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Heizkessel
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Heizkessel Die Erfindung betrifft einen Heizkessel mit einem Wassermantel
und im Rauchgasführungsraum angeordneten, mit dem Wassermantel kommunizierenden
Wassertaschen mit stehenden Heizflächen, welche Wassertaschen den Rauchgasführungsweg
in zwei oder mehrere, insbesondere parallele Züge unterteilen und einem den Feuerungsraum
nach unten begrenzenden Rost.
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Heizkessel dieser Bauart sind an und für sich wegen der Anordnung
des Rostes für feste Brennstoffe konzipiert, können aber auch in Sonderformen für
flüssige oder gasförmige Brennstoffe verwendbar sein bzw. verwendbar gemacht werden,
wobei entweder eine Heizkesseltüre, z.B. die Aschenraumtüre, durch eine mit einem
Brenner ausgestattete Tür ersetzt wird, in einem oberen Einsatz des Kessels ein
Sturzbrenner vorgesehen wird oder nach einer besonders vorteilhaften Ausbildung
für Kessel, bei denen die Art des verwendeten Brennstoffes häufig wechselt, neben
dem Feuerungsraum eine eigene Brennkammer angeordnet ist, die mit einem Brenner
für flüssige bzw. gasförmige Brennstoffe ausgestattet wird. Der Rost kann als wasserführender
Rost zur Vergrößerung der Heizfläche oder auch als dann meist auswechselbarer Rost
aus Gußeisen od.dgl.
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ausgebildet sein. Die Roststäbe werden zur Erleichterung der Reinigung
fast ausschließlich in Kessellängsrichtung vorgesehen.
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Die erwähnten, Nachheizflächen aufweisenden Wassertaschen werden
vorzugsweise parallel zur Kesselrückwand angeordnet, wobei die vorderste Wassertasche
bis ganz oder fast zur Kesseldecke reicht, so daß sie mit der Vorderwand des Wassermantels
einen Vorratsraum für feste
Brennstoffe einschließt und diese Brennstoffe
bei unterem Abbrand verbrannt werden. Je nach Bauart und vorhandenem Zug kann die
Rauchgasführung nur im Steigzug oder auch, wie dies z.B. im eigenen ÖP 334 025 gezeigt
ist, im Steigzug, dann in einem Ubergangsbereich und schließlich im Fallzug erfolgen.
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Vor allem bei Kesseln für kleinere Leistungen, wie sie zur Beheizung
einzelner Wohneinheiten, z.B. Einfamilienhäusern, als Etagenheizungen und zur Warmwasserbereitung
für die jeweilige kleine Wohneinheit Verwendung finden, stellt die Leistungsregelung
ein schwerwiegendes und insbesondere bei der Verwendung fester Brennstoffe, insbesondere
von Abfallbrennstoffen, noch nicht zufriedenstellend gelöstes Problem dar. Die Heizleistung
des Kessels (Maximalleistung) muß so gewählt sein, daß sie auch noch für sehr tiefe
Außentemperaturen ausreicht, wobei vielfach auch die Möglichkeit einzuplanen ist,
bei etwaigen kleineren Zubauten an einem Einfamilienhaus die Beheizung dieser zusätzlichen
Räume zu ermöglichen. Damit ergibt sich, daß in der sogenannten Ubergangszeit und
dann, wenn der Kessel vorwiegend für die Warmwasserbereitung allein eingesetzt wird,
nur ein geringer Bruchteil der Maximalleistung des Kessels tatsächlich benötigt
wird. Besonders beim Verbrennen minderwertigerer Brennstoffe, wie Braunkohle und
Abfallholz, kommt es bei einem Betrieb mit verminderter Leistung, die z.B. über
den Zugregler eingestellt wird, zu einem ungleichmäßig über dem Rostbereich verteilten
Abbrand, und die Rauchgase kühlen an den für die momentane Heizleistung zu groß
dimensionierten Nachheizflächen des Kessels zu starkab, so daß der Taupunkt unterschritten
wird. Aus der Praxis ergibt sich, daß bei einem Teillastbetrieb unter einem Drittel
der Nennleistung schon eine Kondensation der Rauchgase stattfindet, was zu einem
Versotten der Amine und zur Rostbildung im Kessel führt. Bei minderwertigen Holzbrennstoffen
kommt
es zusätzlich zu einem Verteeren des Kessels. Neben diesen zu Schäden an Kessel
und Kamin führenden Nachteilen ergibt sich auch bei hochwertigen festen Brennstoffen
wegen des schlechten Abbrandes eine gegenüber dem Vollastbetrieb stark verminderte
Ausnützung des jeweiligen Heizwertes der Brennstoffe. Es sei erwähnt, daß es bei
manchen Kesseln bekannt ist, in den Taschen Klappen vorzusehen, über die zwei benachbarte
Züge kurzgeschlossen werden können, so daß sich der Rauchgasführungsweg verkürzt.
