laufleitung 316 zu einem in einem unteren Bereich des Gehäu­ ses 204 der Brenner-Heizkessel-Restwärmetauscher-Luftvorwär­ mer-Einheit 202 vorgesehenen Heizwassereintritt 318.

An den Heizwassereintritt 318 ist ein unteres Ende der Heizwasser-Wärmetauscherschlange 292 angeschlossen, die einen Bestandteil des Kondensat-Heizwasser-Wärmetauschers 294 bil­ det.

Der Heizkessel 100, die Heizwasser-Zwischenleitung 306, das Mischventil 308, die Heizwasser-Abzweigleitung 309, die Heizwasser-Zwischenleitung 310, die Heizwasserpumpe 312, die Heizwasser-Vorlaufleitung 314, die Heizkörperanordnung, die Heizwasser-Rücklaufleitung 316, die Heizwasser-Wärmetauscher­ schlange 292 und die Heizwasser-Zwischenleitung 298 bilden zusammen einen Heizwasserkreislauf 320.

Die vorstehend beschriebene Feuerungsanlage 200, die die sechste Ausführungsform eines Heizkessels 100 umfaßt, funk­ tioniert wie folgt:
Während der Betriebsphasen des Brenners 110 entsteht durch Verbrennung des Brennstoffes mittels durch die Verbrennungs­ luft-Zwischenleitung 280 dem Brenner 110 zugeführter Verbren­ nungsluft im Flammrohr 112 des Brenners 110 ein Abgas, das durch den Innenraum 116 des unteren kegelstumpfförmigen Be­ reichs 210 des Umlenkkörpers 208 zum unteren Endbereich 224 des Feuerraums 104 und von dort durch den Zwischenraum zwi­ schen der Außenseite des Umlenkkörpers 208 einerseits und der Begrenzungswand 120 des Feuerraums 104 andererseits in den oberen Bereich des Feuerraums 104 zu den Abgaskanälen 232 strömt, deren feuerraumseitige Mündungsöffnungen zusammen einen Abgasaustritt des Feuerraums 104 bilden.

Dabei kommt das Abgas im Bereich des unteren Spalts 218 und des oberen Spalts 222, die Engstellen des Strömungswegs der Verbrennungsprodukte von dem Flammrohr 112 zu den Abgaskanä­ len 232 bilden, in intensiven Kontakt mit der Begrenzungswand 120 des Feuerraums 104, so daß in dem Abgas enthaltene Wärme auf effiziente Weise durch Konvektion auf die Begrenzungswand 120 des Feuerraums 104 und von dort auf das in dem Kesselraum 302 enthaltene Heizwasser übertragen wird.

Die Querschnittsflächen der Spalte 218 und 222 sind so bemes­ sen, daß die Strömungsgeschwindigkeiten des Abgases durch die Spalte 218 und 222 im wesentlichen der Strömungsgeschwindig­ keit des Abgases durch die Abgaskanäle 232 entspricht.

Durch die Abgaskanäle 232 gelangt das Abgas in den Abgassam­ melraum 234, von wo es durch den Abgaseintritt 242 in den Restwärmetauscher 244 einströmt.

Zu Beginn jeder Betriebsphase des Brenners 110 wird auch die Kondensatpumpe 284 im Kondensatkreislauf 290 in Betrieb ge­ nommen. Infolgedessen strömt das Kondensat aus dem Kondensat­ sumpf 228 durch die Kondensat-Zwischenleitung 286, die Kon­ densatpumpe 284 und die Kondensat-Zwischenleitung 282 in die Düsenvorkammer 246.

Aus der Düsenvorkammer 246 wird ein Teil des Kondensats unter einem geringen Überdruck von beispielsweise 0,01 bar bis 0,1 bar durch Düsenbohrungen in der Düsenplatte 248 in den Wärmetauscherraum 250 des Restwärmetauschers 244 gepreßt.

Wie in Fig. 6 schematisch dargestellt ist, tritt aus jeder der Düsenbohrungen ein frei durch den Wärmetauscherraum 250 fallender Kondensatstrahl aus, der nach Durchfallen der Zer­ fallslängs in die Tropfen eines monodispersen Kondensatsprays zerfällt.

Der Zerfall eines Kondensatstrahls mit rundem Querschnitt er­ folgt nach einem der folgenden Zerfallsmechanismen: Rayleigh- Zerfall, Membran-Zerfall oder Fiber-Zerfall.

Die Strömungsgeschwindigkeit des Kondensats durch die Düsen­ bohrungen der Düsenplatte 248 wird mittels der Kondensatpumpe 284 so eingestellt, daß der Zerfall der Kondensatstrahlen in dem Wärmetauscherraum 250 durch Rayleigh-Zerfall erfolgt, wo­ bei aus jedem Kondensatstrahl eine monodisperse Tropfenkette entsteht, deren Tropfen jeweils einen Durchmesser aufweisen, der ungefähr das Doppelte des ursprünglichen Strahldurchmes­ sers beträgt. Der Rayleigh-Zerfall führt somit zur Bildung eines monodispersen Kondensatsprays.

Für die Einzelheiten zu dem Zerfallsmechanismus des Konden­ satstrahls und für die Betriebsbedingungen, die einzustellen sind, um einen Zerfall des Kondensatstrahls in ein monodis­ perses Kondensatspray zu erreichen, insbesondere die Strö­ mungsgeschwindigkeit des Kondensats durch die Düsenbohrungen der Düsenplatte 248, wird auf die deutsche Offenlegungs­ schrift 195 43 452 verwiesen.

