DE2613186C3 - Heizungskessel für flussige oder gasformige Brennstoffe - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Heizungskessel für flüssige oder gasförmige Brennstoffe, bestehend aus einem Wassermantel, iri dem eine zylindrische Brennkammer mit umgebenden Heizgaszügen Und Vorgeschalteter Umlenkkammer angeordnet ist, wobei die Heizgaszüge von auf den Umfang verteilten im Abstand nebeneinander angeordneten im Querschnitt etwa U-förmigen Blechprofilen gebildet sind, die mit einer Sammelkammer und einem Abgasstutzen in Verbindung stehen und durch Längsschweißnähte mit der Innenwand des Wassermantels verbunden sind.

Heizungskessel der genannten Art nach der DE-OS 17 78 880 sind bekannt Diese bekannten Kessel mögen zwar hinsichtlich der möglichen Wärmeausnutzbarkeit die gestellten Forderungen erfüllen, die praktische Verwirklichung und eine wirtschaftäiche Fertigung stellen jedoch einerseits beachtliche Probleme, weshalb sich derartige Kessel vermutlich auf dem Markt auch nicht einführen konnten.

Von Interesse sind hierbei insbesondere die Ausführungsformen der Gegenstände der genannten DE-OS, bei denen in einem zylindrischen Mantel U- oder angenähert U-förmige Blechprofile auf dessen Innenwand aufgesetzt und längs ihrer Schenkelränder verschweißt sind. Andererseits können derartige Kessel nicht ohne Schwierigkeiten über weite Temperaturbereiche gefahren werden, also insbesondere nicht in niederen Temperaturbereichen von beispielsweise 30—60°C wegen der damit verbundenen Korrosionsgefahren.

Nach der DE-AS 11 '6 248 sind solche mit ihren Basisstegen an der Brennkammerhülse anliegenden U-förmigen Blechprofile bekannt, diese befinden sich aber in einem wasserführenden zylindrischen und die Brennkammerwand umgebenden Ringraum.

Bei einer starken Gliederung des Gesamtabzugsquerschnittes entsteht ein großer Schweißaufwand mit der Schwierigkeit, zwischen den Profilblechen keinen ausreichenden Platz mehr für die Schweißwerkzeuge zur Verfugung zu haben und andererseits werden dabei die gegen die eigentliche Brennkammer gerichteten Basisbereiche der U-Profile so schmal, teilweise sogar spitz, daß, wollte man wegen der Verzunderungsgefahr der Profile eine abschirmende brennkammerhülse einsetzen, denkbar unsgünstige Wärmeübertragungsverhältnisse entstünden. Läßt man demgegenüber entsprechend große Zwischenräume, um mit maschinellen Schweißwerkzeugen heranzukommen, die heute die einzige Möglichkeit einer noch vertretbaren wirtschaftlichen Fertigung bieten, so ist der Gesamtabzugsquerschnitt zu wenig gegliedert und die aufgenommenen Wärmemengen können nicht mehr ausreichend durch die Materialstege abgeführt werden. Folge davon sind hohe Abgastemperaturen und Verzunderungsgefahr, letzteres insbesondere dann, wenn keine besondere Brennkammerhülse eingesetzt wird, wie das bei den oben besprochenen und vorbekannten Ausführungsformen der Fall ist.

So gut an sich der Gedanke einer derartigen Ausbildung der Hei/gaszüge beim Heizungskessel der genannten Art ist, genügen diese in letzter Konsequenz nicht den Forderungen einer wirtschaftlich vertretbaren und praktikablen Fertigungsmöglichkeit, einer ebenso zu fordernden langen Lebensdauer und letztlich auch nicht den Forderungen nach möglichst optimalen Wärmeübertragungsverhältnissen und günstigem Korrosiorisverhälteri.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen Heizungskessel der vorbekannten und eingangs genannten Art zu schaffen, der sich ohne Schwierigkeiten wirtschaftlich weitgehend maschinell fertigen läßt, der sowohl bei gekühlter als auch üngekühlter Brennkammerhülse funktionell den

Wärmeübergsngsanforderungen genügt und der aufgrund der Beherrschung des in bestimmten Betriebsphasen anfallenden Kondensats auch in niedrigen Temperaturbereichen gefahren werden kann.

