DE3701439C3 - Verfahren zum Betreiben eines Heizkessels und nach diesem Verfahren betriebener Heizkessel - Google Patents
Verfahren zum Betreiben eines Heizkessels und nach diesem Verfahren betriebener HeizkesselInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Heizkessels
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und einen Heizkessel
zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 6.
Aus der DE-PS 32 05 121 ist ein Heizkessel bekannt, bei welchem
der Feuerraum die Flamme zylindrisch mit einer gekühlten Wand
umschließt. Das zu erhitzende Wasser wird durch den Wasserraum
dieser Wand geleitet, so daß die Verbrennungswärme in der Hauptsache
über die Wand des Feuerraumes abgeführt wird. Die Feuerraumwand
ist dabei zweischalig mit einer inneren Wandlage und
einer äußeren den Wasserraum aufnehmenden gekühlten Wandlage
ausgebildet. Wärmeleitende Kontaktstellen zwischen der inneren
und der äußeren Wandlage bewirken eine gedrosselte Wärmeabfuhr
von der inneren Wandlage zu der gekühlten äußeren Wandlage.
Aufgrund dieser Drosselung erhitzt sich die innere Wandlage
insbesondere beim Brennerstart schnell, um Kondensatbildung an
der Feuerraumwand zu vermeiden. Im Dauerbetrieb des Brenners ist
diese Drosselung jedoch nachteilig, da sie die effektive Wärmeübertragung
an den Wasserraum der äußeren Wandlage beeinträchtigt.
Dem wird in gewissem Maße dadurch entgegengewirkt, daß sich
die innere Wandlage bei der Erwärmung ausdehnt, so daß sich die
Fläche der wärmeleitenden Kontaktstellen vergrößert. Die einander
entgegenstehenden Funktionen der Kontaktstellen, nämlich einen
schlechten Wärmeübergang beim Aufheizen und einen guten Wärmeübergang
im Dauerbetrieb zu bewirken, machen die konstruktive
Abstimmung schwierig und genau. Eine Änderung der Brennerleistung
ist bei diesem bekannten Heizkessel nicht möglich. Die
Kühlung der Feuerraumwand im Dauerbetrieb ist auf eine bestimmte
Brennerleistung abgestimmt. Wird die Brennerleistung abgesenkt,
so wird die Feuerraumwand zu stark gekühlt, was zu unerwünschten
Kondensatbildungen an der Feuerraumwand führen kann.
Die DE-OS 35 37 704 zeigt einen Heizkessel mit zwei getrennten
übereinander angeordneten Feuerräumen und mit zwei getrennten,
Wärmetauscher aufweisenden Rauchgassammelräumen. Das zu erwärmende
Wasser durchströmt einen beide Feuerräume gemeinsam umschließenden
Wassermantel. Die Verbrennungswärme wird bei diesem
Heizkessel in der Hauptsache direkt über die Feuerraumwand in
diesen Wassermantel abgeführt. Die in dem Rauchgassammelraum
angeordenten Wärmetauscher dienen nur als Nachheizflächen, die
die Temperatur der bereits abgekühlten Abgase weiter reduzieren.
Die Feuerraumwand wird wegen der direkten Kühlung durch den
Wassermantel während der Aufheizphase beim Brennerstart stark
unterkühlt. Die Aufheizphase ist besonders lang, da der gesamte
Wassermantel aufgeheizt werden muß. Die Unterkühlung während
dieser langen Aufheizphase führt zu einer unvollständigen Verbrennung
mit einer hohen Schadstoffemission und mit Kondensatbildung
an der Feuerraumwand. Der Heizkessel kann nur mit einem
Brenner vorgegebener konstanter Leistung betrieben werden, auf
welch die Kühlung durch den Wassermantel abgestimmt ist. Eine
Absenkung der Brennerleistung führt zu einer ständigen Unterkühlung
der Feuerraumwand mit Kondensatbildung und unvollständiger
Verbrennung.