Die Tropfen des monodispersen Kondensatsprays, die nach Durchfallen des oberen Bereichs des Wärmetauscherraums 250 auf die Zerstäuberplatten 268 auftreffen, zerfallen in klei­ nere Tröpfchen und Ligamente, so daß im Bereich der Zerstäu­ berplatten 268 ein Verdampfungs-Kondensatspray gebildet wird.

Die Zerstäuberplatten 268 sind vorzugsweise als Lochbleche ausgebildet, die jeweils einzeln den gesamten Querschnitt des Wärmetauscherraums 250 überdecken. Jedes dieser Lochbleche, die beispielsweise aus Edelstahl gefertigt sein können, weist einen Durchlaß von ungefähr 55% bis ungefähr 75% auf. Das durch den Abgaseintritt 242 in den Restwärmetauscher 244 ein­ tretende Abgas kann somit durch die Löcher in den Zerstäuber­ platten 268 nach oben strömen.

Kondensattropfen, die auf eine der Zerstäuberplatten 268 fal­ len, zerfallen in kleinere Tröpfchen und Ligamente, die eine große spezifische Oberfläche aufweisen und leicht verdampfen.

Durch die Zerstäuberplatten 268 wird somit aus dem mittels der Düsenplatte 248 erzeugten monodispersen Kondensatspray ein Verdampfungs-Kondensatspray aus kleineren Tröpfchen er­ zeugt, das durch das Abgas, das in den Wärmetauscherraum 250 des Restwärmetauschers 244 einströmt, im wesentlichen voll­ ständig verdampft wird.

Da die Oberseiten der Zerstäuberplatten 268 dem Abgaseintritt 242 abgewandt sind, gelangt nur ein geringer Teil des erzeug­ ten Verdampfungs-Kondensatsprays durch den Abgaseintritt 242 in den Abgassammelraum 234.

Durch die Verdampfung des Verdampfungs-Kondensatsprays wird das in den Wärmetauscherraum 250 eintretende Abgas rasch ab­ gekühlt. Ferner verdampft das in den Wärmetauscherraum 250 eintretende Abgas auch zumindest einen Teil der Tropfen des monodispersen Kondensatsprays, wobei sich die fühlbare Abgas­ wärme in latente Wärme umwandelt.

Der durch Verdampfung des Verdampfungs-Kondensatsprays und durch partielle Verdampfung des monodispersen Kondensatsprays gebildete Wasserdampf strömt zusammen mit dem abgekühlten Ab­ gas und dem darin bereits enthaltenen Wasserdampf gegen die Fallrichtung des Kondensatsprays in dem Wärmetauscherraum 250 nach oben, wobei sich das Abgas weiter abkühlt, so daß im oberen, der Düsenplatte 248 benachbarten Bereich des Wärme­ tauscherraums 250 der im Abgas mitgeführte Wasserdampf an den Tropfen des monodispersen Kondensatsprays kondensiert, wobei der zirkulierende Kondensatmassenstrom die im Dampf enthal­ tene latente Wärme aufnimmt.

Die Menge des im oberen Bereich des Wärmetauscherraums 250 kondensierenden Wasserdampfes ist größer als die Menge des im unteren Bereich des Wärmetauscherraums 250 verdampften Kon­ densats, so daß im Ergebnis der mit dem Abgas in den Restwär­ metauscher 244 gelangte Wasserdampf zumindest teilweise kon­ densiert und dabei latente Wärme an den Kondensatmassenstrom im Kondensatkreislauf 290 abgibt.

Da das Kondensat demnach fühlbare und latente Wärme aus dem Abgasstrom aufnimmt, wirkt es als Kühlmedium für das Abgas des Brenners 110.

Das Abgas wird in dem Restwärmetauscher 244 nicht nur abge­ kühlt und getrocknet, sondern auch gereinigt, da im Abgas mitgeführte Schadstoffe im Kondensatstrom gelöst werden. Ins­ besondere wird bei Verwendung schwefelhaltiger Brennstoffe im Brenner 110 entstehendes SO₂ aus dem Abgas ausgewaschen.

Das in dem Restwärmetauscher 244 abgekühlte Abgas gelangt durch den Abgasaustritt 270 und die an denselben angeschlos­ sene Abgasleitung 272 zu dem Schornstein der Feuerungsanlage 200, durch den es in die Atmosphäre entweichen kann.

Die nicht verdampften Tropfen des Kondensatsprays gelangen nach Durchfallen des Wärmetauscherraums 250 in den Kondensat­ sumpf 228, der einen Teil des Kondensat-Heizwasser-Wärmetau­ schers 294 bildet. In dem Kondensat-Heizwasser-Wärmetauscher 294 gibt das Kondensat aus dem Abgas aufgenommene Wärme an Heizwasser ab, das durch die Heizwasser-Wärmetauscherschlange 292 strömt. Die Strömung des Heizwassers wird durch die Heizwasserpumpe 312 erzeugt, die während der Betriebsphasen des Brenners 110 einen Heizwasserumlauf durch den Heizwasser­ kreislauf 320 aufrechterhält.

Dabei wird die Heizwasser-Vorlauftemperatur mittels des Mischventils 308 auf einen vorgegebenen Wert geregelt. Zu diesem Zweck ist das Mischventil 308 mit einem (nicht darge­ stellten) Temperatursensor verbunden, der die Temperatur des Heizwassers in der Heizwasser-Vorlaufleitung 314 mißt. In Ab­ hängigkeit von dem Ergebnis der Messung wird das Mischungs­ verhältnis der aus dem Heizkessel 100 und aus der Heizwasser- Abzweigleitung durch das Mischventil 308 fließenden Heizwas­ serströme durch das Mischventil 308 selbsttätig eingestellt.