Derartige Klappen werden vorwiegend zur Zugverbesserung während des Anheizvorganges
verwendet. Beim Teillastbetrieb können trotzdem die Rauchgase den gesamten Zugbereich
ausfüllen, so daß es zu der erwähnten Rauchgaskondensation kommen kann. Es wurde
ferner schon vorgeschlagen, die Nachheizflächen, also die im Rauchgasführungsweg
vorhandenen Wassertaschen für den Teillastbetrieb mit isolierenden Abdeckungen zu
versehen. Dies setzt einmal eine ausreichend große Zugänglichkeit des Rauchgasführungsweges
für die Montage der Abdeckungen voraus und macht es nowendig, vor dem Übergang auf
den Vollastbetrieb die Abdeckungen aus dem Kessel zu entfernen und zu verstauen,
was selbstverständlich eine unangenehme, schmutzige Arbeit darstellt.
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Der ungleichmäßige Abbrand auf dem für die Iteillast zu großen Rost,
die unregelmäßige Glutstockbildung und die zu geringe Feuerraumbelastung werden
auch durch die erwähnten Maßnahmen nicht verbessert. Bei einem gattungsmäßig anderen
Kessel schließt oben an den Feuerungsraum ein Rauchgasraum an, der mit einem Abzugsrohr
verbunden ist. Der Feuerungsraum bildet gleichzeitig den Füllraum und arbeitet mit
oberem Abbrand. Eine ähnlich wie ein wasserführender Rost ausgebildete, wasserführende
Rückwand des Feuerungsraumes ist parallel zu sich selbst verstellbar, um die freie
Rostfläche und den Füllraum an die jeweilige Leistung anzupassen. Trotz der komplizierten
Verstellung
wasserführender Teile wird das angestrebte Ziel nicht
erreicht, da die Heizfläche bei verringerter Heizleistung gleich bleibt bzw. sogar
vergrößert wird, so daß Versottungen auftreten.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Heizkessels der genannten
Art, der auch mit festen Brennstoffen, insbesondere Abfallbrennstoffen, im Teillastbereich
einwandfrei betrieben werden kann und eine stärkere Leistungsreduktion als die bisher
üblichen Heizkessel gestattet.