Die BE 6 22 114 beschreibt einen Durchlauferhitzer, bei welchem
das zu erwärmende Wasser durch eine Rohrschlange geleitet wird,
die außen an der Wandung des Feuerraumes angebracht ist. Die
Wandung des Feuerraumes dient dabei als Wärmetauscherfläche,
durch welche den Verbrennungsgasen die Wärme entzogen wird. Auch
hierbei führt die direkte Kühlung der Feuerraumwand zu einer
starken Unterkühlung beim Brennerstart mit hoher Schadstoffemission
und Kondensatbildung. Eine Verringerung der Brennerleistung
im Dauerbetrieb ist ebenfalls nicht ohne Unterkühlung der Feuerraumwand
möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Heizkessel für
die Verbrennung von Öl und Gas mit Gebläsebrennern zu schaffen
und in der Weise zu betreiben, daß bei einer möglichst rückstandslosen
Verbrennung der Brennstoffe, d. h. bei einer Verminderung
der Schadstoffe CO und Ruß auch eine starke Reduzierung der
NOx-Werte in den Abgasen möglich ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten
Art erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des kennzeichnenden
Teils des Patentanspruchs 1 und bei einem Heizkessel der
eingangs genannten Art durch die Merkmale des kennzeichnenden
Teils des Patentanspruchs 6.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Heizkessel sind der Feuerraum, der die
Flamme des Brenners aufnimmt und in dem die Verbrennung stattfindet,
und die Wärmetauscherflächen, durch welche die Verbrennungswärme
abgeführt wird, vollständig voneinander getrennt. Das
Heizwasser wird praktisch nur in den Wärmetauschern des Rauchgassammelraumes
erhitzt, so daß der Wärmeentzug der Rauchgase keinen
Einfluß auf den Feuerraum und damit auf die Betriebsbedingungen
der Brennflamme hat. Der Feuerraum hat ein besonders kleines
Volumen, das im wesentlichen gerade die Flamme des Brenners
umschließt. Dies hat eine äußerst kurze Verweilzeit der Verbrennungsgase
in dem Feuerraum zur Folge, so daß die Entstehung von
NOx deutlich verringert wird. Da die Wand des Feuerraums nicht als
Wärmetauscher dient, nimmt sie eine hohe Temperatur an, so daß
keine die vollständige Verbrenung beeinträchtigende Unterkühlung
der Flamme auftreten kann. Insbesondere beim Brennerstart heizt
sich der Feuerraum und die Feuerraumwand sehr schnell auf die
Betriebstemperatur auf, bei welcher eine vollständige Verbrennung
bei optimalen Betriebsbedingungen stattfindet. Die mit den Verbrennungsgasen
in Berührung kommende innere Wandlage der Feuerraumwand
wird durch die äußere Wandlage nur so sanft gekühlt, daß
ihre Temperatur unter einer Temperatur von etwa 700°C bleibt,
oberhalb derer verstärkt die Bildung von NOx auftritt.
Da bei dem Heizkessel auch im Dauerbetrieb die Feuerraumwand
nicht zu dem Zweck gekühlt wird, den Rauchgasen eine möglichst
große Wärmemenge zur Wassererhitzung zu entziehen, kann die
Brennerleistung auch im Dauerbetrieb abgesenkt werden, ohne daß
eine Unterkühlung der Feuerraumwand mit der Folge der Kondensatbildung
und der unvollständigen Verbrennung auftritt. Der Heizkessel
läßt daher eine Änderung der Brennerleistung bis zu einem
Verhältnis von 1 : 10 zu, ohne daß die Temperatur an der Feuerraumwand
unter ca. 180°C absinkt, so daß Kondensatbildung auftritt,
oder über ca. 600°C ansteigt, so daß NOx-Bildung in schädlichem
Umfange auftritt. Es ist damit eine Anpassung der Brennerleistung
an den jeweils aktuellen Wärmebedarf möglich. Der Heizkessel
kann bei geringerer Wärmeanforderung, z. B. in der
Übergangszeit, mit kleinerer Brennerleistung betrieben
werden. Dadurch wird die Zahl der Brennerstarts ge
genüber herkömmlichen Heizkesseln stark reduziert,
die nur mit der für den maximalen Wärmebedarf ausge
legten konstanten Brennerleistung betrieben werden
können. Da die Aufheizphase beim Brennerstart insbe
sondere mit einer unvollständigen Verbrennung ver
bunden ist, wirkt sich die Reduzierung der
Anzahl der Brennerstarts vorteilhaft auf den Wirkungsgrad des
Heizkessels und auf die Schadstoffemission aus.