Diese Aufgabe wird mit einem Heizungskessel nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Längsränder der U-förmigen Blechprofile nach außen abgeknickt und unter Vergrößerung ihrer ursprünglichen Breite und Verkleinerung hirer ursprünglichen Höhe in Richtung auf die Innenwand gestaucht sind. ι ο

Die U-förmigen Blechprofile haben also bei dieser Lösung an ihrer offenen Seite, da wo sie aufgeschweißt werden, die vorgesehene Breite. Zur Brennkammerhülse hin sind sie zunächst relativ schmal, damit mehr Abstand zum nächsten Profi' zur Verfügung steht und der maschinelle Schweißbrenner unter dem nötigen Neigungswinkel die Kehlnähte jeweils schweißen kann.

Wenn die U-förmigen Blechprofile alle aufgeschweißt sind, kommt das Blech, welches nachträglich gerundet die zylindrische Kammer bildet, unter eine Presse. Die U-förmigen Blechprofile werden gestaucht urd durch das Preßwerkzeug, mit dem der Preßvorgang durchgeführt wird, nehmen die Blechprofile an ihrem Basisbereich eine wesentlich größere Breite an. Der freie Abstand zwischen den Blechprofilen ist nach dem Preßvorgang im Basisbereich entsprechend geringer und die gegen die Brennkammerwand gerichtete Basisfläche der Blechprofile ist nahezu verdoppelt.

Bei einer ungekühlten, lediglich eingeschobenen und zu Reinigungszwecken leicht entfernbaren topfartigen Brennkammer (für Heizungskessel kleinerer Leistung) aus vorzugsweise Edelstahl, hat dies den Vorteil, daß die von den abziehenden Heiz- bzw. Rauchgasen berührten Flächen der Brennkammerhülse durch die Basisstegverbreiterung entsprechend reduziert sind, so daß also die Wärmeaufnahme von der sehr heißen Brennkammerwand durch die abziehenden Gase entsprechend reduziert ist.

Handelt es ssch demgegenüber um eine fest eingebaute wasserführende Brennkammer, was bei Kesseln mit größerer Leistung der Fall ist, so bieten die dann fest anliegenden Basisstege entsprechend große Wärmeübergangsflächen, durch die die Wärme gut abgeführt werden kann.

Da sich die Züge aus relativ dünner Blechstegen sehr schnell aufheizen, ist auch das Korrosionsproblem in diesem Bereich gelöst, da korrodierende Kondensatflüssigkeit nie bis in den unteren Zugbereich gelangen und sich dort sammeln kann end an den sich relativ schnell aufheizenden Zugprofilen wieder verdampft.

Um den Wärmeübergang von dem U-förmigen Blechprofilen zur Kammerwand zu verbessern und um gleichzeitig das Stauchen der Blechprofile nach dem Schweißen sich nicht nachteilig auf die Schweißnähte auswirken zu lassen — es dürfen keine Kerbrisst entstehen — werden die seitlichen Schenkel der Blechprofile an den Rändern, mit denen sie auf den Innenmantel aufgeschweißt werden, jeweils auf einer Breite von etwa 5 —6 mm nach außen abgewinkelt. Dadurch können die Schweißköpfe (drei bis vier eo Schweißelektroden sind in der Regel zu einem Werkzeug zusammengefaßt) mit einem geringeren Neigungswinkel zur senkrechten Achse zum Schweißen eingeführt werden. Der Abstand der ursprünglich aufgesetzten Blechprofil zueinander kann dadurch auf das vertretbare Maß verringert werden. Der dadurch steller einzuführende Schweißbrenner schmilzt die vorher abgebogenen Ränder der Blechprofile weitgehend mit auf, und es entsteht eine Naht von großem Querschnitt und von relativ großer Breite, wodurch einerseits der Wärmeübergang vom Blechprofil zur Innenwand im Verhältnis zu einer einfachen Kehlnaht wesentlich verstärkt wird, andererseits ist die Naht nach innen zum Blechprofil so stark durchgeschweißt, daß beim Nachpressen der Profile keine Kerbrisse an der Schweißnaht von der Innenseite der Profile her auftreten können, was sich in der Praxis bereits bestätigt hat.

Bei dieser erfindungsgemäßen Ausbildung ist also einerseits den konstruktiven Erfordernissen hinsichtlich der Fertigung Rechnung getragen, nämlich dadurch, daß man zunächst zwischen den Profilen ausreichend Platz läßt, um maschinell schweißen zu können, während andererseits durch den Stauchvorgang an den Blechprofilen die Basisfiäche vergrößert wird.

