DE3625479A1 - Wasserheizkessel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wasserheizkessel für flüssige und gasförmige Brennstoffe, bestehend aus einer zylindrischen Brennkammer, einem axial zu dieser angeordneten Brenner, einer die Brennkammer umgebenden Wasserkammer, an die eine Vorlaufleitung und eine Rücklaufleitung angeschlossen sind, sowie einer Mehrzahl von Rauchgaszügen, die durch die Wasserkammer hindurchgeführt und an einen Abgasauslaß angeschlossen sind.

Bekannte Wasserheizkessel der genannten Art, die sogenannten Niedertemperatur-Heizkessel, ermöglichen eine Rauchgasauskühlung auf ca. 190°C. Das bei der Verbrennung entstehende Wasser liegt hierbei in Dampfform vor, d.h., daß die Kondensationswärme des Wassers in diesen bekannten Heizkesseln nicht ausge­ nutzt werden können.

Wenn der obere Heizwert ausgenutzt werden soll, so ist es erforderlich, dem Heizkessel ein gesondertes sogenanntes Brennwertgerät nachzuschalten, in welchem die Rauchgase so weit heruntergekühlt werden, daß die dampfförmigen Abgasanteile kondensieren.

Es wird auch bereits versucht, die dampfförmigen Abgasbestandteile im Kesselinneren vollständig zu kondensieren, um den oberen Heizwert der flüssigen bzw. gasförmigen Brennstoffe direkt im Heizkessel ausnutzen zu können. Um dieses Ziel zu erreichen, sind jedoch sehr aufwendige Kesselkonstruktionen erforderlich, bei denen größere Bereiche aus teurem, korrosionsbeständigem Material bestehen müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wasserheizkessel der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß in ihm ohne größeren vorrich­ tungstechnischen Mehraufwand der obere Heizwert der Brennstoffe ausgenutzt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß durch die Wasserkammer mehrere über den Umfang verteilt angeordnete, in axialer Richtung verlaufende Rauchgasrohre geführt sind, daß zwischen den Rauch­ gasrohren und der Brennkammer eine mantelförmige Trennwand vorgesehen ist, die die Wasserkammer in zwei konzentrische Teilkammern unterteilt und einen Wasserübertritt zur Verbindung der beiden Teilkammern aufweist, und daß die Rücklaufleitung in die äußere Teilkammer mündet.

Durch die erfindungsgemäße Konstruktion wird die Wasserkammer in zwei Teilbereiche mit unterschiedli­ chem Temperaturenniveau unterteilt. Die innere Teil­ kammer schließt sich dabei unmittelbar an die Brennkammer an, so daß das in dieser befindliche Heizwasser sehr schnell auf ein relativ hohes Temperaturniveau angehoben wird. Die äußere Teilkam­ mer wird mit kaltem Rücklaufwasser beaufschlagt, so daß die durch die Rauchgasrohre strömenden Abgase, die bereits einen Teil ihrer Wärme an das Heizwasser der inneren Teilkammer abgegeben haben, in den Rauchgasrohren stark heruntergekühlt werden, so daß die dampfförmigen Bestandteile kondensieren und die Kondensatwärme an das die Rauchgasrohre umgebende Wasser abgegeben werden kann. Bei dieser Konstruktion brauchen in dem Kessel lediglich die Rauchgasrohre aus korrosionsbeständigem Material zu bestehen, denn das Kondensat, welches aggressive Stoffe enthält, kann frühestens in den Rauchgasrohren entstehen.

Vorzugsweise besteht die in der Wasserkammer vorge­ sehene Trennwand aus wärmeisolierendem Kunststoff. Durch diese Maßnahme können die Temperaturunter­ schiede zwischen den beiden Teilkammern noch größer gehalten und dadurch der Wirkungsgrad noch weiter verbessert werden. Darüber hinaus läßt sich eine Kunststofftrennwand mit geringerem Aufwand fertigen als eine Trennwand aus Stahl.

Zweckmäßig ist im Inneren der Brennkammer ein sich von der Brennerseite aus bis nahe zum gegenüberlie­ genden Brennkammerende erstreckender zylindrischer Stahlmantel vorgesehen, der den Feuerraum umschließt und einen im Querschnitt ringförmigen Rauchgas­ führungskanal an der Innenwand der Wasserkammer bildet, den die Rauchgase von der dem Brenner abgewandten Seite aus zur Brennerseite hin durchströ­ men. Durch diese Maßnahme werden die Rauchgase sehr eng an der Innenwand der inneren Teilkammer der Wasserkammer entlang geführt, so daß der Wärmeüber­ gang sehr intensiv ist.