Die sanfte Kühlung der inneren Wandlage durch die äußere Wandlage
wird vorzugsweise dadurch bewirkt, daß die beiden Wandlagen nur
bereichsweise in wärmeleitender Berührung miteinander stehen und
daß die äußere Wandlage nur durch im Abstand voneinander angeordnete
flüssigkeitsdurchströmte Rohrschlangen mit geringer Wärmekapazität
gekühlt ist. Die dünnwandige Ausbildung der inneren
Wandlage, der geringe Wärmeübergang zwischen der inneren und der
äußeren Wandlage und die geringe Wärmekapazität der äußeren
Wandlage und der als kühlenden Rohrschlangen bewirken eine minimale
Trägheit der Feuerraumwand, so daß diese beim Zünden des
Brennens innerhalb von Sekunden auf die gewünschte Temperatur
zwischen etwa 300 und 500°C gebracht wird.
Der Feuerraum ist seitlich über eine gesamte Länge und
Breite offen und geht in den Rauchgassammelraum über, der
von den Wärmetauschern durchsetzt ist und in welchem die
Verbrennungswärme abgeführt wird. Die Wärmetauscherflächen
kommen nur mit den beiden Rauchgasen in Berührung, wenn
diese den Feuerraum bereits verlassen haben, so daß die
Wärmetauscher keine Abkühlung der Flamme verursachen können.
Die Wärmetauscher, die vorzugsweise als Rohrregister
den Rauchgassammelraum durchsetzen, können mit relativ geringer
Wärmekapazität ausgebildet sein, so daß der Heizkessel
mit geringer Trägheit und mit geringen Energieverlusten
reagiert.
Der Feuerraum umschließt die Flamme des Brenners an drei
Längsseiten und an der dem Brenner gegenüberliegenden
Stirnseite, während er an der vierten Längsseite gegen den
Rauchgassammelraum offen ist. Die Umschließung der Flamme
durch den Feuerraum bewirkt eine Rezirkulation der heißen
Verbrennungsgase gegen die Flammenrichtung nach Art der Um
kehrflamme bei Heizkesseln mit heißer Brennkammer. Die
seitliche Öffnung des Feuerraums zum Rauchgassammelraum hin
bewirkt jedoch zusätzlich eine Zirkulation der Rauchgase um
eine zur Flamme parallele Achse, so daß sich in dem Feuer
raum beiderseits der Flamme zwei gegen die Flammenrichtung
schraubenförmig zirkulierend strömende Walzen der Verbren
nungsgase bilden. Durch diese Zirkulation werden die Ver
brennungsgase an der vorzugsweise tonnenförmig gewölbten
Längswand des Feuerraums entlanggeführt und dabei sanft ab
gekühlt, so daß ihre Temperatur nicht über die Temperatur
ansteigt, bei welcher die NOx-Bildung verstärkt einsetzt.
Durch die walzenförmige Zirkulation werden die an der
Feuerraumwand gekühlten Gase wieder teilweise in den Kern
der Flamme zurückgeführt, so daß eine vollständige Verbren
nung gewährleistet ist. Ein Teil der zirkulierenden Gase
strömt kontinuierlich zu den Wärmetauschern in dem Rauch
gassammelraum.
Der Rauchgassammelraum ist vorzugsweise unterhalb des
Feuerraums angeordnet, was einerseits die Strömung der an
dem Wärmetauscher zunehmend abgekühlten Rauchgase begün
stigt und was insbesondere für die Kondensatabführung vor
teilhaft ist, wenn der Heizkessel als sogenannter Brenn
wertkessel ausgebildet ist, bei welchem die Abgase an der
Austrittseite des Wärmetauschers bis unter den Taupunkt ab
gekühlt werden, so daß der in den Abgasen enthaltene Was
serdampf mit den verbleibenden Schadstoffen (insbesondere
Schwefeloxide, Asche, Heizölrückstände) kondensiert und ab
geschieden wird.
Bei Heizkesselleistungen bis ca. 40 kW kann der Feuerraum
ein Volumen von vorzugsweise ca. 6 bis 12 dm³ haben. Das
Verhältnis Länge zu Breite liegt dabei vorzugsweise zwi
schen 1,5 und 1,0, während das Verhältnis von Länge zu Höhe
des Feuerraums vorzugsweise im Bereich zwischen 2,0 und 1,0
liegt. Bei diesen Abmessungen ergibt sich eine besonders
günstige Ausbildung der zirkulierenden Rauchgaswalzen und
ein günstiges Verhältnis von walzenförmig in die Flamme
rückzirkulierenden Verbrennungsgasen zu in den Rauchgassam
melraum austretenden Verbrennungsgasen.