Um während der Betriebspausen des Brenners 110 die in dem um­ laufenden Kondensat enthaltene Restwärme zu nutzen, wird die Strömung durch den Kondensatkreislauf 290 mittels der Konden­ satpumpe 284 auch nach Abschalten des Brenners 110 noch eine gewisse Zeit lang aufrechterhalten, damit die in dem Konden­ sat des Kondensatkreislaufs 290 enthaltene Restwärme mög­ lichst vollständig an das Heizwasser abgegeben wird.

Alternativ oder ergänzend zu dem Kondensat-Heizwasser-Wärme­ tauscher 294 kann auch ein Kondensat-Brauchwasser-Wärmetau­ scher vorgesehen sein, der in dem Kondensat des Kondensat­ kreislaufs 290 enthaltene Restwärme an Brauchwasser in einer Brauchwasserzuführleitung überträgt.

Neben dem Kondensat-Heizwasser-Wärmetauscher 294 bildet der Luftvorwärmer 256 eine weitere Wärmesenke in dem Kondensat­ kreislauf 290.

Ein Teil des Kondensats in der Düsenvorkammer 246 wird näm­ lich unter einem geringen Überdruck von beispielsweise 0,01 bar bis 0,1 bar durch Düsenbohrungen in der Düsenplatte 248 in den Luftvorwärmraum 256 gepreßt.

Wie in Fig. 6 schematisch dargestellt, tritt aus jeder dieser Düsenbohrungen ein frei durch den Luftvorwärmraum 256 fallen­ der Kondensatstrahl aus, der nach Durchfallen einer Zerfalls­ länge in die Tropfen eines Kondensatsprays zerfällt.

Wie auch beim Restwärmetauscher 244 werden die Betriebsbe­ dingungen, insbesondere die Strömungsgeschwindigkeit des Kon­ densats durch die Düsenbohrungen, dabei so gewählt, daß die Kondensatstrahlen durch Rayleigh-Zerfall in ein monodisperses Kondensatspray zerfallen.

Die Tropfen des monodispersen Kondensatsprays durchfallen den Luftvorwärmraum 256 und treffen jeweils auf eine der Zerstäu­ berplatten 281, wobei sie in kleinere Tröpfchen und Ligamente zerfallen, so daß ein Verdampfungs-Kondensatspray gebildet wird.

Durch die Verbrennungsluft-Zufuhr 276 und den Verbrennungs­ lufteintritt 274 in den Luftvorwärmraum 256 des Luftvorwär­ mers 258 gelangende frische, kalte Verbrennungsluft kommt in unmittelbaren Kontakt mit den Tröpfchen des Verdampfungs- Kondensatsprays und den Tropfen des monodispersen Kondensat­ sprays und nimmt dabei Wärme aus dem Kondensat auf. Ferner werden die Tröpfchen des Verdampfungs-Kondensatsprays und des monodispersen Kondensatsprays zumindest teilweise verdampft, so daß die Verbrennungsluft nicht nur fühlbare, sondern auch latente Wärme aufnimmt und der Wasserdampfgehalt der Verbren­ nungsluft sich erhöht, die Verbrennungsluft also befeuchtet wird.

Da das Kondensat demnach fühlbare und latente Wärme in dem Luftvorwärmer 258 an die Verbrennungsluft abgibt, wirkt es als Wärmetauschflüssigkeit für die Verbrennungsluft.

Aufgrund der Verdampfung von Kondensat im Luftvorwärmraum 256 des Luftvorwärmers 258 ist die in dem Kondensatsumpf 228 am Boden des Gehäuses 204 der Brenner-Heizkessel-Restwärmetau­ scher-Luftvorwärmer-Einheit 202 eintreffende Kondensatmenge geringfügig kleiner als die durch die Düsenplatte 248 in den Luftvorwärmraum 256 eintretende Kondensatmenge.

Die in dem Luftvorwärmraum 256 des Luftvorwürmers 258 er­ wärmte und befeuchtete Verbrennungsluft gelangt durch den Verbrennungsluftaustritt 278 und die Verbrennungsluft- Zwischenleitung 280 in den Brenner 110, wo sie zur Verbren­ nung des Brennstoffes verwendet wird.

Durch die Luftvorwärmung wird der feuerungstechnische Wir­ kungsgrad der Feuerungsanlage 200 erhöht. Durch die Luftbe­ feuchtung wird die Flammentemperatur des Brenners 110 und damit die Stickoxidbildung bei der Verbrennung reduziert.

Wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, weist die sechste Aus­ führungsform eines Heizkessels 100 keinen Nachschaltheiz­ bereich auf; vielmehr strömt das Abgas aus dem Feuerraum 104 durch die (kurzen) Abgaskanäle 232 direkt in den Abgassammel­ raum 234 und von dort in den Wärmetauscherraum 250 des Rest­ wärmetauschers 244, wo ihm die verbliebene Restwärme entzogen wird.