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Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Feuerungsraum eine
aus einer Ruhelage in eine einen Teil des Rostes abschirmende Lage verstellbare
Abdeckung untergebracht ist und mit ihr eine Verschlußklappe od.dgl. für einen Teil
der Züge antriebsverbunden bzw. zwangsweise im Sinne eines Abschließens der ihr
zugeordneten Züge bei in der Arbeitsstellung befindlicher Abdeckung verstellbar
ist, so daß gleichzeitig mit der Verkleinerung der freien Rostfläche auch die wirksame
Heizfläche verkleinert wird.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß es zwecklos ist, bei
der Leistungsreduktion des Kessels nur Teilmaßnahmen zu setzen. Durch die erfindungsgemäße
Ausführung werden für die Leistungsreduktion zwangsweise gemeinsam die freie Rostfläche
und die Nachheizflächen proportional verkleinert, so daß der Heizkessel beim Feststoffbetrieb
wie ein von Haus aus für eine niedrigere Höchstleistung, z.B. die halbe Höchstleistung,
ausgelegter Kessel arbeitet, also bei der höchstmöglichen Leistung mit reduzierter
Rost- und Heizfläche hinsichtlich des Abbrandes, Glutatockes und der Rauchgastemperatur
am Kamin ein Vollastverhalten zeigt. Die Brennstoffe werden also im Teillastbereich
wesentlich besser ausgenützt als bei der entsprechenden Teilleistung des gleichen
Kessels,
wenn Abdeckung und Verschlußklappe nicht in die Teillaststellung
verstellt werden. Praktisch kann der Kessel bei in der Arbeitsstellung befindlicher
Verschlußklappe und Abdeckung auf den gleichen Teillastbereich des nun wirksamen
Eesselbruchteiles herabgeregelt werden, wie sonst der Heizkessel, so daß beispielsweise
dann, wenn ein normaler Kessel beim Feststoffbetrieb auf 30 ,96 seiner Heizleistung
herabregelbar ist und durch Verschlußklappe und Abdeckung eine Reduktion der Kesselleistung
um 50 % erzielt wird, tatsächlich eine Leistungsverringerung auf 15 % der Ausgangsleistung
des Kessels ermöglicht wird. Verschlußklappe und Abdeckung können im Kessel bleiben,
wodurch die Umstellung vereinfacht wird.
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Bei der Umstellung von Teil- auf Vollast ist meist nicht einmal eine
vorherige Reinigung des Kessels notwendig.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung besteht die Abdeckung aus einer
an Längsstäben des Rostes geführten, zu ihrem am Rost aufliegenden Vorderrand abfallenden
Schrägplatte, auf deren Oberseite eine an ihrem Hinterrand in Höhe der unteren Einlässe
der Züge angelenkte Verschlußklappe für einen Teil der Züge unmittelbar oder ein
mit der Verschlußklsppe verbundener Betätigungsfühler abgestützt ist. Es wird angestrebt,
durch Betätigung der Verschlußklappe jeweils einen bestimmten Prozentsatz des vorhandenen
Zugquerschnittes abzuschalten. Sind nur Steigzüge vorhanden, dann kann man eben
einen Teil der Steigzüge verschließen, wobei ein geringer Belüftungs- bzw.Reinigungsspalt
offenbleiben kann. Besitzt ein Kessel Steig- und Fallzüge, dann muß man möglichst
in beiden eine entsprechende Querschnittsreduktion vornehmen, wobei durch Wassertaschen
oder Leitbleche mehrere, je aus einem Steig- und Fallzug bestehende Abschnitte gebildet
und immer ganze Abschnitte abgeschlossen werden können. Im Bedarfsfall kann man
dafür
im Steig- und Fallzugbereich verschiedene, miteinander antriebsverbundene Verschlußklappen
vorsehen.
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Die Schrägplatte und die Verschlußklappe können aus untereinander
gleichen Platten aus feuer- bzw. hitzebeständigem Material mit einem stumpfwinkelig
abgekanteten Randbereich bestehen, wobei dieser Randbereich bei der Schrägplatte
vom schräg ansteigenden Plattenteil nach hinten-unten abfällt und bei der Verschlußklappe
am Vorderrand nach unten weisend vorgesehen ist, so daß die Verschlußklappe mit
ihm auf der z.B. über einen Ilakenzug verstellbaren Schrägplatte aufruht und in
der Arbeitsstellung hinter der Abkantung dieser Schrägplatte einrastet, so daß eine
selbsttätige Rückstellung von Verschlußklappe und Schrägplatte aus der die niedrige
Kesselleistung bestimmenden Lage verhindert wird.