Die innere Wandlage der Wand des Feuerraums ist dünnwandig
und besteht aus einem korrosionsfesten Material, vorzugs
weise aus einem Stahlblech mit einer Stärke von 0,5 bis 2,5
mm oder aus einem dünnwandigen keramischen Material. Die
äußere Wandlage ist vorzugsweise lose auf der inneren Wand
lage angeordnet und mit einer Vorspannung unter gleichmäßi
gem Anpreßdruck an der inneren Wandlage gehalten. Die äuße
re Wandlage besteht vorzugsweise aus einem Kupfer- oder
Aluminiumblech mit einer Wandstärke von etwa 0,5 bis 1,5
mm, auf welchem die Rohrschlangen aufgelötet oder ge
schweißt sind oder als eingeprägte Wasserkanäle ausgebildet
sind. Die lösbar über die innere Wandlage gespannte äußere
Wandlage hat den Vorteil, daß die äußere Wandlage ausge
tauscht werden kann, um ihre Kühlleistung dem Brenner anzu
passen. Außerdem kann die Kühlleistung gesteuert werden,
indem der Anpreßdruck der äußeren Wandlage gegen die innere
Wandlage, zum Beispiel durch hydraulische Regulierung der
Vorspannung, variiert wird. Mit zunehmendem Anpreßdruck
nimmt die Berührungsfläche zwischen innerer und äußerer
Wandlage und damit der Wärmeübergang zu. Das gut wärmelei
tende Material der äußeren Wandlage bewirkt eine gleichmä
ßige Kühlung der gesamten Wand des Feuerraums trotz der ge
ringen Anzahl der in gegenseitigen Abstand angeordneten
Rohrschlangen.
Selbstverständlich kann die Wärmeleistung der äußeren Wand
lage auch dadurch gesteuert werden, daß der Flüssigkeits
durchsatz durch die Rohrschlangen beeinflußt wird.
Die Kühlung der äußeren Wandlage erfolgt vorzugsweise durch
Wasser, welches bereits in den Wärmetauschern vorgewärmt
ist. Dies zeigt ebenfalls, daß die äußere Wandlage nicht
zur Wassererwärmung vorgesehen ist, sondern nur einer sanf
ten Kühlung der Wand des Feuerraums dient, um die Wandtem
peratur nicht zu stark ansteigen zu lassen.
Die Wand des Rauchgassammelraums kann mit der inneren Wand
lage des Feuerraumes einstückig aus einem Blechzuschnitt
hergestellt werden. Da der Feuerraum von dem Wärmetauscher
und dem Rauchgassammelraum funktionsmäßig völlig getrennt
ist, ist es auch möglich, den Wärmetauscher und den Rauch
gassammelraum als selbständige Bauteile auszubilden, die
gas- und wasserdicht lösbar mit dem Feuerraum verbunden
werden. Dadurch kann in besonders einfacher Weise ein den
jeweiligen Anforderungen angepaßter Wärmetau
scher in Verbindung mit einem Feuerraum verwendet
werden, der für ein breites Spektrum von Anwendungs
fällen einheitlich serienmäßig hergestellt werden kann.
Außerdem ist es möglich, den Feuerraum ohne sonstige
Änderung des Heizkessels auszutauschen, wenn dies zur
Anpassung an eine zukünftige Verbesserung der Bren
nerkonstruktion zweckmäßig ist. Schließlich hat dies
den Vorteil, daß der Feuerraum auch in Verbindung
mit Wärmetauschern und Rauchgassammelräumen anderer Her
steller verwendet werden kann.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeich
nung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 schematisch einen Längsschnitt des Heizkessels mit
Darstellung der Zirkulationsströmung der Verbren
nungsgase,
Fig. 2 schematisch einen Querschnitt des Heizkessels mit
Darstellung der Zirkulationsströmung der Verbren
nungsgase,
Fig. 3 schematisch einen Querschnitt des Heizkessels mit
äußerer Wandlage,
Fig. 4 und 5 unterschiedliche Ausführungen der Rohrschlangen
der äußeren Wandschale und
Fig. 6 einen Fig. 3 entsprechenden Querschnitt in einer
abgewandelten Ausführung.
Der Heizkessel besteht aus einem tonnenförmig gewölbten
Feuerraum 1, der an seinen beiden axialen Stirnseiten ge
schlossen ist. Mittig in einer Stirnwand ist eine Öffnung 9
vorgesehen, in welche ein Preßluft-Öl- oder Gasgebläsebren
ner eingesetzt werden kann. Die Flamme 10 des Brenners
brennt dabei horizontal in axialer Richtung in den Feuer
raum 1, wie in Fig. 1 dargestellt ist.
