DE2207486A1 - Dampfkessel - Google Patents

Description

Die Erfindung besieht sich allgemein auf Dampferzeugungsvorrichtungen und betrifft insbesondere einen verbesserten Dampfkessel in Form eines Siederohrkessels»

In der itegel entspricht die in einem Siederolirkessel zirkulierende Wassermenge dem Vierfachen der in Dampf verwandelten Wassermenge. Bis jetzt ist bei solchem Dampfkesseln das Rohrsystem unmittelbar oder über Saiiinielleitangsn oder dergleichen mit einem Oberkessel verbunden, und das zirkulierende V/asser wird während ^jedes ümwälzvorgangs durch des Hauptoberkessel geleitet. Da es sich bei dem Hauptoberksssei bei dieser Anordnung um die nauptvorrichtung handelt_} die dazu dient, den Dampf vom ..asser zu trennen, tritt in dem Oberkessel eine erhebliche 'Turbulenz auf, und diese Turbulenz führt zu einer unzureichenden Trennung des Wassers von dem abgeführten Dampf. Dies ist im allgemeinen unerwünscht, da nasser Dampf zu einer Verringerung des Wirkungsgrades der betreffenden faschine führt. Ein v/eiterer liachteil der Anordnung, bei der sich die fcohre unmittelbar zu dein Oberkessel erstrecken, besteht darin, daß eine große Anzahl von Leitungen direkt mit dem Hauptoberkessel verbunden sind; dies führt zu einer geringen Festigkeit der Schweißverbindungen an dem Gberkessel, so daß eine relativ große Wandstärke des Oberkessels vorhanden sein muß, damit der Oberkessel d&ia Betriebs-

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ν druck standhält.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Dampfkessel der Siederohrkesselbauart zu schaffen, der im Vergleich zu den bis jetzt bekannten Siede- . rohrkesseln Dampf von höherer Qualität liefert« Ferner ist gemäß der Erfindung ein Siederohrkessel geschaffen worden, bei dem nicht verdampftes Wasser in den Sammelleitungen erneut umgewälzt werden kann, ohne zu dem Hauptoberkessel zurückgeleitet zu werden· Weiterhin ist gemäß der Erfindung ein Siederohrkessel geschaffen worden, bei dem das Sammelleitungssystem eine Feuerkammer abgrenzt und die Haupttrennvorrichtung bildet, mittels welcher der Dampf von dem nicht verdampften Wasser getrennt wird» Schließlich schlägt die Erfindung einen Siederohrkessel der genannten Art vor, der sich mit relativ geringen Kosten herstellen läßt, jedoch hohen Drücken standhält.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erf in-r dung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert» Es zeigt

Fig» 1 einen Dampfkessel in perspektivischer Darstellung ;

Fig. 2 perspektivisch den Dampfkessel nach Fig» 1 unter Fortlassung von Teilen des Gehäuses und der Sammelleitungen;

Fig. 3 in einem größeren Maßstab eine Seitenansicht des Dampfkessels nach Fig. 2 unter vollständiger Fortlassung des Gehäuses;

Fig. 4 einen vergrößerten Schnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 3;

Fig. 5 die vollständige Sammelleitungsanordnung bei Betrachtung derselben von der Linie 5-5 in Fig. 3 aus;

Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie 6-6 in Fig. 3;

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Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie 7-7 in Fig· 5; und

Fig. 8 einen Dampfkessel nach der Erfindung in einem schematischen Querschnitt.