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Gerade die zuletzt beschriebene Konstruktion eignet sich besonders
für einen Heizkessel, bei dem zwei parallele, von oberhalb des Rostes endenden Wassertaschen
bestimmte Steigzüge vorgesehen sind, wobei der vordere Steigzug zwischen quer angeordneten,
zur wasserführenden Rückwand des Kessels parallelen Wassertaschen liegt, deren vordere
mit der Vorderwand des Wassermantels einen Vorratsraum für die festen Brennstoffe
bestimmen kann, und im hinteren von der Verschlußklappe verschließbaren Steigzug
Längstaschen angeordnet sind, die von der die Rückwand des vorderen Steigzuges bildenden
Wassertasche ausgehen, wobei die beiden Steigzüge oben über einen Ubergangsbereich
verbunden sind und im oberen Bereich des hinteren Steigzuges, noch im Ebhenbereich
von dessen Wassertaschen links und rechts sowie zur Kesselrückseite Anschlußmöglichkeiten
für ein Rauchgasabzugsrohr vorzusehen. Beim Vollastbetrieb führen die Idngstaschen
zu einer günstigen Aufteilung des Rauchgasstromes. Gerade bei seitlichem Anschluß
des Rauchgasabzugsrohres wird die Rauchführung durch die im hinteren Steigzugbereich
vorgesehenen
Längstaschen verbessert und gleichmäßiger als dann, wenn nur Quertaschen vorgesehen
wären.
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Konstruktiv kann ein einfacher Aufbau des gesamten Kessels vorgesehen
werden. Bei Verwendung eines wasserführenden Rostes war es bisher üblich, zur Erzielung
einer schrägen Rauchgasführung zu einem Steigzug und für einen einwandfreien Anschluß
des Rostes den hinteren Wassermantelteil vom Unterrand des Steigzuges weg schräg
einspringend anzubringen und mit dem Rost zu verbinden.
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Man kann aber einen wasserführenden Rost vorsehen, dessen Roststäbe
über die gesamte Kessellänge durchgehen, so daß ihre vor der nun über die Höhe eben
durchgehenden Rückwand liegenden Enden ständig von der Schrägplatte abgedeckt sind.
Ein Kessel mit ebener Rückwand läßt sich, gleichgültig ob er geschweißt oder gegossen
wird, wesentlich einfacher als ein Ressel mit einspringender Rückwand herstellen.
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Mit der Verringerung der Größe der freien Rostfläche und der Größe
der Nachheizflächen kann man auch zwangsweise die dem Kessel zuführbare Verbrennungsluft
drosseln.
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Zu diesem Zweck kann mit einem Betätigungsgestänge für die Abdeckung
zusätzlich ein bei in der Arbeitsstellung befindlicher Abdeckung die Verbrennungsluftzufuhr
begrenzender Regler für den Verbrennungslufteinlaß gekuppelt sein. Dabei kann man
auf dem genannten Betätigungsgestänge einen mit ihm verstellbaren Anschlag vorsehen,
der bei der der kleineren Heiz- bzw. Rostfläche entsprechenden Stellung des Gestänges
die mögliche Öffnungsweite einer Einlaßklappe für die Verbrennungsluft begrenzt.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielaweise veranschaulicht.
Es zeigen jeweils in vereinfachter Darstellungsweise Fig.1 einen Heizkessel im Längsschnitt
und Fig.2 einen Teilhorizontalschnitt durch den Kessel nach Fig.1.
