DE3317162C2 - Kessel für flüssige oder gasförmige Brennstoffe zur Warmwasser-, Heißwasser- oder Dampferzeugung - Google Patents
Kessel für flüssige oder gasförmige Brennstoffe zur Warmwasser-, Heißwasser- oder DampferzeugungInfo
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf gasbeheizte oder ölbeheizte Kessel für warmes Wasser, heißes Wasser oder zur Dampferzeugung mit einem im wesentlichen horizontalen zylindrischen Verbrennungsraum, der von einem aus einer Mehrzahl von ringförmigen Ringröhren (2) bestehenden Feuerungsrohr (1) begrenzt und umgeben ist, wobei die ringförmigen Ring röhren (2) zur Führung eines geeigneten Wärmeträgers an ein andergereiht angeordnet und durch ringförmige Ab standsbänder (3) zusammengehalten sind. Zumindest einige der ringförmigen Ringröhren haben unterschiedliche innere Querschnitte und/oder sind so angeordnet, daß sie unterschiedliche, ungleiche Teilungsabstände voneinander haben. Damit wird ein im wesentlichen einheitlicher mittlerer Durchmesser des Feuerungsrohrs (1) erhalten, und dennoch ist der Fluß des umlaufenden Wärmeträgers mit der längs der Achse des Verbrennungsraums ungleich verteilten thermischen Belastung abgestimmt, was zu einer verbesserten Ausnutzung der Wärmeenergiestrahlung bei im wesentlichen konstanter Wandtemperatur entlang des Feuerungsrohrs (1) führt.
Description
Die Erfindung betrifft einen Kessel für flüssige oder gasförmige Brennstoffe zur Warmwasser-. Heißwasser-
oder Dampferzeugung mit einem im wesentlichen horizontalen, zylindrischen Verbrennungsraum, der von einem
aus einer Mehrzahl von Rohrringen bestehenden Feuerungsrohr begrenzt und umgeben ist, wobei die
Rohrringe, die zur Führung des Wärmeträgers aneinandergereiht angeordnet sind, mittels Abstandsringe zusammengehalten
werden und jeweils sowohl mit einer unterhalb des Verbrennungsraums gelegenen Verteilerkammer
als auch mit einer oberhalb des Verbrennungsraums gelegenen Sammlerkammer verbunden sind.
Eine Kesselanlage mit im wesentlichen ringartig geformten Rohren ist aus der GB-PS 4 92 709 bekannt.
Bei dieser bekannten Kesselanlage umgeben solche dabei jeweils vollständig von den Rauchgasen umströmten
Rohre einen an die eigentliche Brennkammer anschließenden zentralen Heizraum, wobei die inneren
Rohre einen einheitlichen ersten, größeren Querschnitt haben; einen demgegenüber kleineren, wiederum einheitlichen
zweiten Querschnitt weisen — wohl wegen der damit verbundenen relativ größeren Oberfläche, die
bei der Aufheizung der Rohre durch die abziehenden Rauchgase durch Wärmeleitung (konvektiv) den Wärmeübergang
zum Wärmeträger begünstigt, — die äußeren Rohre auf.
Bei Erwärmung (auch) durch Wärmestrahlung führt der einheitliche Rohrquerschnitt der inneren Rohre in
Bereichen stärkerer Wärmestrahlung zu höheren thermischen Belastungen von Rohren als in Bereichen
schwächerer Wärmestrahlung mit der Folge, daß einerseits eine thermische Überlastung an einer Stelle der
Kesselanlage und andererseits zugleich ein Unterschreiten der optimalen thermischen Belastung an anderer
Stelle der Kesselanlage nicht auszuschließen ist
Die Rohre dei bekannten Kesselanlage sind in Form
einer mit jeweils konstanter Steigung mehrfach hin und her gewundenen Rohrschlange von Windungsring zu
Windungsring in Reihe geschaltet, so daß der Wärmeträger Windung nach Windung durchströmt, wobei seine
Temperatur von Windung zu Windung zunimmt
Demgegenüber geht die Erfindung davon aus, daß es auf dem gegenständlichen Gebiet von Bedeutung ist
möglichst die gesamte Menge des zirkulierenden Wärmeträgers (insbesondere Wasser oder Dampf) allen
wärmetauschenden Wandungselementen, die um den Feuerungsraum herum angeordnet sind, bei einer vorgewählten
Temperatur zuzuführen und bei einer bestimmten anderen, erhöhten Temperatur (Austrittstemperatur)
von dort weiterzuführen, damit ein in möglichst allen Wandungsbereichen rund um die Flamme im gleichen
vorbestimmten Temperaturbereich erfolgender Wärmetausch bzw. Wärmeübertragung gewährleistet
ist Dies ist sowohl im Hinblick auf den Wirkungsgrad eines Kessels als auch im Hinblick auf die Lebensdauer
einer Kesselanlage von Wichtigkeit
In diesem Zusammenhang sind zwei gebräuchliche Grundtypen von Kesselkonstruktionen zu erwähnen.