Gemäß der Erfindung ist ein mit natürlicher Umwälzung arbeitender Dampfkessel geschaffen, bei dem gemäß Figo 8 das erhitzte Wasser entgegen dem Uhrzeigersinne zirkulierte Wie bei anderen Siederohrkesseln wird das zum Erzeugen von Dampf dienende wasser in einem Umwälzsystem 13 verdampft, das gemäß Figo 2 der Strahlungswärme verbrennender Gase ausgesetzt ist, und der entstehende Dampf wird in einem Kauptoberkessel 14 gesammelt, dem der Dampf nach Bedarf entnommen werden kann«. Um die Menge des von dem abgeführten Dampf mitgerissenen Wassers auf ein Minimum zu verringern, sind gemäß Fig. 8 in dem Hauptoberkessel 14 zwei plattenförmige Abweiser 44 und 45 so angeordnet, daß der in dem Oberkessel gesammelte Dampf einer gewundenen Bahn folgen muß, bevor er abgeführt werden kann_o Die Dampfabgabeleitung 47 ist gegenüber den Abweisern so angeordnet, daß sie die Wirbelbewegung verstärkt, die dadurch hervorgerufen wird, daß der Dampf zwischen den Abweisern 44 und 45 umgelenkt wird.

Gemäß der Erfindung ist das Hauptzirkulationssystem 13 des Dampfkessels 10 von dem Hauptoberkessel 14 getrennt und von ihm unabhängig» Bei der bevorzugten Ausführungsform sind mehrere U-förmige Sammelrohre 20 bis 33 vorgesehen, die hochkant angeordnet sind und durch Metallstreifen mit zwei Winkeleisen 11 und 12 (Figo 2) verbunden sind; diese Bohre dienen dazu, Wasser zu verteilen und das Wasser mehreren Konvektionsrohren 16 zuzuführen, bevor das \vasser erhitzt wird, und den nicht verdampften leil des Wassers erneut umzuwälzen, nachdem der Dampf von dem 'wasser getrennt worden ist, Die r-onvektionsrohre 16, von denen jedes einen Einlaß und einen Auslaß aufweist, sind zwischen den nach vorn ragenden Schenkeln der zugehörigen U-1/erteilerrohre 2Ό t j ο 33 so angeordnet, da!.' sie der zugeführten 'warme axisresetzt sind. Jedes der

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Konvektionsrohre 16 ist mit seinen beiden Enden an eines der verschiedenen Verteilerrohre 20 bis 33 angeschlossen, so daß jedes Konvektionsrohr einen Bestandteil einer geschlossenen Zirkulationsschleife bildet, in der Wasser zirkulieren kann, und in der Dampf erzeugt werden kann* Gemäß den Zeichnungen sind die Konvektionsrohre 16 bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel in der aus Figo 6 ersichtlichen Weise rechtwinklig umgebogen. Diese Maßnahme dient nicht nur dazu, Wärmeausdehnungsbewegungen der Konvektionsrohre zu ermöglichen, sondern sie gestattet es auch, Rohre von möglichst großer Länge in dem verfügbaren Raum unterzubringen.»

Ferner ist an jedem Ende jedes der U-förmigen Verteilerrohre 20 bis 33 ein lösbarer Stopfen 42 vorgesehen. Diese Stopfen können entfernt werden, um das Innere der betreffenden Verteilerrohre zugänglich zu machen und ihr Vorhandensein ermöglicht es, die bei den bekannten Siederohrkesseln erforderliche Schiammsammeltrommel fortzulassen. Wenn man die Stopfen 42 entfernt, ist es auf einfache Weise möglich, das Innere der Verteilerrohre zu prüfen und Ansammlungen von Fremdstoffen zu beseitigen, die dazu neigen, sich in den Verteilerrohren zu bilden, und die das Hindurchströmen von Wasser und Dampf behindern.

Gemäß der Erfindung sind die einzelnen geschlossenen Zirkulationsschleifen, die durch die verschiedenen U-förmigen Verteilerrohre 20 bis 33 und die Ivonvektionsrohre 16 gebildet sind, von dem Oberkessel unabhängig und von ihm getrennt» Zu diesem Zweck ist der Oberkessel 14 , der dazu dient, einen Wasservorrat 34 für den Kessel 10 aufzunehmen und den in den verschiedenen Zirkulationsschleifen erzeugten Dampf zu sammeln, auf dem Zirkulationssystem 13 angeordnet und mit den verschiedenen Verteilerrohren 20 bis 33 durch mehrere Paare von Rohren 36 und 37 verbunden» Da der nicht verdampfte Teil des Wassers in den Verteilerrohren 20 bis 33 erneut umgewälzt werden kann, ohne den Oberkessel 14 zu durchströmen, tritt in dem Oberkessel eine geringere Turbulenz auf, und daher ist es gemäß der Erfindung möglich, in Vergleich