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Der dargestellte Kessel besitzt zumindest in der Grundform einen
rechteckigen Grundriß. Der Kessel besitzt Seitenwände 1, eine Vorderwand 2 und eine
Rückwand 3, die eben und parallel zur Vorderwand 2 vorgesehen ist. Die Wände 1 -
3 sind wenigstens bis zu einem unterhalb eines wasserführenden Rostes 4 liegenden
Bereich doppelwandig als Wassermantel ausgeführt. Die Roststäbe 4 laufen über die
gesamte Kessellänge von der Vorderwand 2 zur Rückwand 3 durch. Sowohl an der Rückwand
als auch (nicht dargestellt) an den Seitenwänden sind Anschlußstutzen 5 vorhanden,
die den Anschluß eines oder mehrerer Warmwasserkreisläufe ermöglichen. Die ebenfalls
vorhandenen Füllungs- und Entleerungsanschlüsse für den Wassermantel und Muffen
für Zugregler und Brennerthermostat wurden nicht dargestellt.
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In der Vorderwand 2 sind durch Türen 6,7 verschließbare Öffnungen
8,9,10 vorgesehen, wobei die Tür 6 die Heizungs- bzw. Ftilltür bildet und die Tür
7 eine kombinierte Aschen-, Reinigungs- und Zugregelungstüre ist. Der Aschenraum
ist über die Öffnung 10 erreichbar.
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Im Kessel sind zwei stehende Wassertaschen 11,12 quer angeordnet.
Von der Wassertasche 12 gehen parallele Längstaschen 13 aus, die zur Kesselrückwand
3 weisen.
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Die Wassertasche 11 schließt mit der Vorderwand 2 des Kessels einen
Füllraum 14 ein, der über die Tür 6 oder eine Deckenklappe 15 mit festen Brennstoffen
beschickt werden kann. Oberhalb der Tasche 11 ist ein Schwelgasabzug 16 vorhanden,
der verhindert, daß beim Öffnen der Klappe 15 Schwelgase austreten.
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Die Wassertaschen 11 - 13 enden mit Abstand oberhalb des Rostes 4.
Zwischen den Wassertaschen 11 und 12 ist ein Steigzug 17 gebildet. Ein weiterer,
durch die Taschen 13 in mehrere Abschnitte unterteilter Steigzug 18 befindet sich
zwischen der Tasche 12 und der Rückwand 3.
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Die Steigzüge 17 - 18 sind oben durch einen ftbergangebereich 19 verbunden.
Etwa in Höhe des oberen Randes der Taschen 13 sind links und rechts und in der gesselrückwand
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Anschlußöffnungen 20 für den Rauchgasabzug vorgesehen, der in Fig.1 in Form eines
Stutzens 21 in die Rückwand öffnung eingesetzt ist, wogegen für die Anschlüsse in
den Seitenwänden Abdeckungen 22 vorgesehen werden.
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Die Längsstäbe des Rostes 4 bilden eine Leitfläche bzw. Längsführung
für eine Rostabdeckung 23, die beim Ausführungsbeispiel aus einer Schrägplatte 24
mit abgewinkeltem Hinterrand 25 und aus Stehblechen 26 besteht, die mit Flanschen
27 oben an den Roststäben 4 abgestützt werden und mit Hilfe von durch die Rostschlitze
geführten Schrauben mit nicht dargestellten Querstücken verbunden sind, die zwar
eine Verschiebung, aber kein Herausheben der Schrägplatte 24 zulassen. Oberhalb
der Schrägplatte 24 ist eine Abdeckklappe 28 angeordnet, die aus einer mit der Schrägplatte
24 identischen Platte aus feuerbeständigem Material besteht und mit ihrem Hinterrand
mit Hilfe einer Querachse 29 in Halterungen eingehängt ist. Die Platte 28 ruht mit
ihrem abgekanteten Vorderrand 30 oben auf der Schrägplatte 24 auf. Eine nicht dargestellte,
beispielsweise durch die Tür 7 herausgeführte oder bei geöffneter Tür 7 erreichbare
Zugstange od.dgl. ermöglicht es, die Schrägplatte 24 aus der voll eingezeichneten
Stellung nach Fig.1, in der sie den hinteren Rostbereich abdeckt, in die strichpunktiert
eingezeichnete Lage zu verstellen.