Der erste Grundtyp wird häufig als Horizontaltrommel-Kesselsystem bezeichnet Der Leistungsbereich solcher
Horizontaltrommel-Kessel ist im wesentlichen durch die mechanischen Festigkeitswerte begrenzt Für Hochieistungskessei
sind daher Kessel des zweiten Grundtyps, die als »stud-tube wall boiler« bezeichnet werden,
häufiger in Gebrauch.
Bekannte Horizontaltrommel-Kessel haben Nachtei-Ie, die in den meisten Fällen die Vorteile überwiegen.
Ihre hauptsächlichen mechanischen und wärmetechnischen Nachteile sollen im folgenden angeführt werden:
Der Wasserraum ist umgeben von einer doppelten Ummantelung mit merklich großen Abmessungen, wobei
die doppelte Ummantelung aus zylindrischen Kesselschüssen, schalenförmig gewölbten Bodenplatten
und im wesentlichen ebenen Scheiben als Wandteilungen bzw. Wandteilen bestehen.
Eine Erhöhung des inneren Überdrucks und eine erhöhte Leistungsfähigkeit kann nur bei Benutzung merklich
dicker Wände erreicht und beibehalten werden. Es ist bekannt, daß die benötigte Wandstärke bei zylindrischen
Kesselschüssen linear mit dem Durchmesser und dem internen Druck ansteigt, und daß sich ein progressiverer
Anstieg bei ebenen Wandteilungen bzw. Wandteilen ergibt, wodurch die Möglichkeiten einer Anhebung
der Leistungsfähigkeit begrenzt sind.
Erhöhte Wandstärken bedeuten einen niedrigeren Wärmeübertragungskoeffizienten; daher wird die
Oberfläehentemperatur der erhitzten Wandoberfläehen
wesentlich höher sein.
Eine Herabsetzung der Wärmeübertragungskennwerte und erhöhte Oberflächentemperaturen führen zu
kürzerer Lebensdauer bzw. Standzeit.
Es gibt eine ungleiche und instabile Verteilung der thermischen Belastung an ,der Verbrennungsraumoberflächc
entlang der Achse der Brennerflamme, wodurch bestimmte Oberflächenbereiche überhitzt werden, während
andere unterhalb der optimalen thermischen Belastung bleiben.
Wegen der obenerwähnten hohen Wandstärke ist der spezifische Baumaterialverbrauch bezogen auf die Kesselkapazität
relativ hoch, und daher liegt der Materialnutzen weit unter optimalen Werten, was hohe Investitionskosten
und auch Nachteile technischer bzw. technologischer Art mit sich bringt
Die Zirkulation des Wärmeträgers ist nicht abgestimmt mit der thermischen Belastung. Es gibt eine geschichtete
Strömung des den Verbrennungsraum verlassenden und in den Konvektionserhitzer eintretenden
Rauchgases. Daher ist die Temperatur des Rauchgases in bestimmten Bereichen der Anlage höher als erlaubt,
während in anderen Bereichen die Temperatur unter den erlaubten Werten liegt was höhere Wärmeverluste
bzw. erhöhte Korrosion mit sich bringt
Nachteile hinsichtlich der mechanischen Festigkeit resultieren aas der Bauart selbst Die Verbrennungsumstände
wie die ungleichmäßige thermische Belastung des Verbrennungsraums sind teilweise ei: te Folge der
Eigenschaften und Kennwerte der Ofenanlage; sie sind jedoch auch abhängig vom verwendeten Brennertyp.
Ähnliche Beziehungen bestehen auch hinsichtlich der Wärmevciluste bzw. -ableitung.
Verbesserte, erst in den letzten Jahren entwickelte Meßtechniken haben den Zugang zu einer genaueren
Bestimmung der Energieverteilung der Wärmestrahlung innerhalb des Verbrennungsraums eröffnet Demgegenüber
konnte die ungleiche thermische Belastung der erhitzten Oberflächen früher nicht gemessen werden.