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zu den bis jetzt bekannten Sxederohrkesseln einen trockeneren Dampf zu erzeugen. Da nur eine relativ kleine Anzahl von kleinen Rohren 36 und 37 vorhanden ist, die unmittelbar zu dem Oberkessel 14 führen, lassen sich die Schweißverbindungen an dem Oberkessel auf vorteilhaftere Weise ausbilden, und dies hat zur Folge, daß der öberkessel einem bestimmten Innendruck auch dann standhält, wenn seine Wandstärke geringer ist·

Die Wirkungsweise des Dampfkessels ist aus Figo 8 ersichtlich, wo das Wasser und der Dampf, die durch den Kessel 10 strömen, schematisch angedeutet sind« Wasser wird dem Kessel 10 über einen Einlaß 35 zugeführt, der in dem Oberkessel 14 mündet, von dem aus das Wasser über die verschiedenen Rohre 36 zu den Verteilerrohren 20 bis 33 gelangt, so daß der Vorrat an zirkulierendem Wasser ständig ergänzt wird, während Dampf über die Leitung 4? entnommen ?/ird* Während seiner Zirkulation wird das Wasser in den Zozivektionsrohren 16 erhitzt, so daß etwa ein Viertel der Wassermenge in Dampf verwandelt wird«. Der nicht verdampfte 'I'eil des Wassers fährt fort, zusammen mit dem erzeugten Dampf in dem Kessel zu sirkulieren, wobei sich der Strom unter einem kleinen Winkel nach oben zu den oberen Ecken der einzelnen Verteilerrohre 20 bis 33 bewegt. Sobald das Gemisch aus Dampf und Wasser einen Punkt nahe der oberen Ecke des betreffenden Yerteilerroiirs erreicht, an welche das zugehörige Eohr 3? angeschlossen ist, wird der Dampf von dem nicht verdampften Wasser in den Verteilerrohren getrennt und durch die zugehörigen Holire 37 dem Hauptoberkessel 14 zugeführt, wo der Dampf bis zu seiner Abgabe gesammelt wird_o

Praktisch zirkuliert bei dieser Anordnung kein Wasser durch den Oberkessel 14. Daher kann der Oberkessel bei einem mit einer bestimmten Leistung relativ kleine Abmessungen erhalten. Wenn auf die Ersparnis, die sich durch die Verwendung eines kleineren Oberkessels ergibt, kein Wert gelegt wird, ist es gemäß der Erfindung auch möglich, einen größeren öberkessel vorzusehen, der es wegen des Vorhandenseins einer größeren Trennfläche ermöglicht, im Vergleich zu dem billigeren

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- 6 kleineren Oberkessel Dampf von höherer Qualität zu erzeugen·

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die U-förmigen Verteilerrohre 20 bis 33 aus dickwandigem Rohrmaterial hergestellt und in parallelen Ebenen in Anlage aneinander angeordnet, so daß sie gemeinsam drei der Seitenwände einer rechteckigen Feuerkammer 40 bilden, die den Raum einnimmt, welcher durch die Schenkel der Verteilerrohre abgegrenzt ist, Ferner ist eine Reihe von einzelnen, aufeinander ausgerichteten Trennwandrohren 55 vorgesehen, von denen jedes die Enden des zugehörigen Verteilerrohrs miteinander verbindet; diese Rohre bilden die vierte Seitenwand der Feuerkammer 40. Auf ähnliche Weise sind zwei Reihen von Abschirmungsrohren 64 vorgesehen, die sich längs des ersten Verteilerrohrs 20 auf der linken Seite des Kessels bzw. gemäß Fig. 4 abwechselnd längs der beiden letzten Verteilerrohre 32 und 33 erstrecken, um die Stirnwände 60 und 61 zu bilden. Die drei Abschirmungsrohre 64, welche dem linken Verteilerrohr 20 zugeordnet sind, sind derart versetzt angeordnet, daß sie einen Einlaß abgrenzen, über den ein Strom brennender Gase in die Feuerkammer eingeleitet werden kann» Die Trennwandrohre 55 haben größere Abmessungen als die übrigen Konvektionsrohre 16, und jedes der Rohre 55 ist über seine ganze Länge mit zwei nach außen ragenden Rippen 58 versehen, die so breit sind, daß sie in Berührung mit den Rippen der benachbarten Rohre 55 stehen, um eine geschlossene Sperre oder Wand zu bilden·