Um den Wärmeübergang noch weiter zu verbessern, kann die Innenwand der Wasserkammer als Innenrippenrohr mit in Längsrichtung verlaufenden Rippen ausgebildet sein.

Insbesondere für Ölfeuerungen eignen sich stehende Kessel, bei denen die Mittelachse der zylindrischen Brennkammer vertikal angeordnet und der Brenner in einem oberen Deckel, mit seiner Brennerdüse senkrecht nach unten weisend, befestigt ist. Eine solche Konstruktion ist nicht nur platzsparend, sondern sie kann auch optimal betrieben werden, da die Strömungs­ verhältnisse im Inneren eines stehenden Heizkessels sehr vorteilhaft sind.

Die in der Wasserkammer vorgesehene Trennwand endet zweckmäßig in einem Abstand vor dem oberen Abschluß­ deckel der Wasserkammer, so daß am oberen Rand der Trennwand ein Wasserübertritt aus der inneren Teil­ kammer in die äußere Teilkammer und gleichzeitig ein kurzer Weg für das aus der inneren Teilkammer kommende heiße Wasser zu der Vorlaufleitung geschaf­ fen wird. Unter Umständen reicht die Wasserzirku­ lation in der inneren Teilkammer aus, um einen ausreichenden Wasseraustausch zu erzielen. Um die Wasserumwälzung in der inneren Teilkammer zu erhöhen, können im unteren Bereich der Trennwand Durchtritts­ öffnungen vorgesehen sein, durch die das kalte Wasser aus der äußeren Teilkammer in die innere Teilkammer übertreten kann, um in dieser erwärmt zu werden. Dadurch kann in der inneren Teilkammer eine Was­ serströmung von unten nach oben erzeugt werden.

Die Vorlaufleitung geht zweckmäßig vom oberen Bereich der Wasserkammer aus, so daß erstens von dort das wärmste Wasser entnommen werden kann und zweitens ein sehr kurzer Weg für das aus der inneren Teilkammer kommende heiße Wasser zu der Vorlaufleitung geschaf­ fen wird.

Die Rauchgasrohre können nach unten durch den unteren Boden der Wasserkammer hindurchgeführt und an einen gemeinsamen Abgasstutzen angeschlossen sein.

Da das in den Rauchgasrohren gebildete, in den Abgasstutzen laufende Kondensat in der Regel aggres­ siv ist, kann in dem Abgasstutzen eine Neutrali­ sationseinrichtung vorgesehen sein, so daß das Kondensat nach dem Durchlaufen durch die Neutrali­ sationseinrichtung unmittelbar in das Abwassernetz gegeben werden kann.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen stehenden Heizkessel und

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II aus Fig. 1.

Nach der Zeichnung besteht der Wasserheizkessel im wesentlichen aus einem Brennkammergehäuse 1, einem axial zu diesem angeordneten Brenner 2, einer das Brennkammergehäuse 1 umgebenden Wasserkammer 3, an die eine Vorlaufleitung 4 und eine Rücklaufleitung 5 angeschlossen sind, einer Mehrzahl von Rauchgasrohren 6, die sich durch die Wasserkammer 3 hindurch erstrecken und an einen Abgasstutzen 7 angeschlossen sind, sowie einer äußeren wärmeisolierenden Um­ mantelung 8, die in der Zeichnung nur gestrichelt dargestellt ist.

Das den äußeren Abschluß der Wasserkammer 3 bildende Gehäuse 9 ist im wesentlichen zylindrisch ausgebildet und aufrechtstehend angeordnet, d.h., daß die Mittel­ achse etwa vertikal verläuft. Dieses äußere Gehäuse 9 ist der eigentliche tragende Teil des gesamten Heizkessels. An der Unterseite weist das Gehäuse 9 Füße 10 auf, mit denen der Heizkessel auf einem Fundament ruht. Auf den oberen Rand des zylindrischen Gehäuses 9 ist ein feuerfester Deckel 11 dicht aufgesetzt, der gleichzeitig den Brenner 2 trägt.

Der Brenner 2, der zweckmäßig als Gebläsebrenner ausgebildet ist, ist mittig zu dem Wasserkammergehäu­ se 9 sowie dem konzentrisch in diesem befestigten Brennkammergehäuse 1 angeordnet, wobei die Düse des Brenners 2 genau nach unten gerichtet ist.

Der auf dem Gehäuse 9 aufliegende Deckel 11 ist über eine umlaufende Asbestschnur 12 gegenüber dem Wasser­ kammergehäuse 9 abgedichtet.