Dies ist der Grund dafür, daß bei Kesseln konventioneller Bauart eine angemessene Nutzung der Wärmestrahlungsenergie
nicht mii genügender Sorgfalt betrieben werden konnte, und daher ist dieses Problem in
bekannten Kessein der besagten Art noch nicht gelöst. Die jetzt weitverbreitete Anwendung von Meßmethoden
und -instrumenten, die im Infrarotbereich arbeiten, hat den Weg zu einer tiefergehenden Analyse der Wärmeverteilung
innerhalb des Verbrennungsraums und zu einer industriellen Nutzung der gewonnenen Ergebnisse
eröffnet
Es wurde festgestellt daß man Kesselkonstraktionen mit optimalen sowohl Verbrennungs- als auch Heizungsdaten
nur unter Verwendung eines Verbrennungsraums mit wechselndem, veränderlichem, ungleichförmigem
Querschnitt senkrecht zur Achse der Brennerflamme ausbilden kann. Der Durchmesser des
Querschnitts soll der Änderung der Wärmestrahlung längs der Flammenacfrse entsprechen. Auf der Grundlage
dieses Prinzips wurden Kessel mit wirklich optimalen wärmetechnischen und - Lebensdauer-Eigenschaften
ausgebildet. Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, daß mit den vorstehend genannten neuen Konstruktionen
Nachteile im Bereich der Herstellung erwachsen. Während bei diesen Kesseln aufgrund ihres sich ändernden,
ungleichförmigen Querschnitts eine im wesentlichen gleiche thermische Belastung aller Heizflächen erzielt
wird, beklagen die konventionelle Techniken, Vorrichtungen und Fertigungswerkzeuge verwendenden Hersteller
sehr, daß ein Wechsel und eine Erneuerung ihrer ganzen Technologie und Vorrichtungen viel zu kompliziert
und teuer wären.
Der Erfindung liegt ijun die Aufgabe zugrunde, einen
Kessel anzugeben, der einerseits optimale Verbrennungs- und Heizeigenschaften aufweist, insbesondere
zumindest gleich optimale Verbrennungs- und Heizei-
genschaften wie in neuerer Zeit entwickelte bekannte Kessel mit ungleichförmigem Verbrennungsquerschnitt,
der zugleich aber einfach und kostengünstig zu fertigen
und frei von den obenerwähnten Machteilen der bekannten Konstruktionen ist. s
Hierzu sieht die Erfindung einen Kessel der eingangs angegebenen Art vor, bei dem erfindungsgemäß zumindest einige seiner Rohrringe längs der Achse des zylindrischen Verbrennungsraums aufeinanderfolgend unterschiedliche innere Querschnitte hüben und/oder mit to
unterschiedlichen, ungleichen Teilungsabständen zueinander angeordnet sind.
Dabei können in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung die inneren Querschnitte der ein den Verbrennungsraum umschließendes, im wesentlichen zylindri-
sches Feuerungsrohr bildenden Rohrringe und/oder deren Teilungsabstände sich linear mit den längs der Achse des zylindrischen Verbrennungsraums gegebenen effektiven Werten der Wärmestrahlung oder der Wärmefliißdichte ändern: diese Achse liegt im wesentlichen in
einer geraden Linie mit der Achse der Brennerflamme des vorgesehenen Gas- oder Kerosinbrenners.
Die Erfindung bringt den Vorteil eines einen zylindrischen Querschnitt mit entlang der Flammenachse im
wesentlichen konstantem mittleren Durchmesser aufweisenden und damit relativ einfach und kostengünstig
zu fertigenden Kessels mit sich, der zugleich dadurch, daß die den Wärmeträger (Wasser, Dampf) führenden
Rohrringe längs der Flammenachse größere oder kleinere Innenquerschnitte aufweisen und/oder in kleineren
oder größeren Abständen zueinander angeordnet sind, in Bereichen höherer Wärmeabstrahliung der Brennerflamme zumindest angenähert gleiche thermische Belastungen der die Brennerflamme umgebenden Rohrringe
ermöglicht wie in Bereichen, in denen die Flammentemperatur und damit auch die abgestrahlte Wärme geringer sind.