Eine in den Fig. 7 bis 9 dargestellte Brenner-Heizkessel- Restwärmetauscher-Luftvorwärmer-Einheit umfaßt eine siebte Ausführungsform eines Heizkessels 100 und unterscheidet sich von der vorstehend im Zusammenhang mit der sechsten Ausfüh­ rungsform des Heizkessels beschriebenen Brenner-Heizkessel- Restwärmetauscher-Luftvorwärmer-Einheit dadurch, daß der Heizkessel nicht neben dem Restwärmetauscher, sondern ober­ halb desselben angeordnet ist.

Wie aus den Fig. 7 und 8 zu ersehen ist, umfaßt die Bren­ ner-Heizkessel-Restwärmetauscher-Luftvorwärmer-Einheit 322 ein im wesentlichen quaderförmiges Gehäuse 204, in dessen oberem Bereich ein im wesentlichen hohlzylindrischer Heizkes­ sel 100 mit einem zylindrischen Feuerraum 104, dessen Längs­ achse 106 horizontal ausgerichtet ist, angeordnet ist.

In den Feuerraum 104 taucht ein Flammrohr 112 eines an einer Seitenwand des Gehäuses 204 angeordneten Brenners 110 ein. Das hohlzylindrische Flammrohr 112 ist koaxial zu dem Feuer­ raum 104 ausgerichtet. An seinem offenen Ende mündet das Flammrohr 112 in einen Innenraum 116 eines trichterförmigen Umlenkkörpers 324.

Der Umlenkkörper 324 ist koaxial zu dem Flammrohr 112 ausge­ richtet und weist einen hohlzylindrischen Eintrittsabschnitt 326, welcher das offene Ende des Flammrohrs 112 umgibt, und einen sich an diesen Eintrittsabschnitt 326 anschließenden, sich zur Vorderseite des Feuerraums 104 hin konisch erwei­ ternden Austrittsabschnitt 328 auf.

Zwischen dem Rand 330 einer Austrittsöffnung des Umlenkkör­ pers 324 und einem demselben gegenüberliegenden Bereich der Begrenzungswand 120 des Feuerraums 104 verbleibt ein ringför­ miger Spalt 332, der eine Engstelle des Strömungswegs der Verbrennungsprodukte durch den Feuerraum 104 bildet.

Wie aus den Fig. 7 und 9 zu ersehen ist, ist der Umlenk­ körper 324 an seiner Außenseite mit den Umlenkkörper 324 ringförmig umgebenden, scheibenförmigen Umlenkplatten 334 versehen.

Die Umlenkplatten 334 sind im wesentlichen senkrecht zu der Längsachse 106 des Feuerraums 104 und mit unterschiedlichem radialen Versatz bezüglich der Achse 106 angeordnet, so daß zwischen den Umfangsrändern der Umlenkplatten 334 und der Be­ grenzungswand 120 des Feuerraums 104 ringförmige Spalte 336 mit in Umfangsrichtung veränderlicher Breite ausgebildet sind, welche zusätzliche Engstellen des Strömungswegs der Verbrennungsprodukte durch den Feuerraum 104 darstellen.

Der Umlenkkörper 324 ist durch eine (nicht dargestellte) Tür in dem Gehäuse 204 der Brenner-Heizkessel-Restwärmetauscher- Luftvorwärmer-Einheit 322 aus dem Feuerraum 104 entnehmbar, um gereinigt oder gegen einen anderen Umlenkkörper ausge­ tauscht zu werden.

Durch einen die Wandung des Heizkessels 100 nahe der Rückwand 338 des Gehäuses 204 durchsetzenden Abgaskanal 232 ist der Feuerraum 104 des Heizkessels 100 mit einem den Heizkessel 100 umgebenden Abgassammelraum 234 verbunden.

Unterhalb des Heizkessels 100 sind in dem Gehäuse 204 ein Restwärmetauscher 244 und ein Luftvorwärmer 258 sowie ein den unteren Bereich des Innenraums des Gehäuses 204 einnehmender Kondensatsumpf 228 angeordnet (siehe Fig. 8).

Der Restwärmetauscher 244 ist als Monodispers-Kondensatspray- Wärmetauscher ausgebildet und entspricht hinsichtlich seines Aufbaus und seiner Funktion im wesentlichen dem vorstehend im Zusammenhang mit der sechsten Ausführungsform eines Heizkes­ sels 100 beschriebenen Restwärmetauscher.

Ein Wärmetauscherraum 250 des Restwärmetauschers 244 ist über einen Abgaseintritt 242 mit dem Abgassammelraum 234 verbun­ den.

Über einen Abgasaustritt 270 und eine daran angeschlossene Abgasleitung 272 ist der Restwärmetauscher 244 an einen (nicht dargestellten) Schornstein angeschlossen.

Der neben dem Restwärmetauscher 244 in dem Gehäuse 204 ange­ ordnete Luftvorwärmer 258 entspricht in seinem Aufbau im we­ sentlichen dem vorstehend im Zusammenhang mit der sechsten Ausführungsform eines Heizkessels beschriebenen Luftvorwär­ mer, d. h. er umfaßt eine an einem oberen Ende des Luftvor­ wärmers 258 angeordnete Düsenvorkammer 246, die im Betrieb der Brenner-Heizkessel-Restwärmetauscher-Luftvorwärmer- Einheit 322 mit Kondensat gefüllt ist und durch eine mit Düsenbohrungen versehene Düsenplatte 248 von einem darunter angeordneten Luftvorwärmraum 256 getrennt ist.

Der Luftvorwärmraum 256 ist durch eine Trennwand 257, die sich von der Düsenplatte 248 bis etwas unterhalb der Ober­ fläche des Kondensatsumpfes 228 erstreckt, von dem Abgas­ sammelraum 234 getrennt.