An der Unterseite ist der Feuerraum 1 über seine gesamte
axiale Länge offen und geht in einen Rauchgassammelraum 11
über, der die gleiche Länge und Breite wie der Feuerraum 1
aufweist. Die offene Durchtrittsfläche zwischen dem Feuer
raum 1 und dem Rauchgassammelraum 11 beträgt etwa ein Drit
tel bis ein Viertel der gesamten Mantelumfangsfläche des
Feuerraums 1. Der Rauchgassammelraum 11 wird von einem Wär
metauscher 12 durchsetzt, der die Form eines Rohrregisters
aufweist. Unterhalb des Wärmetauschers 12 ist ein Abzug
stutzen 13 vorgesehen, über den der Rauchgassammelraum an
einem Kamin angeschlossen werden kann.
Die Länge des Feuerraums 1 beträgt etwa das 1,5 bis 1,0fa
che seiner Breite und etwa das 2,0 bis 1,0fache seiner Hö
he. Das gesamte Volumen des Feuerraums 1 beträgt ca. 6 bis
12 dm3.
Der Feuerraum 1 und der Rauchgassammelraum 11 werden im
Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 3 gasdicht von einer
gemeinsamen inneren Wandlage 4 umschlossen, die aus einem
0,5 bis 2,5 mm starken Stahlblech besteht. Im Bereich des
Feuerraums 1 ist außen auf der inneren Wandlage 4 eine äu
ßere Wandlage 5 angeordnet, die sich in loser Berührung an
die Stirnflächen und die Umfangsmantelflächen der inneren
Wandlage 4 anlegt. Die äußere Wandlage 5 ist mittels Schrau
ben oder Zapfen 14 im Bereich des unteren Randes des Feuer
raums 1 an der inneren Wandlage 4 festgelegt. Die äußere
Wandlage 5 besteht aus einem Kupfer- oder Aluminium-Blech
einer Stärke von 0,5 bis 1,5 mm. Sie ist von den Befesti
gungspunkten durch die Schrauben oder Zapfen 14 ausgehend
in zwei Teilen nach oben über den Feuerraum 1 geführt und
wird z.B. oben auf dem Scheitel des Feuerraums 1 durch Bol
zen 15 zusammengehalten. Auf den Bolzen 15 sitzende Federn
8 spannen die äußere Wandlage 5 über die innere Wandlage 4
und bewirken einen Anpreßdruck der äußeren Wandlage 5 gegen
die innere Wandlage 4, der zu einer bereichsweisen wärme
leitenden Berührung zwischen den beiden Wandlagen führt.
Eine Verstärkung des Drucks der Federn 8 bewirkt eine groß
flächigere Berührung und damit einen besseren Wärmeübergang
zwischen den Wandlagen 4 und 5, während ein schwächerer
Druck der Federn 8 zu einer geringeren Berührung und einem
schlechteren Wärmeübergang führt. Anstelle von Federn 8
können auch vorzugsweise hydraulisch steuerbare Spannmittel
vorgesehen sein, die die äußere Wandlage 5 mit ein
stellbarem Anpreßdruck und damit mit einstellbarem Wärme
übergang über die innere Wandlage 4 spannen.
Auf der äußeren Wandlage 5 sind mäanderförmige Rohrschlan
gen 7 angeordnet, die in gleichmäßiger Verteilung mit ge
genseitigem Abstand auf den Stirn- und Mantelflächen der
äußeren Wandlage 5 verlaufen. Der gegenseitige Abstand der
einzelnen Windungen der Rohrschlangen 7 wird nach der er
forderlichen Kühlleistung bemessen. Die Rohrschlangen 7
können auf die äußere Wandlage 5 aufgelötet oder aufge
schweißt sein, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist und run
den oder ovalen Querschnitt aufweisen, wie dies in Fig. 4
durch die Querschnitte der Rohrschlangen 7 bzw. 7′ dargestellt ist. Die äuße
re Wandlage kann auch ein zweischaliges Blech mit einge
prägten Kanälen als Rohrschlangen 7′′ sein, wie dies in Fig.
5 angedeutet ist.