Um zu erreichen, daß keine der eingebauten Heizflächen überhitzt oder unterhitzt wird, und dadurch sowohl Funktionssicherheit als auch Betriebszuverlässig-
keit zusammen mit langer Standzeit sicherzustellen, sieht die Erfindung anstelle eines Verbrennungsraums
mit ungleichförmigem zylindrischen Querschnitt vor, daß der Fluß des umlaufenden Wärmeträgers auf die
längs der Achse des Verbrennungsraums, d. h. längs der Achse der Brennerflamme, ungleich verteilte thermische Belastung abgestimmt wird, indem in Bereichen
höherer Wärmebelastung Rohrringe imit vergrößertem inneren Querschnitt d. h. mit vergrößertem Strömungsdurchmesser für den Wärmeträger, und/oder schmalere
Abstandsringe dazwischen vorgesehen sind als in Bereichen niedrigerer Wärmebelastung. So kann der mittlere
Zylinderdurchmesser des den Verbrennungsraum bildenden Feuerungsrohrs auf einem konstanten Wert gehalten und zugleich in Bereichen intensiven Wärme-
Übergangs ein gleich intensiver Wärnietransport durch verstärkte Zirkulation vorgesehen werden.
Der Kessel gemäß der Erfindung, der — bei Auslegung und Ausbildung in unterschiedlichen Größen—
Heizanforderungen in allen Anwendungsbereichen erfüllen kann, d. h. in Haushalten und auch bei öffentlichen
und industriellen Nutzern zur Erzeugung von warmem Wasser, heißem Wasser oder Dampf eingesetzt werden
kann, ist leicht herzustellen; die Nachteile der mit vorbekannten Konstruktionen verbundenen Art sind elimi-
nieri. Ein anderer vorteilhafter Aspekit des betrachteten Kessels liegt darin, daß alle seine überdruckbelasteten
Bestandteile Rohre sind Der Vorteil liegt dabei darin.
daß Rohre relativ geringer Wandstärke genügen, um den in der Praxis zulässigen Überdrücken zu widerstehen. Die Leistungsfähigkeit kann erhöht werden, weil
dies nur eine sehr geringe Erhöhung der Rohrwandstärke erfordert. Ein Feuerungsrohr, das aus dünnwandigen
Rohrringen besteht, die durch dazwischenliegende geschweißte Abstandsringe zusammengehalten werden,
ermöglicht einen verbesserten, sehr intensiven Wärmeübergang. Dabei ist eine gleiche Temperatur aller Heizflächen vorgesehen, die diejenige des Wärmeträgers nur
leicht übersteigt. Dies führt zu höherer Funktionssicherheit und erhöhter Standzeit Außerdem sind spezifischer
Baumaterialverbrauch, Gewicht und Größe des Kessels gemäß der Erfindung bezogen auf dessen Leistungsfähigkeit sehr günstig.
Wie zuvor schon erwähnt wurde, hat die Erfahrung mit bekannten Kesseln des Horizontaltrommel-Typs
gezeigt, daß Rauchgase unterschiedlicher Temperatur ein geschichtetes Strömungsbild mit parallel übereinanderliegenden Schichten aufweist, die nicht dazu neigen,
sich miteinander zu vermischen. Dies kann Nachteile etwa hinsichtlich der Heizeigenschaften oder der durch
frühere Korrosion beeinträchtigten Standzeit des Kessels mit sich bringen. Zur Vermeidung solcher Nachteile
kann das erfindungsgemäß ausgebildete, den Verbrennungsraum umgebende Feuerungsrohr in weiterer Ausgestaltung der Erfindung ein an seinem rückwärtigen
Ende angeordnetes Einschnürungsglied, vorzugsweise in Forri wenigstens eines Rohrrings mit abgeplattetem
ovalem Querschnitt aufweisen, an das sich eine Umlenkkammer zur Umlenkung der Hauptrichtung des
Rauchgasstroms aaif einen Winkel von im wesentlichen
90° bezogen auf die Achse des zylindrischen Verbrennungsraums anschließt die einen im wesentlichen U-förmigen, durch U-förmige Rohre gegebenen Querschnitt aufweist wobei die genannten Rohre jeweils mit
horizontal angeordneten, zwischen Kreuzstromkammern liegenden Verbindungsröhren verbunden sind und
wobei der Kessel außerdem einen aus einer Mehrzahl von parallelen Rohren bestehenden Konvektionserhitzer in der Bahn des umgelenkten Rauchgasstroms aufweist
Hierdurch wird bewirkt, daß die geschichtete Rauchgasströmung beim Passieren des im Rauchgasstrompfad
hinter der 90°-Ablenkung angeordneten konvektiven Erhitzers merklich vermischt ist; daher wird der konvektive Erhitzer mit einem von nennenswerten Temperaturdifferenzen freien Rauchgasstrom mit fast gleichmäßig verteiltem Wärmegehalt gespeist. Bei Verwendung eines zweckmäßig eingestellten Brenners haben
die den konvektiven Erhitzer verlassenden Rauchgase eine Temperatur, die oberhalb des Taupunktes iiiid bei
einem zulässigen Wert liegt Dies sind Grundbedingungen sowohl für minimale Korrosionsneigung als auch
für hohe Wärmeausnutzung.