Das Brennkammergehäuse 1 ist zumindest in seinem zylindrischen Bereich als Innenrippenrohr 13 ausge­ bildet, dessen Rippen 14 radial zur Gehäusemit­ telachse stehen und parallel zu dieser verlaufen. Das untere Ende des Brennkammergehäuses ist durch einen angeschweißten gewölbten Boden 15 verschlossen. Das obere Ende des Brennkammergehäuses 1 sitzt an einem Zwischenboden 16, der den Ringraum zwischen dem Brennkammergehäuse 1 und dem äußeren Wasserkammerge­ häuse 9 überbrückt. Der Zwischenboden 16 ist an die Innenfläche des äußeren Wasserkammergehäuses 9 ange­ schweißt, so daß das Wasserkammergehäuse 9 das Brennkammergehäuse 1 trägt.

Innerhalb des zu dem Brennkammergehäuse 1 gehörenden Innrenrippenrohrs 13 ist ein sich von der Brennersei­ te aus bis nahe zu dem unteren Boden 15 des Brennkammergehäuses 1 erstreckender zylindrischer Stahlmantel 17 vorgesehen, der einen zylindrischen Feuerraum 18 umschließt. Der Stahlmantel 17 ist mit Hilfe von radial vorspringenden Laschen 19 auf den oberen Rand des Brennkammergehäuses 1 abgestützt und nach oben gegen den Deckel 11 mit Hilfe einer Asbestschnur 20 abgedichtet.

Die Rauchgasrohre 6, die sich in vertikaler Richtung in paralleler Anordnung durch die Wasserkammer 3 erstrecken, sind einerseits an dem oberen Zwischenbo­ den 16 und andererseits an dem unteren Boden 21 des Wasserkammergehäuses befestigt. Dabei ragen die Rauchgasrohre 6 jeweils dicht durch den oberen Zwischenboden 16 bzw. den unteren Gehäuseboden 21 hindurch. Die unten aus dem unteren Gehäuseboden herausragenden Enden sind über Kunststoffrohre 22 mit dem Abgasstutzen 7 verbunden. Der Abgasstutzen 7 ist in dem Bereich, in welchem die Kunststoffrohre 22 in diesem einmünden, mit einer Neutralisationsein­ richtung versehen, die als an sich bekanntes Neutra­ lisationsgefäß 23 ausgebildet ist.

Die Wasserkammer 3 ist in ihrem Inneren in zwei Teilkammern 24 und 25 unterteilt. Zur Unterteilung dient eine zylindrische Trennwand 26 aus Kunststoff, die sich vom Boden 21 der Wasserkammer 3 aus nach oben erstreckt und in einem Abstand unterhalb des Zwischenbodens 16 endet. Die Trennwand liegt dabei zwischen den die Brennkammer umschließenden Innenrip­ penrohr 13 und den Rauchgasrohren 6. Dadurch wird die Wasserkammer 3 in eine innere heiße Teilkammer 24, die sich unmittelbar an die Brennkammer anschließt, sowie eine äußere kalte Trennkammer, durch die die Rauchgasrohre 6 verlaufen, unterteilt.

Beim Betrieb des Heißkessels befindet sich die Flamme des Brenners in dem Feuerraum 18, der durch den Stahlmantel 17 umschlossen wird.

Die entstehenden heißen Rauchgase werden an dem unteren gewölbten Boden 15 des Brennkammergehäuses 1 umgelenkt und strömen von unten nach oben durch den Führungskanal 27, der innen durch den Stahlmantel 17 und außen durch das Innenrippenrohr 13 begrenzt ist. Nach dem Verlassen des Führungskanals 27 gelangen die Rauchgase in den oberen ringförmigen Sammelraum 28, der zwischen dem oberen Zwischenboden 16 und dem Deckel 11 gebildet ist. In dem Sammelraum 28 werden die Rauchgase um 180° umgelenkt und strömen dann von oben nach unten durch die Rauchgasrohre 6 und aus diesen über die Kunststoffrohre 22 in den Ab­ gasstutzen 7.