Durch die Rohrschlangen 7 wird ein Kühlmittel geleitet, wo
zu vorzugsweise ein Bruchteil des in dem Wärmetauscher 12
vorgewärmten Wassers verwendet wird, das über ein Regelven
til 6 in steuerbarer Durchflußmenge abgezweigt wird.
In Fig. 5 ist eine abgewandelte Ausführungsform des Heiz
kessels dargestellt. In dieser Ausführungsform ist der Feu
erraum 1 mit seiner inneren Wandlage 4 ein gesondertes Bau
teil, das mittels Schrauben 14, die auch zur Befesti
gung der äußeren Wandlage 5 dienen, lösbar mit dem Wärme
tauscher 12 verbunden ist. Der Wärmetauscher 12 ist wieder
um durch Schrauben 14 lösbar mit dem anschließenden
Rauchgassammelraum 11 verbunden. Die Verbindung zwischen
dem Feuerraum 1 und dem Wärmetauscher 12 sowie dem Wärme
tauscher 12 und dem Rauchgassammelraum 11 ist gasdicht und
flüssigkeitsdicht. Zur Verwendung als Brennwertkessel, bei
welchem die Rauchgase unter den Taupunkt abgekühlt werden
und kondensieren, ist ein Kondensatablaß 17 im Boden des
Rauchgassammelraumes 11 vorgesehen.
Wie aus den Fig. 1 und 2 zu erkennen ist, strömen die
heißen Verbrennungsgase der Flamme 10 in einer axialen Re
zirkulationsströmung 2 gegen die Richtung der Flamme 10 zu
rück. Diese Rezirkulation kann noch durch eine in Fig. 1
angedeutete Auswölbung 16 der dem Brenner gegenüberliegen
den Stirnwand des Feuerraumes 1 begünstigt werden. Aufgrund
der asymmetrischen Öffnung des Feuerraumes 1 gegen den
Rauchgassammelraum 11 hin erhalten die axial zurückströmen
den Verbrennungsgase zusätzlich eine Bewegungskomponente in
radialer Richtung, die vor allem die von der Flamme nach
oben strömenden Verbrennungsgase entlang der gekühlten Feu
erraumwand nach unten führen. Ein Teil der auf diese Weise
mit der radialen Zirkulationsströmung 3 nach unten geführ
ten Rauchgase strömt durch den Wärmetauscher 12 in den
Rauchgassammelraum 11, während der andere Teil durch die
walzenförmige Zirkulation 3 wieder in die Flamme 10 zu
rückgeführt wird.
Durch die axiale Rezirkulation 2 mit der walzenförmigen Zirkulation 3
beiderseits der Flamme entlang der gekühlten inneren
Wandlage 4 ergibt sich einerseits eine ausreichende Rück
führung der Verbrennungsgase in die Flamme 10, um eine
vollständige Verbrennung zu gewährleisten, und andererseits
eine gewisse Kühlung der in die Flamme zurückgeführten Ver
brennungsgase, die eine zu hohe Flammentemperatur verhin
dert und damit der NOx-Bildung entgegenwirkt. Der ständig
nach unten in den Rauchgassammelraum strömende Anteil der
heißen Verbrennungsgase bewirkt in Verbindung mit dem klei
nen Volumen des Feuerraums 1 eine kurze Verweilzeit der
Verbrennungsgase im Feuerraum, was ebenfalls der Entstehung
von NOx in den Abgasen entgegenwirkt.
Claims (22)
1. Verfahren zum Betreiben eines Heizkessels mit einem Feuer
raum, dessen Wand gekühlt wird, mit wenigstens einem Geblä
sebrenner, dessen Flamme in den Feuerraum gerichtet und von
diesem umschlossen ist, und mit wenigstens einem Wärmetau
scher, der im Strömungsweg der nach unten aus dem Feuerraum
austretenden Rauchgase angeordnet ist, dadurch gekennzeich
net, daß den Rauchgasen die Wärme im wesentlichen nur durch
den Wärmetauscher entzogen wird und daß die Wand des Feuer
raumes nur so stark gekühlt wird, daß die Temperatur an der
Innenseite der Wand ca. 600°C nicht überschreitet und ca.
180°C nicht unterschreitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Wand des Feuerraumes auf eine
Temperatur zwischen 300°C und 500°C gekühlt
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Kühlung der Wand des Feu
erraumes steuerbar ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Wand des Feuerraumes flüssig
keitsgekühlt, vorzugsweise wassergekühlt, ist und
die Temperatur durch Steuerung der Durchfluß
menge der Kühlflüssigkeit gesteuert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Wand des Feuerraumes flüssigkeitsgekühlt, vorzugsweise wassergekühlt,
ist und die Temperatur durch Steuerung des Wärmeübergangs
durch die Wand des Feuerraumes gesteuert wird.