Die obenerwähnten Erfordernisse sind auch in hohem Maße abhängig von der Temperatur einerseits des Wärmeträgers und andererseits der im Rauchgasweg angeordneten Oberflächen. Daher ist in einem Ausführungsbeispiel eines Kessels gemäß der vorliegenden Erfindung, in dem warmes oder heißes V/asser mittels eines
Wärmeträgers mit Temperaturen unter 100° C in der
Rücklaufleitung erzeugt wird, gemäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung eine Umlenkkammer im wesentlichen U-förmigen Querschnitts vorgesehen, die in ihrem oberen Bereich offen ist wobei der Kessel einen
konvektiven Erhitzer mit Rohren aufweist die in Serie mit Kreuzstromkammern verbunden sind, die ihrerseits
mit der Sammlerkammer verbunden sind, wobei der Konvektionserhitzer in der Bahn des Rauchgasstromes
zwischen den Kreuzstromkammern angeordnet ist. Auf diese Weise bestreichen die Rauchgase keine Oberflächen mit signifikant niedrigerer Temperatur, wodurch
die Möglichkeit, den Taupunkt zu erreichen, und damit die Korrosionsneigung weitgehend eliminiert wird.
In Ausführungsbeispielen von Kesseln hinwiederum,
die für s>*-s Erzeugung von heißem Wasser oder Dampf
ausgelegt sind und in denen die in der Rücklaufleitung gemessene Temperatur des Wärmeträgers über 1000C
beträgt, weist gemäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung der Kessel eine unten offene Umlenkkamer mit im
wesentlichen U-förmigem Querschnitt auf, wobei der Kessel außerdem einen Konvektionserhitzer aufweist,
der unterhalb von mit der Verteilerkammer verbundenen Kreuzstromkammern in der Bahn des Rauchgasstromes angeordnet ist, wobei der Konvektionserhitzer
eine separate, in Serie mit einer Kesseltrommel verbundene Wärrneträgerzirkülation aufweist.
In bevorzugten Ausführungsbeispielen eines Kessels
gemäß der Erfindung, die für eine Dampferzeugung bei Wärmeträgertemperaturen über 12O0C gemessen in
der Rücklaufleitung, ausgelegt sind, kann die Struktur ähnlich der eben beschriebenen sein; jedoch hat es sich
als vorteilhaft erwiesen, daß der Kessel einen auf den Konvektionserhitzer in der Rauchgasstrombahn folgenden zusätzlichen Speisewasserwärmer aufweist, der mit
dem Wasserraum der Kesseltrommel verbunden ist.
Die Erfindung wird nun noch mehr detailliert und in Einzelheiten gehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispien; der neuen Kesselstruktur unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigt
F i g. 1 eine horizontale Längs-Schnittansicht eines für eine Warmwassererzeugung vorgesehenen Kessels,
F i g. 2 ist ein Querschnitt durch den gleichen Kessel entlang der Linie A-A in F i g. 1, und
F i g. 3 ist ein Querschnitt durch den gleichen Kessel entlang der Linie B-B in F i g. 1,
Fig.4 zeigt eine horizontale Längs-Schnittansicht
auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines der Dampferzeugung dienenden Kessels und
Fig.5 zeigt einen Querschnitt durch den gleichen
Kessel längs der Linie C-Cin Fig.4, wobei außerdem
schematisch eine Kesseltrommel gezeigt ist.