Der Heizungskessel wird vorzugsweise derart ausgebildet, daß die Blechprofile auf der abgewickelten Innenwand verschweißt und gestaucL· angeordnet sind, deren Stirnwände nach der zylindrischen Verformung mit einer Längsschweißnaht verbunden sind.

Eine Kondensatbildung im Heizungskessel während der Anfahrphase und beim Fahren des Kessels in niederen Temperaturbereichen läßt sich grundsätzlich nicht vermeiden, dem bisher dadurch Rechnung getragen wurde, daß man den Kessel beispielsweise durch Rücklaufbeimischung und häufigere Einschaltung des Brenners mit entsprechender Energieverschwendung auf einer bestimmten Mindesttemperatur hielt, d. h. einen Kesselbetrieb unterhalb dieser heute üblichen Temperaturen hat man bisher vermieden.

Besonders kritisch sind in diesem Zusammenhang alle unmittelbar gekühlten Flächen oder solche, in deren Bereichen sich Kondensat sammeln und regelrechte Pfützen bilden konnten.

Für den Bereich der diesbezüglich besonders kritischen Rauchgassammeikammer wird deshalb der Heizungskessel vorteilhaft derart weiter ausgebildet, daß die Schenkel der Blechprofile mindestens im Bertich der Sammelkammer mit fahnenartigen Verlängerungen versehen sind. Diese Fahnen heizen sich aufgrund des Wärmeflusses im Profilmatenal sehr schnell auf, so daß in dieser Kammer sich bildendes Kondensat unmittelbar mit diesen heißen Verlängerungen in Kontakt kommt und schnell wieder verdampft.

Dem ganzen Vorgang der schädlichen Kondensatbildung kann man ferner noch dadurch entgegenwirken, daß die Innenwand im Bereich der Sammelkammer von einer wasserabschirrnenden Hülse umgeben ist, was noch näher beschrieben wird.

Einer vorteilhaften Weiterbildung im Sinne der gestellter. Aufgabe dient auch die Maßnahme, die Brennkammer und die Blechprofile exzentrisch nach unten im dann vorzugsweise oval ausgebildeten Kesselgehäuse anzuordnen, wodurch die aufzuheizende Wassermenge im unteren Kesselbereich kleiner wird und sich schneller .Aufheizen läßt.

Ferner besteht im gleichen Sinne eine vorteilhafte Weiterbildung darin, daß die brennerseitige Stirnwand als art sich bekannte wasserführende Wand ausgebildet ist, auf deren Innenfläche horizontal verlaufende U-Profile angeordnet sind. Diese U^Profile können die gleichen sein, wie die die Züge bildenden, bedürfen aber nicht der Stauchungsverformung.

An der Innenwand im Bodenbereich der Umlenkkammer kann eine Schale aus korrosionsfestem Edelstahl angeordnet sein.

Der erfindungsgemäße Heizungskessel kann mit gleitender Temperatur betrieben werden, d. h. Kesseltemperatur kann gleich tatsächlicher Bedarfstemperatur sein. Bei geringem Wärmebedarf kann der Kessel z.B. mit 30°C oder sogar mit einer geringeren Temperatur betrieben werden, ohne daß im Heizungskessel die Verbrennungsgase wesentlich kondensieren und in der Folge schädliche Korrosion hervorrufen. Ein Kessel mit Öl- oder Gasgebläsebrenner, der mit gleitender Temperatur gefahren werden kann, ohne daß eine wesentliche Taupunktkorrosion entsteht bzw. sich bildendes Kondensat sich nicht schädlich auswirken kann, stellt einen beachtlichen, schon immer angestrebten, aber noch nicht erreichten Vorteil dar.

Der erfindungsgemäße Heizungskessel mit seinen vorteilhaften Weiterbildungen wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispieien naher eriautert. Es zeigt schematisch

Fig. 1 einen Schnitt durch aufgesetzte Blechprofile vor ihrer Verformung;

Fig.2 einen Schnitt durch aufgesetzte Blechprofile nach ihrer Verformung;

F i g. 3 eine Seitenansicht der verformten Blechprofile;

Fig.4 einen Querschnitt durch einen mit den Blechprofilen versehenen Heizungskessel;

Fig.5 einen Längsschnitt durch einen mit den Blechprofilen versehenen Heizungskessel gemäß F i g. 4 mit ungekühlter, topfartig eingeschobener Brennkammerhülse;

F i g. 6 einen Querschnitt durch einen Heizungskessel in besonderer Ausführungsform;

F i g. 7 einen Querschnitt durch einen Heizungskessel in besonderer Ausführungsform;

Fig.8 im Schnitt den Bereich der Umlenkkammer und

Fig.9 eine besondere Ausführungsform der Blechprofile.