Die beschriebene Konstruktion bietet den Vorteil, daß sie es ermöglicht, eine unter Druck stehende Feuerung vorzusehen. Die U-förmigen Verteilerrohre 20 bis 33 bilden Feuerungswände von großer Festigkeit und können leicht abgedichtet werden, um eine feste Feuerkammer 40 zu bilden, die einem hohen Innendruck standhält. Der Vorteil, der sich hieraus ergibt, besteht darin, daß man einen solchen Dampfkessel leicht in Verbindung mit den verschiedensten industriellen Prozessen benutzen kann, bei denen Abwärme entsteht. Da bei industriellen Prozessen normalerweise heiße Abgase entstehen, die sich unter einem erheblichen Druck befinden, ist es

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gemäß der Erfindung möglich, einen kleinen Dampfkessel der hier beschriebenen Art zu benutzen, um die normalerweise abgeführten Abgase auszunutzen und einen Teil der in ihnen enthaltenen lärme in Form von nutzbarem Dampf zurückzugewinnen.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel bildet jedoch der Dampfkessel 10 eine selbständige Einheit. Im -vorliegenden Jail ist der Dampfkessel in ein isolierendes Material 38 eingeschlossen, und ein Gasbrenner 39 ist an einer Seitenwand des Kessels so befestigt, daß er einen Strom brennender Gase erzeugt, der in die Feuerkammer 40 eingeleitet wird«

Um bei dem Kessel einen maximalen Wirkungsgrad des Heisvorgangs zu erzielen, und um das Ablagern von Huß auf den Konvektionsrohren 16 zu verhindern, ist eine zweite Eeihe 56 von Trennwandrohren 55 vorhanden, die sich zwischen den Schenkeln der Verteilerrohre 20 bis $0 erstrecken und dazu dienen, die gewinkelten Eorrvektionsrolire 16 gegen eine direkte Berührung mit dem leuchtenden Teil der Gasflammen zu schützen^ Gemäß Fig. 4 werden die in den Eauptteil der iauerkainmer 40 eintretenden Gase zu der Rückwand 6-1 geleitet_s, die aus den Abschirmungsrohren 64 besteht, und an dieser Eüekwand werden die aase um das rechte Ende der zweiten Seihe 5S von Trennwar drohren 55 herumgeleitetο bomit strömen die Gase zwischen den aauptkonvektionsrohren 16 hindurch, ?/ährend sie sich auf ihrer höchsten Temperatur befinden, um dann aus dem Kessel 1C über einen Kamin 65 abgeführt zu werden«.

Um die Austrittstemperatur des in dem Kessel 10 erzeugten Dampfes zu steigern, und um zu gewährleisten, daß . de·· zu verwendende Dampf mit einer konstanten Temperatur abge '-oen wird, ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ei :, überhitzerrohr 67 an das Austrittsrohr 4? des Oberkessels 14 angeschlossen und nahe der Außenfläche der Rückwand 61 der Feuerkammer 40, d.h. nahe den Abschirmungsrohrsn 64, angeordnet» Während der Dampf abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen durch das tjberhitzerrofcr- 6? strömt, v/ie es sich a-:s Fig. 7 ergibt, ist das uberhitEsrrclir- sowohl slner