Während des Betriebs geben die zunächst noch sehr heißen Abgase im Bereich des unteren Bodens 15 sowie des Innenrippenrohrs 13 einen großen Teil ihrer Wärme an das in der inneren heißen Teilkammer 24 befindli­ che Wasser. Wenn die Rauchgase dann nach dem Durchströmen des oberen Sammelraums 28 in die Rauchgasrohre 6 umgelenkt worden sind, sind die Rauchgase bereits sehr stark abgekühlt. In den Rauchgasrohren 6 erfolgt eine weitere starke Abküh­ lung. Das die Rauchgase 6 umgebende Wasser der kalten Teilkammer 25 weist nur eine relativ niedrige Temperatur auf, da die kalte Teilkammer 25 von der heißen Teilkammer 24 durch die wärmeisolierende Trennwand 26 abgeschirmt ist und darüber hinaus durch die Rücklaufleitung 5, die in den unteren Bereich der kalten Teilkammer 25 mündet, mit kaltem Rücklaufwas­ ser beaufschlagt wird. Die Abkühlung der Rauchgase in den Rauchgasrohren 6 ist dabei so stark, daß die dampfförmigen Bestandteile der Rauchgase kondensie­ ren, so daß an das Wasser der kalten Teilkammer 25 nicht nur die fühlbare Wärme der Rauchgase sondern auch die Kondensationswärme der dampfförmigen Bestandteile abgegeben werden kann. Während die kalten Rauchgase über den Abgasstutzen 7 abströmen, läuft das Kondensat in das in dem Abgasstutzen 7 vorgesehene Neutralisationsgefäß 23, in welchem es für die Weiterleitung in die Kanalisation aufbereitet wird.

In der Zeichnung ist lediglich die stehende Version des Heizkessels veranschaulicht. Das erfindungsgemäße Prinzip kann aber auch ohne weiteres bei einem liegenden Kessel angewandt werden, bei dem die Achse der Brennkammer horizontal verläuft.

Claims (10)

1. Wasserheizkessel für flüssige und gasförmige Brennstoffe, bestehend aus einer zylindrischen Brennkammer, einem axial zu dieser angeordneten Brenner, einer die Brennkammer umgebenden Wasser­ kammer, an die eine Vorlaufleitung und eine Rücklaufleitung angeschlossen sind, sowie einer Mehrzahl von Rauchgaszügen, die durch die Wasser­ kammer hindurchgeführt und an einen Abgasauslaß angeschlossen sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß durch die Wasserkammer (3) mehrere über den Umfang verteilt angeordnete, in axialer Richtung des Kessels verlaufende Rauch­ gasrohre (6) geführt sind, daß zwischen den Rauchgasrohren (6) und dem Brennkammergehäuse (1) eine mantelförmige Trennwand (26) vorgesehen ist, die die Wasserkammer (3) in zwei konzentrische Teilkammern (24, 25) unterteilt und einen Wasser­ übertritt zur Verbindung der beiden Teilkammern aufweist, und daß die Rücklaufleitung (5) in die äußere Teilkammer (25) mündet.

2. Wasserheizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Wasserkammer (3) vorgesehene Trennwand (26) aus wärmeisolierendem Kunststoff besteht.

3. Wasserheizkessel nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß im Inneren des Brennkammergehäuses (1) ein sich von der Brennerseite aus bis nahe zum gegenüberlie­ genden Brennkammerende erstreckender zylindri­ scher Stahlmantel (17) vorgesehen ist, der den Feuerraum (18) umschließt und einen im Quer­ schnitt ringförmigen Rauchgasführungskanal (27) an der Innenwand der Wasserkammer (3) bildet, den die Rauchgase von der dem Brenner (2) abgewandten Seite aus zur Brennerseite hin durchströmen.

4. Wasserheizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand der Wasserkammer (3) als Innenrippenrohr (13) mit in Längsrichtung verlau­ fenden Rippen (14) ausgebildet ist.

5. Wasserheizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachse der zylindrischen Brennkammer vertikal angeordnet und der Brenner (2) in einem oberen Deckel (11) befestigt ist.

6. Wasserheizkessel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Wasserkammer (3) vorgesehene Trennwand (26) in einem Abstand vor dem oberen Abschlußdeckel (16) der Wasserkammer (3) endet.

7. Wasserheizkessel nach Anspruch 5 oder 6, da­ durch gekennzeichnet, daß im unteren Bereich der Trennwand (26) Durchtritts­ öffnungen vorgesehen sind.

8. Wasserheizkessel nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlaufleitung (4) vom oberen Bereich der Wasserkammer (3) ausgeht.

9. Wasserheizkessel nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgasrohre (6) nach unten durch den unteren Boden (21) der Wasserkammer (3) hindurch­ geführt und an einen gemeinsamen Abgasstutzen (7) angeschlossen sind.

10. Wasserheizkessel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ab­ gasstutzen (7) ein Kondensatauffanggefäß mit einer Neutralisationseinrichtung (23) vorgesehen ist.