In den Figuren sind bezeichnet mit 1 die Längsränder der Blechprofile 2, mit 3 deren Basisbereiche, mit 4 deren ursprüngliche Breite, mit 5 die Innenwand, auf die die Blechprofile 2 aufgesetzt und aufgeschweißt werden, mit 6 die lediglich eingeschobene, ungekühlte topfartige Brennkammer aus vorzugsweise Edelstahl, mit 7 die wasserabschirmende Hülse, mit 8 Verlängerungen der Profilschenkel 14, mit 9 der wasserführende Innenraum des Gehäuses 15, mit 10 die Sammelkammer für die Rauchgase, mit 11 der Abgasstutzen und mit 12 die Längsschweißnaht der zu einem Zylinder gerundeten Innenwand 5.

Die Blechprofile 2 werden im Sinne der F i g. 1 vorgeformt und mit entsprechenden Abständen auf die noch ebene Innenwand 5 aufgesetzt.

Die Längsränder 1 sind dabei, wie aus Fig. 1, 2 erkennbar etwas abgeknickt, wodurch ein größerer Raumgewinn zwischen den Blechprofilen 2 erzielt wird und Längsschweißnähte 13 unter Teilabschmelzung der Schenkelenden ohne Schwierigkeiten auch maschinell verlegt werden können, die auf Grund ihres relativ großen Querschnittes gute Wärmeleitbrücken bilden, so daß die Wärme aus den Schenkeln 14 optimal an die wassergekühlte Innenwand 5 überführt werden kann.

In bezug auf die nicht wassergekühlte Brennkammer 6 (Fig.4, 5) wäre es nun noch ungünstig, wenn die Blechprofile 2 in der Form gemäß F i g. 1 verblieben. Aus diesem Grunde werden deshalb die Blechprofile 2 zu einer Form gemäß F i g. 2 gestaucht, wodurch sich die offen gegen die Brennkammer 6 gerichteten Querschnitte 4' reduzieren und der Direktkontakt von abziehenden Rauchgasen mit der Hülsenwand verkleinert wird. Die Brennkammer 6 muß natürlich nicht topfförmig sein, sondern es ist auch möglich, diese hinten offen zu lassen, wobei die Sammelkammer 10 zu einer Umlenkkamer wird und die Rauchgase die Blechprofile 2 von hinten nach vorn durchströmen zu einer dann von angeordneten, mit Abzug versehenen Sammelkammer.

Im Falle der Kesselausbildung gemäß F i g. 6, also mit wassergekühlter Brennkammer 6' an der die Basisbereiche 3 der Blechprofile auf Grund ihrer Krümmung möglichst dicht angelegt sind, ergibt sich gegenüber der Ausführungsform nach Fig.4 der Vorteil, daß die verbreiterten Basisbereiche eine größere Wärmeübergangsfläche in bezug auf die gekühlte Wand der Brennkammer bilden.

in Weiterbildung sind die absirömseitigen Schenkel 14 der Blechprofile 2 gemäß F i g. 5,9 mit fahnenartigen Verlängerungen 8 versehen und ragen damit in die Sammelkammer 10 etwa bis zu deren rückwärtigen Ausfütlerung 26, wobei die Enden der Verlängerungen 8 gemäß Fig.9 mit Abbiegungen 8' versehen sein können, um sich gegenseitig gegen Verwerfungen abstützen zu können. Solche Verlängerungen 8 können ggf auch im Bereich der Umlenkkammer 18 vorgesehen werden.

Um den hinsichtlich Kondensatanfall besonders kritischen Bereich der Sammelkammer 10 nicht der Kühlwirkung des Wassers auszusehen, kann in diesem Bereich die Innenwand 5 wasserseitig mit einer abschirmenden Hülse 7 versehen werden, deren Innenraum nach hinten, wie dargestellt, offen bleiben kann. Sofern in diesem Bereich Kondensat anfällt, kommt es zwangsläufig mit den schnell heiß werdenden Verlängerungen 8 in Kontakt bzw. tropft auf diese, verdampft schnell wieder und zieht durch den Abgasstutzen 11 mit ab.