Über einen in einem unteren Bereich des Luftvorwärmraums 256 vorgesehenen Verbrennungslufteintritt 274 ist der Luftvorwär­ mer 258 an eine Verbrennungsluftzufuhr 276 angeschlossen.

Über einen in einem oberen Bereich des Luftvorwärmraums 256 vorgesehenen Verbrennungsluftaustritt 278 ist der Luftvorwär­ mer 258 an eine (in Fig. 8 nur abschnittsweise dargestellte) Verbrennungsluft-Zwischenleitung 280 angeschlossen, die zu dem Brenner 110 führt.

Die Düsenvorkammer 246 des Luftvorwärmers 258 ist über eine Kondensat-Zwischenleitung 340 mit einem Ausgang einer Konden­ satverzweigung 342 verbunden.

Ein weiterer Ausgang der Kondensatverzweigung 342 ist über eine Kondensat-Zwischenleitung 344 mit einer Düsenvorkammer 246' des Restwärmetauschers 244 verbunden.

An einen Eingang der Kondensatverzweigung 342 ist eine Kon­ densat-Zwischenleitung 282 angeschlossen, die zu einem druck­ seitigen Ausgang einer Kondensatpumpe 284 führt.

Ein saugseitiger Eingang der Kondensatpumpe 284 ist über eine Kondensat-Zwischenleitung 286 mit einem in einem unteren Be­ reich des Kondensatsumpfes 228 angeordneten Kondensataustritt 288 des Gehäuses 204 der Brenner-Heizkessel-Restwärmetau­ scher-Luftvorwärmer-Einheit 322 verbunden.

Der Kondensatsumpf 228, die Kondensat-Zwischenleitung 286, die Kondensatpumpe 284, die Kondensat-Zwischenleitung 282, die Kondensat-Zwischenleitungen 340 und 344 sowie der Rest­ wärmetauscher 244 und der Luftvorwärmer 258 bilden zusammen einen Kondensatkreislauf 290.

Eine die Brenner-Heizkessel-Restwärmetauscher-Luftvorwärmer- Einheit 322 umfassende Heizungsanlage umfaßt ferner einen (nicht dargestellten) Heizwasserkreislauf, der dem Heizwas­ serkreislauf 320 der im Zusammenhang mit der sechsten Ausfüh­ rungsform eines Heizkessels beschriebenen Heizungsanlage ent­ spricht, insbesondere eine in dem Kondensatsumpf 228 angeord­ nete Heizwasser-Wärmetauscherschlange umfaßt, welche zusammen mit dem Kondensatsumpf 228 einen Kondensat-Heizwasser-Wärme­ tauscher bildet.

Die vorstehend beschriebene Brenner-Heizkessel-Restwärme­ tauscher-Luftvorwärmer-Einheit 322 funktioniert wie folgt:
Während der Betriebsphasen des Brenners 110 entsteht durch Verbrennung des Brennstoffes mittels durch die Verbrennungs­ luft-Zwischenleitung 280 dem Brenner 110 zugeführter Verbren­ nungsluft im Flammrohr 112 des Brenners 110 ein Abgas, das durch den Innenraum 116 des Umlenkkörpers 324 zu der vorderen Stirnwand des Feuerraums 104 und von dort weiter durch den Zwischenraum zwischen der Außenseite des Umlenkkörpers 324 einerseits und der Begrenzungswand 120 des Feuerraums 104 andererseits in den hinteren Bereich des Feuerraums 104 zu dem Abgaskanal 232 strömt, dessen feuerraumseitige Mündungs­ öffnung einen Abgasaustritt des Feuerraums 104 bild 10057 00070 552 001000280000000200012000285910994600040 0002019819139 00004 09938et.

Dabei kommt das Abgas im Bereich der Spalte 332 und 336, die Engstellen des Strömungswegs der Verbrennungsprodukte von dem Flammrohr 112 des Brenners 110 zu dem Abgaskanal 232 bilden, in intensiven Kontakt mit der Begrenzungswand 120 des Feuer­ raums 104, so daß in dem Abgas enthaltene Wärme auf effi­ ziente Weise durch Konvektion auf die Begrenzungswand 120 des Feuerraums 104 und von dort auf das in dem Heizkessel 100 enthaltene Heizwasser übertragen wird.

Die Strömungsrichtung des Abgases durch den Feuerraum 104 ist in Fig. 7 mittels Pfeilen veranschaulicht.

Die Querschnittsflächen der Spalte 332 und 336 sind so bemes­ sen, daß die Strömungsgeschwindigkeiten der Verbrennungs­ produkte durch die Spalte 332 und 336 im wesentlichen der Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsprodukte durch den Abgaskanal 232 entspricht.

Durch den Abgaskanal 232 gelangt das Abgas in den Abgassam­ melraum 234, von wo es durch den Abgaseintritt 242 in den Restwärmetauscher 244 einströmt.

Zu Beginn jeder Betriebsphase des Brenners 110 wird auch die Kondensatpumpe 284 im Kondensatkreislauf 290 in Betrieb ge­ nommen. Infolgedessen strömt das Kondensat aus dem Kondensat­ sumpf 228 durch die Kondensat-Zwischenleitung 286, die Kon­ densatpumpe 284 und die Kondensat-Zwischenleitung 282 zu der Kondensatverzweigung 342.

Von der Kondensatverzweigung 342 strömt ein Teil des Konden­ sats durch die Kondensat-Zwischenleitung 344 in die Düsenvor­ kammer 246' des Restwärmetauschers 244.