6. Heizkessel für wenigstens einen Gas- oder Ölgebläsebrenner
mit einem die Flamme des Geblä
sebrenners umschließenden Feuerraum, dessen
Wand gekühlt ist und der an einer zur Achse der
Flamme im wesentlichen parallelen Seite über seine gesamte
Länge und Breite offen ist und in einen Rauchgassammelraum
übergeht, mit wenigstens einem in dem Rauchgassammelraum
angeordenten Wärmetauscher und mit einem an dem Rauchgassammelraum
anschließenden Abzugsstutzen, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wand des Feuerraumes (1) aus zwei sich nur bereichsweise
berührenden Wandlagen besteht, von denen die dünnwandige
innere Wandlage (4) korrosionsbeständig und die äußere
Wandlage (5) flüssigkeitsgekühlt ist, und daß außen auf der
Wand des Feuerraumes (1) zur Kühlung flüssigkeitsdurchströmte
Rohrschlangen (7) im Abstand voneinander angeordnet sind,
durch welche die Wand des Feuerraumes (1) nur so stark gekühlt
wird, daß die Temperatur an ihrer Innenseite nicht über
etwa 600°C ansteigt und nicht unter etwa 180°C absinkt, und
daß das zu erhitzende Wasser im wesentlichen nur durch
den/die Wärmetauscher (12) strömt.
7. Heizkessel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
innere Wandlage (4) den Feuerraum (1) und den Rauchgassammelraum
(11) gemeinsam gasdicht umschließt.
8. Heizkessel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
Feuerraum (1) mit den Wärmetauschern (12) und dem Rauchgassammelraum
(11) gasdicht und flüssigkeitsdicht lösbar verbunden
ist.
9. Heizkessel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Wärmetauscher (12) und der Rauchgassammelraum (11) gasdicht
und flüssigkeitsdicht lösbar miteinander verbunden sind.
10. Heizkessel nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die innere Wandlage (4) aus Stahlblech besteht.
11. Heizkessel nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die äußere Wandlage (5) aus einem lose unter
Anpreßdruck an der inneren Wandlage (4) anliegenden wärmeleitenden
Blech besteht.
12. Heizkessel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die
äußere Wandlage (5) lösbar an der inneren Wandlage (4) angebracht
ist.
13. Heizkessel nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die äußere Wandlage (5) mit verstellbarem Anpreßdruck an
der inneren Wandlage (4) anliegt.
14. Heizkessel nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
daß der Feuerraum (1) tonnenförmig gewölbt ist
und die Flamme (10) des Gebläsebrenners im wesentlichen in
seiner Mittelachse brennt.
15. Heizkessel nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
daß die dem Gebläsebrenner gegenüberliegende Stirnwand
des Feuerraumes (1) eine Auswölbung (16) aufweist.
16. Heizkessel nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet,
daß die Durchtrittsfläche zwischen dem Feuerraum
(1) und dem Rauchgassammelraum (11) etwa ein Viertel bis ein
Drittel der Umfangsmantelfläche des Feuerraumes (1) einnimmt.
17. Heizkessel nach einem der Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet,
daß der Rauchgassammelraum (11) unter dem Feuerraum
(1) angeordnet ist.
18. Heizkessel nach einem der Ansprüche 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet,
daß die Länge des Feuerraumes (1) etwa das 1,5- bis
1,0fache seiner Breite beträgt.
19. Heizkessel nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die
Länge des Feuerraumes (1) etwa das 2,0- bis 1,0fache seiner
Höhe beträgt.
20. Heizkessel nach einem der Ansprüche 6 bis 19, dadurch gekennzeichnet,
daß das Volumen des Feuerraumes (1) ca. 6 bis 12 dm3
beträgt.
21. Heizkessel nach einem der Ansprüche 6 bis 20, dadurch gekennzeichnet,
daß die äußere Wandlage (5) durch in dem Wärmetauscher
(12) vorgewärmtes Wasser gekühlt wird.
22. Heizkessel nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die
Durchflußmenge des der äußeren
Wandlage (5) zur Kühlung zugeführten Wassers
mittels eines Regelventils (6) einstellbar
ist.
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