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Der untere vordere Rand der Schrägplatte 24 bestimmt jeweils die freie
Rostfläche, und es ist also ersichtlich, daß diese freie Rostfläche in der strichpunktiert
eingezeichneten Lage auf etwa die Hälfte reduziert wird. In gleicher Weise wird
auch der Feuerungsraum verringert. In der strichpunktierten Stellung rastet der
abgekantete Rand 30 hinter der Abkantstelle am Randbereich 25 ein.
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Ein Zurückstellen der Schrägplatte ist daher nur nach Anheben der
Platte 28 oder unter Ausübung einer bewußten, ruckartigen Bewegung möglich, so daß
bei normalem Heizbetrieb
ohne Gestängebetätigung die Teile in der
strichpunktierten Lage bleiben. Die Klappe 28 schließt den zweiten Steigzug 18 in
ihrer strichpunktierten Lage weitgehend ab.
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Lediglich ein Reinigungsspalt bleibt offen. Damit sind gleichzeitig
die freie Rostfläche, die Größe des Feuerungsraumes und der zur Verfügung stehende
Querschnitt des Steigzuges auf die eingestellte verringerte Kesselleistung abgestimmt.
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Die Erfindung kann selbstverständlich auch bei Kesseln mit Steig-
und Fallzug bzw. bei Kesseln, die ausschließlich Längstaschen aufweisen, ebenso
verwirklicht werden wie bei Kesseln mit einem Gußrost statt einem wasserführenden
Rost.
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Nach einer weiteren Ausführungsvariante kann man anstelle der Schrägplatte
24 und der Klappe 28 eine den Feuerungsraum quer abteilende, bis zum unteren Rand
der Wassertaschen 13 reichende Trennwand vorsehen, die also praktisch die Abdeckung
und die Verschlußklappe in sich vereinigt. Diese Trennwand kann ohne weiteres so
wie die dargestellte Schrägplatte 24 schräg verlaufen, wobei in der Ruhestellung
ihr unterer Rand unter der Wassertasche 12 liegt, wogegen ihr oberer Rand am Hinterende
der Taschen 13 zu liegen kommt. Bei der Verstellung nach vorne schließt dieser obere
Rand dann mit dem unteren Rand der Tasche 12 ab. Damit bei der beschriebenen Konstruktion
ein Falschluftzutritt über den Aschenraum zu dem nun von der Rauchgasführung abgeschalteten
Teil 18 des Steigzuges vermieden wird, kann man am unteren Rand der erwähnten Trennwand
eine Klappe vorsehen, die den Aschenraum unterhalb des Rostes 4 quer unterteilt.
Diese Klappe bildet dann praktisch die Verschlußklappe für die abgeschalteten Züge.
Ist die Klappe schwenkbar, dann ist trotzdem der hinter ihr liegende Raum für die
Reinigung zugänglich. Bei starrer Anbringung wird man eine Reinigungsmöglichkeit
des hinter der genannten Klappe liegenden
Teiles des Aschenraumes
über seitliche Putz türen vorsehen.
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Für die erwähnte Verhinderung eines Falschluftzutrittes zu den stillgelegten
Zugteilen kann man bei der Verwendung der genannten Querwand auch verschiedene andere
Maßnahmen vorsehen. Beispielsweise wird der unter dem Vorderrand der in der Ruhestellung
befindlichen Querwand liegende, bis zum hinteren Mantelteil 3 reichende Teil des
Rostes dauernd durch eine aufgelegte Abdeckplatte geschlossen, und man sieht an
der schrägen Querwand eine in der Ruhestellung die genannte Abdeckplatte über- oder
untergreifende Abdeckung vor, die mit der Schrägwand verstellt wird, so daß sie
mit der feststehenden Abdeckplatte den gesamten hinter der Trennwand liegenden Teil
des Rostes abschließt und damit den Falschluftzutritt zu den stillgelegten Zügen
verhindert.
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