Wie in F i g. 1 bis F i g. 3 gezeigt wird, weist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines für die Warmwassererzeugung vorgesehenen Kessels gemäß der Erfindung
ein Feuerungsrohr 1 auf, das einen horizontalen, im wesentlichen zylindrischen Verbrennungsraum einschließt
Das Feuerungsrohr 1 besteht aus einer Mehrzahl von aufeinanderfolgend angeordneten Rohrringen 2 mit dazwischenliegenden Abstandsringen 3. Die Innendurchmesser und damit die inneren Querschnitte der einzelnen Rohrringe 2 und ebenso die Breite der Abstandsringe 3, d h. die Teilungsabstände zwischen benachbarten
Rohrringen 2 sind, entlang der Achse des Feuerungsrohres 1 gemessen, zumindest teilweise unterschiedlich. Die
genannten Querschnitte und/oder Teilungsabstände variieren dabei in Abhängigkeit von und im Einklang mit
den erwarteten Werten der Wärmestrahlung und/oder der Wärmeflußdichte; beide Werte verändern sich entlang der Achse der Brennerflamme, die im wesentlichen
in der gleichen Richtung verläuft wie die Achse des Feuerungsrohrs 1. Das vordere Ende des Feuerungsrohrs 1 ist mit einer Fronttür 4 versehen, die, mit einem
ringförmigen Flansch 5 versehen, zugleich eine Stütze für einen gasbetriebenen oder öl- bzw. kerosinbetriebe
nen Brenner bildet. Am rückwärtigen Ende des Feuerungsrohrs 1 ist ein Einschnürungsglied 6 angeordnet,
vorzugsweise in Form eines Rohrrings, der durch Abplatten einen im wesentlichen ovalen Querschnitt erhal-
s ten hat. Wie leicht einzusehen ist, können in anderen Ausführungsbeispielen auch Einschnürungsglieder 6
vorgesehen sein, die aus einer Mehrzahl von Rohrringen 2 mit einem gegenüber dem Durchmesser des Feuerungsrohres 1, d.h. der Rohrringe 2, verringerten
ίο Durchmesser bestehen. Auf das Einschnürungsglied 6
folgt dann eine Umlenkkammer 7 mit im wesentlichen U-förmigem Querschnitt, die als Mischkammer für den
geschichteten Abgasstrom dient, indem sie dessen Weg um einen Winkel von etwa 90° gegenüber der horizon
talen Achse des Feuerungsrohrs 1 nach oben ablenkt.
Die Umlenkkammer 7 besteht aus U-förmigen Rohren 8, die durch Blechstreifen zusammengehalten werden.
Ihre dem Einschnürungsglied 6 gegenüberliegende geschlossene Stirnfläche ist mit einer Tür 9 für Reinigungs-
zwecke und, falls erforderlich, auch für Inspekticnszwecke versehen.
Die Rohrringe 2 des Feuerungsraums sind über Rohransätze 10 mit einer unterhalb des Feuerungsraums 1
angeordneten Verteilerkammer 11 und außerdem über
Rohransätze 17 mit einer oberhalb des Feuerungsrohrs 1 gelegenen Sammlerkammer 18 verbunden. Die
Sammlerkammer 18 ist mit dem Bodenteil 12a einer vorderen Kreuzstromkammer 12 verbunden, die aus
zwei übereinander angeordneten Teilen besteht; diese
vordere Kreuzstromkammer 12 ist über horizontal angeordnete Verbindungsröhren 13 mit einer hinteren
Kreuzstromkammer 14 verbunden, die ebenfalls aus zwei, nunmehr aber miteinander verbundenen Teilen
besteht Der (die) das Einschnürungsglied 6 bildende(n)
Rohrring(e) ist (sind) ebenfalls mit dem Unterteil 12a der
Kreuzstromkammer 12 verbunden, während die beiden aufwärts verlaufenden Schenkel aller U-förmigen Rohre 8 — mit Ausnahme des letzten — mit den Verbindungsrohren 13 verbunden sind. Die beiden Schenkel
des letzten Rohres 8 sind direkt mit dem Bodenteil 14a der hinteren Kreuzstromkammer 14 verbunden. Die
oberen Teile 14i> und \1b der Kreuzstromkammern 14
und 12 sind untereinander durch mit Flanschen versehene parallele Rohre 15 verbunden, deren Anordnung ei-
nen konvektiven Erhitzer 16 zur Nutzung der im Abgasstrom enthaltenen Restwärme bildet. Nachdem die
Temperatur des gerade von der Sammlerkammer 18 kommenden und durch die in konvektiven Erhitzer 16
vorgesehenen Rohre und Führungen fließenden Wär
meträgers nahe bei dem höchsten im ganzen System zu
messenden Temperaturwert liegt, können die Verbrennungsgase nicht unter den Taupunkt abkühlen (was
leichte und schnelle Korrosion verursachen würde). Bei parallelen Rohren 15 größeren Durchmessers, insbeson
dere bei Hochleistungskesseln, hat es sich als vorteilhaft
herausgestellt, keine Flansche vorzusehen. Das im Kessel bereits erhitzte Wasser verläßt den oberen Teil 126
der vorderen Kreuzstromkammer 12 über einen Stutzen 19 zur weiteren Nutzung, während die Verbren-
nungsgase das beschriebene System nach Passieren des konvektiven Erhitzers 16 durch den Abgasstutzen 20
verlassen.
Die F i g. 4 und 5 zeigen ein anderes bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Kessels gemäß der Erfindung.