Um die Phase einer Kondensatbildung möglichst zu reduzieren, kann gemäß Fig. 7 die zylindrische Kammer 16 exzentrisch nach unten in einem dann vorzugsweise ovalen Kesselgehäuse 15' angeordnet werden, wodurch sich die im unteren Bereich befindliche Wassermenge reduziert und damit schneller aufheizbar wird.

Hinsichtlich einer schnellen Verdampfung von angefallenem Kondensat können Verlängerungen 8, wie erwähnt, auch im Bereich der Umlenkkammer 18 (F i g. 8) vorgesehen werden.

Der Bereich vor der Brennkammeröffnung 17, der stark von den abströmenden Heizgasen beaufschlagt wird, kann mit einer an sich bekannten wasserführenden

* Wand 22 mit öffnung 20 für den Einsatz des Brenners (nicht dargestellt) versehen werden, die oben und unten durch wasserführende Stege, wie in Fig.8 erkennbar, mit dem wasserführenden Innenraum 9 des Gehäuses 15 in Verbindung steht. Von Steg zu Steg ergibt sich beidseitig ein Ringspalt, durch den die Züge zum Reinigen zugänglich werden, wenn der nicht dargestellte Verschlußdeckel geöffnet ist.

Die wärmebeaufschlagte Innenfläche 23 dieser Wand 22 ist nun ebenfalls mit U-Profilen 24 in horizontaler Richtung besetzt, die sich ebenfalls beim Anfahren schnell aufheizen. Anfallendes Kondensat kann durch die Profile 24 nicht nach unten laufen, sondern verdampft auf den relativ schnell heiß werdenden Profilen 24.
Neben der Möglichkeit, auch im Bereich der

Umlenkkammer 18 die Schenkel 14 der Profile 2 mit Verlängerungen 8 im Sinne der F i g. 5 zu versehen, kann zusätzlich im Bodenbereich der Ümlenkkammer 18 eine Schale 25 aus Edelstahl angeordnet v/erden, die Korrosion in diesem Bereich verhindert

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Heizungskessel für flüssige oder gasförmige Brennstoffe, bestehend aus einem Wassermantel, in dem eine zylindrische Brennkammer mit umgebenden Heizgaszügen und vorgeschalteter Umlenkkammer angeordnet ist, wobei die Heizgaszüge von auf den Umfang verteilten im Abstand nebeneinander angeordneten im Querschnitt etwa U-förmigen Blechprofilen gebildet sind, die mit einer Sammelkammer und einem Abgasstutzen in Verbindung stehen und durch LängsschweiBnähte mit der Innenwand des Wassermantels verbunden iind, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsränder (1) der U-förmigen Blechprofile (2) nach außen abgeknickt und unter Vergrößerung ihrer ursprünglichen Breite (4) und Verkleinerung ihrer ursprünglichen Höhe in Richtung auf die Innenwand (5) gestaucht sind.

2. Heizungskessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechprofile (2) auf der abgewickelten Innenwand (5) verschweißt und gestaucht angeordnet sind, deren Stirnränder nach der zylindrischen Verformung mit einer Längsschweißnaht (12) verbunden sind.

3. Heizungskessel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege der Blechprofile (2) entsprechend der Krümmung der Brennkammer (6) verformt sind.

4. Heizung-kessel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dir Schenkel (14) der Blechprofile (2) mindestens im Bereich der Sammelkammer (10) mit fahnenartigen Verlängerungen (8) versehen $ind.

5. Heizungskessel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerungen (8) am Ende mit einer gegen die jeweils benachbarte Verlängerung (8) gerichteten Abbiegung (8') zu versehen sind.

6. Heizungskessel nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand (5) im Bereich der Sammelkammer (10) von einer wasserabschirmenden Hülse (7) umgeben ist.

7. Heizungskessel nach Anspruch 1 bis 6, mit ovalem Kesselgehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (6) und die Blechprofile (2) exzentrisch nach unten angeordnet sind.

8. Heizungskessel nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die brennerseitige Stirnwand als an sich bekannte wasserführende Wand (22) ausgebildet ist, auf deren Innenfläche (23) horizontal verlaufende U-Profile(24) angeordnet sind.

9. Heizungskessel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenwand (5) im Bodenbereich der Umlenkkammer (18) eine Schale (25) aus korrosionsfestem Edelstahl angeordnet ist.