Von dort wird das Kondensat unter einem geringen Überdruck von beispielsweise 0,1 bar durch Düsenbohrungen in einer Düsenplatte 248' des Restwärmetauschers 244 in den Wärmetau­ scherraum 250 des Restwärmetauschers 244 gepreßt.

Wie in den Fig. 7 und 8 schematisch dargestellt ist, tritt aus jeder der Düsenbohrungen ein frei durch den Wärmetau­ scherraum 250 fallender Kondensatstrahl aus, der nach Durch­ fallen einer Zerfallslänge in die Tropfen eines monodispersen Kondensatsprays zerfällt.

Das in den Wärmetauscherraum 250 eintretende Abgas verdampft zumindest einen Teil der Tropfen des monodispersen Kondensat­ sprays, wobei sich die fühlbare Abgaswärme in latente Wärme umwandelt.

Der durch (partielle) Verdampfung des monodispersen Konden­ satsprays gebildete Wasserdampf strömt zusammen mit dem abge­ kühlten Abgas und dem darin enthaltenen Wasserdampf gegen die Fallrichtung des Kondensatsprays im Wärmetauscherraum 250 nach oben, wobei sich das Abgas weiter abkühlt, so daß im oberen Bereich des Wärmetauscherraums 250 der im Abgas mitge­ führte Wasserdampf an den Tropfen des monodispersen Konden­ satsprays kondensiert, wobei der zirkulierende Kondensat­ massenstrom die im Dampf enthaltene latente Wärme aufnimmt.

Die Menge des im oberen Bereich des Wärmetauscherraums 250 kondensierenden Wasserdampfes ist größer als die Menge des im unteren Bereich des Wärmetauscherraums 250 verdampften Kon­ densats, so daß im Ergebnis der mit dem Abgas in den Restwär­ metauscher 244 gelangte Wasserdampf zumindest teilweise kon­ densiert und dabei latente Wärme an den Kondensatmassenstrom im Kondensatkreislauf 290 abgibt.

Das Kondensat wirkt demnach als Kühlmedium für das Abgas des Brenners 110.

Das im Restwärmetauscher 244 abgekühlte Abgas gelangt durch den Abgasaustritt 270 und die Abgasleitung 272 zu dem (nicht dargestellten) Schornstein, durch den es in die Atmosphäre entweichen kann. Die nicht verdampften Tropfen des Kondensat­ sprays gelangen nach Durchfallen des Wärmetauscherraums 250 in den Kondensatsumpf 228, der einen Teil des Kondensat- Heizwasser-Wärmetauschers bildet, in dem das Kondensat einen Teil der aus dem Abgas aufgenommenen Wärme an Heizwasser abgibt, das durch die in dem Kondensatsumpf 228 angeordnete Heizwasser-Wärmetauscherschlange strömt.

Neben diesem Kondensat-Heizwasser-Wärmetauscher bildet der Luftvorwärmer 258 eine weitere Wärmesenke in dem Kondensat­ kreislauf 290.

Ein Teil des im Restwärmetauscher 244 von dem Abgas erwärmten Kondensats strömt nämlich von der Kondensatverzweigung 342 durch die Kondensat-Zwischenleitung 340 in die Düsenvorkammer 246 des Luftvorwärmers 258, von wo das Kondensat unter einem geringen Überdruck von beispielsweise 0,1 bar durch Düsen­ bohrungen in der Düsenplatte 248 in den Luftvorwärmraum 256 gepreßt wird.

Wie in Fig. 8 schematisch dargestellt, tritt aus jeder der Düsenbohrungen ein frei durch den Luftvorwärmraum 256 fallen­ der Kondensatstrahl aus, der nach Durchfallen einer Zerfalls­ länge in die Tropfen eines Kondensatsprays zerfällt.

Wie auch beim Restwärmetauscher 244 werden die Betriebsbe­ dingungen, insbesondere die Strömungsgeschwindigkeit des Kon­ densats durch die Düsenbohrungen, dabei so gewählt, daß die Kondensatstrahlen durch Rayleigh-Zerfall in ein monodisperses Kondensatspray zerfallen.

Durch die Verbrennungsluftzufuhr 276 und den Verbrennungs­ lufteintritt 274 in den Luftvorwärmraum 256 gelangende fri­ sche, kalte Verbrennungsluft kommt in unmittelbaren Kontakt mit den Tropfen des monodispersen Kondensatsprays und nimmt dabei Wärme aus dem Kondensat auf. Ferner werden die Tropfen des monodispersen Kondensatsprays zumindest teilweise ver­ dampft, so daß die Verbrennungsluft nicht nur fühlbare, sondern auch latente Wärme aufnimmt und der Wasserdampfgehalt der Verbrennungsluft sich erhöht, die Verbrennungsluft also befeuchtet wird.

Durch die Luftvorwärmung wird der feuerungstechnische Wir­ kungsgrad der Brenner-Heizkessel-Restwärmetauscher-Luftvor­ wärmer-Einheit 322 erhöht. Durch die in dem Luftvorwärmer 258 erfolgende Luftbefeuchtung wird die Flammentemperatur des Brenners 110 und damit die Stickoxidbildung bei der Verbren­ nung reduziert.