Dieses Ausführungsbeispiel ist besonders für die Dampferzeugung gestaltet und ausgelegt Seine wesentliche Struktur ist jedoch durchaus ähnlich derjenigen
des oben bereits anhand der F i g. 1 bis 3 beschriebenen
Ausführungsbeispiels.
Einander in ihrer Funktion entsprechende Teile sind daher auch in Fig. 1 bis 3 einerseits und Fig.4 und 5
andererseits mit gleichen Bezugszeichen versehen, so daß die obigen Erläuterungen zu den einzelnen Teilen
des in F i g. 1 bis 3 skizzierten Kessels in entsprechender Weise auch für die jeweils entsprechenden Teile des in
Fig.4 und 5 skizzierten Ausführungsbeispiels gelten und daher nicht wiederholt zu werden brauchen.
Ein Unterschied liegt darin, daß der Kessel zur Dampferzeugung mit einer Kesseltrommel 21 versehen
ist. Ein zweiter Unterschied ist darin zu sehen, daß die Umlenkkammer 7 des jetzt betrachteten Kessels gemäß
F i g. 4 und 5 so angeordnet ist, daß ihr U-förmiger Querschnitt um 180° gedreht ist, so daß ihr offener Teil
unten liegt. Der Grund hierfür liegt darin, daß bei Dampfkesseln die Abgase wesentlich heißer sind als bei
Kesseln zur Warmwassererzeugung. Daher sollten sie mit einem Wärmeträger niedrigerer Temperatur in Berührung
kommen, um einen besseren Wirkungsgrad zu erzielen und die Wärmeverluste zu minimieren. Die vordere
Kreuzstromkammer 12 ist daher mit der Verteilerkammer 11 verbunden, und die Kreuzstromkammer 14
ist zusammen mit den beiden Verbindungsrohren 13 unten angeordnet. Die Kreuzstromkammern 12 und 14
sind beide einteilige Kammern, jedoch ohne mit dem konvektiven Erhitzer 16 verbunden zu sein, der hinter
ihnen, besser gesagt unter ihnen, angeordnet ist. Der konvektive Erhitzer 16 ist statt dessen, über Rücklaufleitungen
22 und Zulaufleitungen 23, mit der Kesseltrommel 21 verbunden, die ihrerseits mit der Sammlerkammer
18 über eine Zulaufleitung 25 und mit der Verteilerkiammer 11 über eine Rücklaufleitung 24 in Verbindung
steht. Als Bestandteil des hier betrachteten Dampfkessels weist der Konvektionserhitzer 16 Rohre auf, die
bezüglich der (horizontalen) Achse des Feuerungsrohres 1 unter einem Winkel von mindestens 15° geneigt
sind.
Um den Restwärmegehalt der Abgase zu nutzen, ist ein Speisewasservorwärmer ähnlicher Struktur wie der
konvektive Erhitzer 16 unterhalb des letzteren angeordnet. Das Wasser wird von einem (in der Zeichnung nicht
dargestellten) Speisewesserreservoir her mittels einer
Pumpe dem Speisewasservorwärmer zugeführt. Von hier aus wird das vorgewärmte Speisewasser in den
Wasserraum der Boilertrommel 21 durch eine ein perforiertes Ende aufweisende Rohrleitung geführt, die mit
dem unteren Teil der Kesseltrommel 21 verbunden ist
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
55
60
65
Claims (10)
1. Kessel für flüssige oder gasförmige Brennstoffe zur Warmwasser-, Heißwasser- oder Dampferzeugung
mit einem im wesentlichen horizontalen, zylindrischen Verbrennungsraum, der von einem aus einer
Mehrzahl von Rohrringen (2) bestehenden Feuerungsrohr (1) begrenzt und umgeben ist, wobei die
Rohrringe (2), die zur Führung des Wärmeträgers aneinandergereiht angeordnet sind, mittels Abstandsringe
(3) zusammengehalten werden und jeweils sowohl mit einer unterhalb des Verbrennungsraums gelegenen Verteilerkammer (11) als auch mit
einer oberhalb des Verbrennungsraums gelegenen Sammlerkammer (18) verbunden sind, dadurch
gekennzeichnet, daß zumindest einige der Rohrringe (2) längs der Achse des zylindrischen Verbrennungsraums
aufeinanderfolgend unterschiedliche innere Querschnitte haben und/oder mit unterschiedlichen,
ungleichen Teilungsabständen zueinander angeordnet sind.
2. Kessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten inneren Querschnitte der
Rohrringe (2) und/oder die Teilungsabstände sich linear mit den längs der Achse des zylindrischen Verbrennungsraums
gegebenen effektiven Weiten der Wärmestrahlung oder der Wvinneflußdichte ändern.
3. Kessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das genannte, den Verbrennungsraum umgebende Feuerungsrohr (1) ein an seinem
rückwärtigen Ende angeordnetes Einschnürungsglied (6) aufweist, an das sich eine Umlenkkammer
(7) zur Umlenkung «er Ha^ptrichtung des Rauchgasflusses
auf einen Winkel von im wesentlichen 90° bezogen auf die Achse des 2, iindrischen Verbrennungsraumes
anschließt, die einen im wesentlichen U-förrrrigen, durch U-förmige Rohre (8) gegebenen
Querschnitt aufweist, wobei die genannten Rohre (8) jeweils mit horizontal angeordneten, zwischen
Kreuzstromkammern (12, 14) liegenden Verbindungsrohren (13) verbunden sind, und daß der Kessel
außerdem einen aus einer Mehrzahl von parallelen Rohren (15) bestehenden Konvektionserhitzer
(16) in der Bahn des umgelenkten Rauchgasstromes aufweist.
4. Kessel nach Anspruch 3 zur Erzeugung warmen oder heißen Wassers, wobei die in einer Rücklaufleitung
gemessene Temperatur des Wärmeträgers den Wert von 1000C nicht übersteigt, dadurch gekennzeichnet,
daß die Umlenkkammer (7) im wesentlichen U-förmigen Querschnitts in ihrem oberen Bereich
offen ist und daß der Kessel außerdem einen Konvektionserhitzer (16) mit parallelen Rohren (15)
aufweist, die in Serie mit Kreuzstromkammern (12, 14) verbunden sind, die ihrerseits mit der Sammlerkammer
(18) verbunden sind, wobei der Konvektionserhitzer (16) in der Bahn des Rauchgasstroms
zwischen den Kreuzstromkammern (12, 14) angeordnet ist.
5. Kessel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen parallelen Rohre (15) des Konvektionserhitzers
(16) parallel zur Achse des zylindrischen Verbrennungsraums angeordnet sind.
6. Kessel nach Anspruch 3 für heißes Wasser oder zur Dampferzeugung, wobei die in einer Rücklaufleitung
gemessene Temperatur des Wärmeträgers einen Wert von mindestens 1000C aufweist, dadurch
gekennzeichnet, daß er eine unten offene Umlenkkammer (7) mit im wesentlichen U-förmigem Querschnitt
aufweist und daß der Kessel außerdem einen Konvektionserhitzer (16) aufweist, der unterhalb
von mit der Verteilerkammer ,(11) verbundenen Kreuzstromkammern (12, 14) in der Bahn des
Rauchgasstromes angeordnet ist, wobei der Konvektionserhitzer
(16) eine separate, in Serie mit einer Kesseltrommel (21) verbundene Wärmeträgerzirkulation
aufweist
7. Kessel nach Anspruch 6 zur Dampferzeugung, wobei die in einer Rücklaufleitung gemessene Temperatur
des Wärmeträgers einen Wert von mindestens 1200C aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß
er einen auf den Konvektionserhitzer (16) in der Rauchgasstrombahn folgenden zusätzlichen Speisewasservorwärmer
aufweist, der mit dem Wasserrauro der Kesseltrommel (21) verbunden ist
8. Kessel nach einem der Ansprüche 3 bis 7. dadurch gekennzeichnet daß der Konvektionserhitzer
(16) parallele Rohre (15) aufweist, die schräg, im wesentlichen unter einem Winkel von zumindest 15°
zur Achse des zylindrischen Verbrennungsraums angeordnet sind.
9. Kessel nach einem der Ansprüche 6 bis 8. dadurch gekennzeichnet daß die Kesseltrommel (21)
einen über eine Rücklaufleitung (22,24) mit der Verteilerkammer (%t) verbundenen Wasserraum sowie
einen darüberliegenden Dampfraum aufweist der über eine Zulaufleitung (23,25) an die Sammlerkammer
(18) angeschlossen ist
10. Kessel nach einem der Ansprüche 3 bis 9. dadurch
gekennzeichnet, daß ein Einschnürungsglied (6) am hinteren Ende des Verbrennungsraums vorgesehen
ist, das wenigstens aus einem Rohrring mit abgeplattetem ovalem Querschnitt besteht und für
den Rauchgasstrom den. Eingang in die Umlenkkammer (7) bildet.
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