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Konvektion als auch der Strahlungswärme des in der Feuerkammer 40 verbrennenden Gases ausgesetzt, so daß die Temperatur des •überhitzten Lampfes auch bei variierendem Dampfbedarf konstant gehalten wird. Pur jeden Fachmann liegen die Schwierigkeiten auf der Hand, die sich bei der Wartung von Überhitzerrohren bei bekannten Dampfkesseln ergeben, und die Vorteile der Erfindung sind offensichtlich, denn das tiberhitzerrohr 67 ist zwischen den Abschirmungsrohren 64 und einer dünnen Schicht aus feuerfestem Werkstoff nahe der isolierten Wand 38 angeordnet, so daß es zur Wartung leichter zugänglich ist, als wenn es im Inneren des Kessels angeordnet wäre. Bei der erfindungsgemaßen Konstruktion läßt sich das gesamte Uberhitzerrohr 67 leicht dadurch freilegen, daß man einen Teil des feuerfesten Werkstoffs und des Isoliermaterials im Bereich der Rückwand 61 entfernt.

Ansprüche t

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Claims (9)

1. A Έ SPRÜCHE

   Dampfkessel, dadurch gekennzeichnet, daß ein Oberkessel (14) zum Aufnehmen eines Wasservorrats (34) für den Kessel und zum Sammeln des erzeugten Dampfes vorgesehen ist, daß mehrere Konvektionsrohre (16) so angeordnet sind, daß sie der Wirkung einer Wärmequelle ausgesetzt sind, daß jedes Konvektionsrohr ein Einlaßende und ein.Auslaßende aufweist, daß mehrere Verteilerrohre (20 bis 33) vorgesehen sind, daß jedes dieser Verteilerrohre für sich in Verbindung mit dem Oberkessel steht, damit es Wasser aus dem Oberkessel aufnehmen und dem Oberkessel Dampf zuführen kann, daß jedes der Verteilerrohre außerdem mit beiden Enden jedes einer Gruppe der Konvektionsrohre verbunden ist, so daß jedes Verteilerrohr und die damit verbundenen Konvektionsrohre eine geschlossene Zirkulationsschleiie bilden, die von dem Oberkessel unabhängig ist, und daß daher Wasser in den Verteilerrohren und den Konvektionsrohren erneut umgewälzt werden kann, ohne durch den Oberkessel geleitet zu werden«
2. 2. Dampfkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Verteilerrohre (20 bis 33) U-förmig und in parallelen Ebenen in Anlage aneinander angeordnet sind, so daß sie gemeinsam Seitenwände einer durch sie abgegrenzten Feuerkammer (40) bilden*
3. 3. Dampfkessel nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichne . , daß an jedem Ende jeder Verteilerleitung ein lösbarer Stopfen (42) vergesehen ist, der ausgebaut werden kann, um ein leichtes Entfernen von in den Verteilerrohren angesammelten iremdstoffen zu ermöglichen.
4. 4. Dampfkessel mit Siederohren, dadurch gekennzeichnet, daß ein Oberkessel (14) zum Aufneiimen ei» nee Wasservorrate (34 für den Kessel und zum Sammeln des