Bei der Brenner-Heizkessel-Restwärmetauscher-Luftvorwärmer- Einheit 322 bilden der Abgassammelraum 234 und der Wärmetau­ scherraum 250 des Restwärmetauschers 244 zusammen einen Ab­ gasabführraum, der im Betrieb der Brenner-Heizkessel-Rest­ wärmetauscher-Luftvorwärmer-Einheit 322 aus dem Feuerraum 104 strömendes Abgas aufnimmt, wobei die Temperatur des Abgases beim Durchströmen des Abgasabführraums von einer Temperatur oberhalb der Abgastaupunkttemperatur auf eine Temperatur un­ terhalb der Abgastaupunkttemperatur abnimmt.

Eine den Abgassammelraum 232 begrenzende Außenwand 238 des Heizkessels 100 bildet einen ersten Begrenzungswandbereich des Abgasabführraums, der im Betrieb der Brenner-Heizkessel- Restwärmetauscher-Luftvorwärmer-Einheit 322 eine Temperatur oberhalb der Abgastaupunkttemperatur aufweist.

Die Begrenzungswände des Wärmetauscherraums 250 werden dage­ gen durch das Kondensat auf eine Temperatur unterhalb der Abgastaupunkttemperatur gekühlt.

Diese Begrenzungswände des Wärmetauscherraums 250 bilden somit einen zweiten Begrenzungswandbereich des Abgasabführ­ raums, der im Betrieb der Brenner-Heizkessel-Restwärmetau­ scher-Luftvorwämer-Einheit 322 eine Temperatur unterhalb der Abgastaupunkttemperatur aufweist.

Wie aus Fig. 8 zu ersehen ist, stehen der Heizkessel 100 und der Restwärmetauscher 244 der Brenner-Heizkessel-Restwärme­ tauscher-Luftvorwärmer-Einheit 322 nicht in Kontakt miteinan­ der, sondern sind durch einen Spalt voneinander getrennt.

Keines der an dem Abgasabführraum angeordneten Elemente der Brenner-Heizkessel-Restwärmetauscher-Luftvorwärmer-Einheit 322 weist somit die Temperatur des Abgastaupunktes auf. Daher ist keine Stelle der Brenner-Heizkessel-Restwärmetauscher- Luftvorwärmer-Einheit 322 einer besonderen Korrosionsgefähr­ dung oder einer erhöhten Ablagerungsbildungsrate ausgesetzt.

Ferner weist der Heizkessel 100 gemäß der siebten Ausfüh­ rungsform keinen Nachschaltheizbereich auf; vielmehr gelangt das Abgas aus dem Feuerraum 104 durch den kurzen, mit einer glatten Oberfläche versehenen Abgaskanal 232 direkt in den Abgassammelraum 234 und von dort in den Restwärmetauscher 244, wo ihm die restliche Wärme entnommen wird.

Durch das Fehlen eines Nachschaltheizbereichs kann die Bren­ ner-Heizkessel-Restwärmetauscher-Luftvorwärmer-Einheit 322 Zeit- und kostensparend hergestellt werden. Außerdem ist der strömungstechnische Widerstand des Abgaskanals 232 so gering, daß in dem Feuerraum 104 keine Druckschwingungen entstehen, so daß insbesondere der Brennerstart nicht erschwert wird.

Da der Heizkessel 100 oberhalb des Restwärmetauscher 244 an­ geordnet ist, kann das heiße Abgas während der Stillstands­ phasen des Brenners 110 nicht aus dem Feuerraum 104 entwei­ chen. Hierdurch wird eine Reduktion der Stillstandsverluste der Brenner-Heizkessel-Restwärmetauscher-Luftvorwärmer-Ein­ heit 322 erzielt.

Claims (29)

1. Heizkessel für eine Feuerungsanlage (200), umfassend einen Feuerraum (104), in dem im Betrieb der Feuerungs­ anlage (200) Verbrennungsprodukte längs eines Strömungs­ wegs von einem Brenner (110) der Feuerungsanlage (200) zu einem Abgasaustritt (123; 178) des Feuerraums (104) strömen, wobei in dem Feuerraum (104) mindestens ein Umlenkkörper (114; 142; 154; 166; 180; 208; 324) so angeordnet ist, daß der Strömungsweg der Verbrennungsprodukte von dem Brenner (110) zu dem Abgasaustritt (123, 178) des Feuer­ raums (104) mindestens eine von dem Umlenkkörper (114; 142; 154; 166; 180; 208; 324) und einer Begrenzungswand (120) des Feuerraums (104) begrenzte Engstelle (122; 122, 152; 164; 170; 186; 218, 222; 332, 336) aufweist, und der Heizkessel (100) einen in Strömungsrichtung der Verbrennungsprodukte nach dem Feuerraum (104) angeordne­ ten Nachschaltheizbereich (132) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der Engstelle (122; 122, 152; 164; 170; 186; 218, 222; 332, 336) so bemessen ist, daß die mittlere Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungs­ produkte an der Engstelle im wesentlichen der mittleren Strömungsgeschwindigkeit in dem Nachschaltheizbereich entspricht.

2. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsprodukte an der Engstelle (122; 122, 152; 164; 170; 186; 218, 222; 332, 336) von ungefähr 1 m/s bis ungefähr 20 m/s be­ trägt.

3. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Umlenkkörper (114, 142; 154; 166; 180; 208; 324) so geformt und angeordnet ist, daß die mittlere Länge des Strömungswegs der Verbrennungspro­ dukte von dem Brenner (110) zu dem Abgasaustritt (123; 178) des Feuerraums (104) durch den Umlenkkörper vergrö­ ßert wird.

4. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Länge des kürzesten Wegs der Ver­ brennungsprodukte von dem Brenner (110) zu dem Abgasaus­ tritt (123; 178) des Feuerraums (104) mindestens unge­ fähr der Hälfte, vorzugsweise mindestens ungefähr drei Viertel, der mittleren Länge des Strömungswegs der Ver­ brennungsprodukte von dem Brenner zu dem Abgasaustritt des Feuerraums entspricht.

5. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Engstelle (122; 122, 152; 164; 170; 186; 218, 222) die Form eines sich in einer Rich­ tung quer zu der Strömungsrichtung der Verbrennungspro­ dukte erstreckenden Spaltes mit längs dieser Richtung im wesentlichen konstanter Spaltbreite aufweist.

6. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Engstelle (122; 122, 152; 164; 170; 186; 218, 222) die Form eines ringförmig geschlos­ senen Spaltes aufweist.

7. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die kleinste Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsprodukte an der Engstelle (122; 122, 152; 164; 170; 186; 218, 222; 332, 336) größer ist als die Strömungsgeschwindigkeit an anderen Stellen des Feuerraums (104) außerhalb der Engstelle.

8. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der dynamische Gasdruck in der Eng­ stelle (122; 122, 152; 164; 170; 186; 218, 222; 332, 336) größer ist als ungefähr die Hälfte des strömungs­ technischen Widerstands des Feuerraums (104).

9. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die höchste Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsprodukte an der Engstelle (122; 122, 152; 164; 170; 186; 218, 222; 332, 336) kleiner ist als ungefähr die mittlere Ausströmgeschwindigkeit der Ver­ brennungsprodukte aus einem Flammrohr (112) des Brenners (110).

10. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Umlenkkörper (142; 154; 180; 208; 324) so geformt ist, daß der Strömungsweg der Verbren­ nungsprodukte mehrere von dem Umlenkkörper und der Be­ grenzungswand (120) des Feuerraums (104) begrenzte Eng­ stellen (122, 152; 164; 186; 218, 222; 332, 336) auf­ weist.

11. Heizkessel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Engstellen (122, 152; 164; 186; 218, 222; 332, 336) mindestens einen zusammenhängenden, sich längs der Strömungsrichtung der Verbrennungsprodukte er­ streckenden Engbereich des Strömungswegs bilden.

12. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkkörper (114; 142; 154; 208; 324) einen im Betrieb des Heizkessels (100) von den Verbrennungsprodukten durchströmten Innenraum (116) auf­ weist.

13. Heizkessel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum (116) sich in Strömungsrichtung der Ver­ brennungsprodukte erweitert.

14. Heizkessel nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum (116) im wesentlichen die Form eines Ke­ gelstumpfes aufweist.

15. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkkörper (114; 142; 208; 324) einen Außenwandbereich umfaßt, der im wesentlichen die Form eines Kegelstumpfes aufweist.

16. Heizkessel nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkkörper (142; 208) einen Außenwandbereich um­ faßt, der die Form eines Doppelkegelstumpfes aufweist.

17. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkkörper (166; 180) eine Prallfläche (172; 188) aufweist, die den Strom der Ver­ brennungsprodukte umlenkt.

18. Heizkessel nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom der Verbrennungsprodukte im wesentlichen senk­ recht auf die Prallfläche (172; 188) auftrifft.

19. Heizkessel nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkkörper (166) im wesentli­ chen die Form einer, vorzugsweise zylindrischen, Scheibe aufweist.

20. Heizkessel nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkkörper (180) im wesentli­ chen die Form eines einseitig geschlossenen Hohlzylin­ ders aufweist.

21. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkkörper (154) einen gegen den Feuerraum (104) abgeschlossenen Hohlraum (160) um­ faßt.

22. Heizkessel nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (160) mit Heizwasser gefüllt ist.

23. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkkörper (324), vorzugsweise durch eine Tür, aus dem Feuerraum (104) entnehmbar ist.

24. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkkörper (114; 142; 154; 166; 180; 208; 324) Stahl, vorzugsweise einen Sichromal- Stahl, umfaßt.

25. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkkörper (114; 142; 154; 166; 180; 208; 324) Gußeisen umfaßt.

26. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkkörper (114; 142; 154; 166; 180; 208; 324) ein keramisches Material, vorzugs­ weise ein Siliziumcarbid und/oder ein Siliziumnitrid, umfaßt.

27. Feuerungsanlage mit einem Heizkessel (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Feuerungsanlage (200) einen Restwärmetauscher (244) um­ faßt, in dem das aus dem Feuerraum (104) strömende Abgas der Feuerungsanlage (200) gekühlt wird, und daß die Querschnittsfläche der Engstelle (218, 222; 332, 336) so bemessen ist, daß die mittlere Strömungsgeschwindigkeit des Abgases an der Engstelle im wesentlichen der mittle­ ren Strömungsgeschwindigkeit des Abgases in dem Restwär­ metauscher (244) entspricht.

28. Feuerungsanlage nach Anspruch 27, dadurch gekennzeich­ net, daß der Restwärmetauscher (244) als Kondensatspray- Wärmetauscher, vorzugsweise als Monodispers-Kondensat­ spray-Wärmetauscher, ausgebildet ist.

29. Feuerungsanlage nach einem der Ansprüche 27 oder 28, da­ durch gekennzeichnet, daß die Feuerungsanlage (200) ein Gehäuse (204) umfaßt, in dem sowohl der Heizkessel (100) als auch der Restwärmetauscher (244) untergebracht sind.