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   erzeugten Dampfes vorgesehen ist, daß mehrere Konvektionsrohre (16) vorgesehen sind, von denen jedes einen Einlaß und einen Auslaß besitzt und so angeordnet ist, daß es der Einwirkung einer Wärmequelle ausgesetzt ist, daß mehrere allgemein U-förmige Verteilerrohre (20 bis 33) vorgesehen und : in parallelen Ebenen in Anlage aneinander so angeordnet sind, daß sie gemeinsam Seitenwände einer durch sie abgegrenzten Feuerkammer (40) bilden, daß jedes der Verteilerrohre für sich in Verbindung mit dem Oberkessel steht, um Wasser aus dem Oberkessel aufnehmen und dem Oberkessel Dampf zuführen zu können, daß jedes Verteilerrohr außerdem mit beiden Enden jedes von mehreren Konvektiohsrohren verbunden ist, so daß jedes Verteilerrohr und die damit verbundenen Konvektionsrohre eine geschlossene Zirkulationsschleife bilden, die von dem Oberkessel unabhängig ist, so daß Wasser in den Verteilerrohren und den Konvektioherohren erneut umgewälzt werden kann, ohne den Oberkessel zu durchströmen, daß mehrere Abschirmungsrohre (64) vorgesehen sind, von denen jedee einen Einlaß und einen Auslaß besitzt, daß eine erste Gruppe der Abschirmungsrohre jeweils an beiden Enden mit dem Verteilerrohr (20) an einem Ende der Gruppe von einander benachbarten Verteilerrohren verbunden ist, und daß eine zweite Gruppe von Abschirmungsrohren an beiden Enden mit dem Verteilerrohr am anderen Ende der Gruppe von Verteilerrohren verbunden ist, so daß die Abschirmungsrohre die beiden Stirnwände der Feuerkammer bilden.
5. 5· Dampfkessel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Abschirmungsrohre (64), die dem Verteilerrohr am einen Ende der Anordnung von Verteilerrohren zugeordnet sind, so geformt sind, daß sie in der durch sie gebildeten Seitenwand eine Öffnung zum Einführen einer Wärmequelle abgrenzen.
6. 6. Dampfkessel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Überhitzerrohr (67) vorgesehen ist, · das in Verbindung mit dem Oberkessel (14) steht und nahe der

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   nach außen gerichteten Fläche angeordnet ist, welche durch die Abschirmungsrohre gebildet ist, die dem anderen Ende der durch die Verteilerrohre gebildeten Anordnung zugeordnet sind·
7. 7. Dampfkessel nach Anspruch 4-, gekennzeichnet durch ein den gesamten Kessel (10) umschließendes Gehäuse aus isolierendem Material₀
8. 8. Dampfkessel mit biederohren zum Erzeugen von Dampf mit einem Oberkessel zum Aufnehmen eines Wasservorrats für den Kessel und zum Sammeln des erzeugten Dampfes, mehreren Konvektionsrohren, die so angeordnet sind, daß sie der Einwirkung einer Wärmequelle ausgesetzt sind, sowie mit mehreren allgemein U-förmigen Verteilerrohren, die einzeln mit zugehörigen Gruppen der Konvektionsrohre verbunden sind und in Verbindung mit dem Oberkessel stehen, um Wasser aus dem Oberkessel aufnehmen und dem Oberkessel Dampf zuführen zu können, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilerrohre (20 bis 33) in parallelen Ebenen und nebeneinander angeordnet sind, so daß sie gemeinsam Seitenwände einer durch sie abgegrenzten Feuerkammer (40) bilden«
9. 9 β Dampfkessel mit Siederohren, einem Oberkessel zum Aufnehmen eines Wasservorrats für den Kessel und zum Sammeln des erzeugten Dampfes, mehreren Konvektionsrohren, die so angeordnet sind, daß sie der Einwirkung einer Wärmequelle ausgesetzt sind, mehreren allgemein U-förmigen Verteilerleitungen, die in parallelen Ebenen eng nebeneinander angeordnet sind, so daß sie gemeinsam eine Feuerkammer abgrenzen, wobei jedes Verteilerrohr für sich mit zugehörigen Gruppen von Konvektionsrohren verbunden ist und in Verbindung mit dem Oberkessel steht, um Wasser aus dem Oberkessel aufnehmen und dem Oberkessel Dampf zuführen zu können, sowie mit einem überhitzerrohr, das an den Oberkessel angeschlossen ist und dazu dient, den gesammelten Dampf aus dem Kessel abzuführen, dadurch gekennzeichnet,

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   daß das Überhitzerrohr (67) außen und nahe einer Stirnwand der Feuerkammer (40) angeordnet ist, so daß es zu lilartungszwecken relativ gut zugänglich ist, jedoch sowohl der Konvektion als auch der Strahlungswärme der in der Feuerkammer verbrennenden Gase hinreichend ausgesetzt ist, um die Temperatur des hindurchströmenden Dampfes gleichmäßig zu erhöheηο

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