DE3731916C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kessel zur Erzeugung von Dampf, Heiß- oder Warmwasser mit einer Feuerung, bei dem die Rauchgase nach Verlassen der Brennkammer durch wenig­ stens einen im Wasserraum angeordneten, als Ringspalttau­ scher ausgebildeten Wärmetauscher im Gegenstrom zum natür­ lichen Wasserkreislauf geführt werden, wobei der Ringspalt zwischen Innnen- und Außenrohr mit senkrecht zur Rohrwan­ dung stehenden Rippen versehen ist.

Aus der FR-PS 14 09 949 ist ein Kessel dieser Art bekannt­ geworden. Es handelt sich um einen Flammrohr-Rauchrohr- Kessel, dessen im wesentlichen horizontal verlaufende Rauchrohre als Doppelrohre ausgebildet sind, in deren Ring­ spalt Wärmeübertragungsrippen eingesetzt sind. Das Wasser strömt durch versetzte Öffnungen und ggf. durch eine Nei­ gung gegenüber der Horizontalen meist im Mitstrom, jedoch teilweise auch in einem schwachen Gegenstrom (Fig. 5). Die Rauchgase durchströmen den Ringspalt im wesentlichen in axialer Richtung.

Auch die AT-PS 3 60 203 zeigt einen zylindrischen Wärmetau­ scher, bei dem jedoch der Ringspalt von Wasser durchflossen ist, während der Kern und ein Außenmantel vom Rauchgas durchströmt ist. Im Rauchgasstrom sind keine Rippen vorge­ sehen.

Das DE-GBM 17 79 992 zeigt einen Kessel, bei dem vertikal verlaufende Rauchrohre in ähnlicher Art ausgebildet sind. In einem äußeren Ringspalt, der beidseitig von Kesselwasser umströmt ist, sind Heizlamellen vorgesehen, deren Rippen­ flächen sich weitgehend vertikal erstrecken.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kessel der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der schnell aufheizbar ist und schnell auf Lastwechsel reagiert und bei gegebener Leistung und guter Dampfqualität eine geringe Baugröße und geringen Platzbedarf hat.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Rippen einen Rauchgas-Strömungsweg mehrfach wechselnder Richtung abgrenzen. Auf diese Weise wird rauchgasseitig durch die ständigen Richtungsänderungen eine sehr gute Wär­ meübertragung erreicht, während wasserseitig die Übertra­ gung ohnehin kein Problem ist.

Es ist damit möglich, eine Kombination zwischen Großwasser­ raumkessel und Schnellverdampfer mit Naturumlauf zu schaf­ fen. Die Erfindung vermeidet die Nachteile der beiden bis­ her bekannten Systeme bzw. reduziert sie und erhält aber die jeweiligen Vorteile weitgehend.

Während bei Großwasserraumkesseln Baugröße und Platzbedarf erheblich sind, lange Aufheizzeiten und Trägheit bei schnellen Lastwechseln sowie hohe Wärmeverluste bei langen Stillstandszeiten in Kauf genommen werden müssen, sind die Nachteile von Schnelldampferzeugern deren hohe Dampffeuchte und ihr schwankender Druck. Ferner ist ein festes Verhält­ nis zwischen Wasser- und Brennstoffdurchsatz notwendig. Ihr Leistungsbereich ist kaum variierbar, und es werden hohe Ansprüche an die Wasserqualität gestellt. Die Absicherung gegen Wassermangel ist problematisch. Derartige Großwasser­ raumkessel und Schnelldampferzeuger werden derzeit im Lei­ stungsbereich zwischen 0,3 MW und 4,5 MW eingesetzt, und zwar Großwasserraumkessel für die Erzeugung von Dampf und Heißwasser, während die Schnellverdampfer als Zwangs-Durch­ lauferhitzer nur für Dampf verwendet werden.

Durch die Erfindung werden dagegen folgende Vorteile er­ reicht:

• - schnell aufheizbar und schnell reagierend bei Lastwech­ seln,
• - Trennung der Regelung von Brennstoffdurchsatz und Speise­ wasser,
• - Anpassung des Leistungsbereiches durch die Brennerrege­ lung entsprechend der Lastabnahme,
• -unempfindlicher gegen die Zusammensetzung des Speise­ wassers, da Naturumlauf,
• - Absicherung gegen Wassermangel problemlos möglich,
• - anpaßbarer Dampfraum an die Bedürfnisse des Betreibers, dadurch geringe Dampffeuchte auch bei stoßweisem Dampfbe­ darf,
• -Kesseltyp ist auch als Warm- und Heißwasserkessel ein­ setzbar,
• - einfache Lösung der Nutzung der Abgas-Restwärme zur Spei­ sewasservorwärmung oder zur Rücklaufwasser-Anhebung,
• -je nach Verwendungsfall kann der Kessel bei entsprechen­ dem Wasserinhalt und Druck auch als Produktenkessel in, neben, unter oder über Betriebsräumen installiert werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können im Rauchgas-Strömungsweg weitere bevorzugt als Rippen aus­ gebildete Wärmetauscherflächen angeordnet sein. Sie können beispielsweise zwischen den als Umlenkwände verwendeten Rippen parallel zur jeweiligen Strömungsrichtung verlaufen, d. h. im wesentlichen quer zur Wärmetauscherachsrichtung.

Ferner kann bevorzugt der Wärmetauscher, ggf. als nachge­ schalteter Wärmetauscher, außerhalb des Kessel-Wasserraumes in einem getrennten Wasserraum angeordnet sein, beispiels­ weise als Speisewasser- oder Rücklaufwasser-Vorwärmer. We­ gen der geringen möglichen Baugröße nimmt ein solcher nach­ geschalteter Vorwärmer nur einen geringen Raum ein und kann neben dem Kessel angeordnet werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Kessel,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II in Fig. 1,

Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt durch einen Wärmetauscher in gegenüber Fig. 1 vergrößerter und detaillierterer Darstellung,

Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV in Fig. 3,

Fig. 5 einen Rohr-Wärmetauscher, wie er zusätzlich zu dem Wärmetauscher nach Fig. 3 und 4 ein­ gesetzt werden kann,

Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI in Fig. 5,

Fig. 7 einen Längsschnitt entsprechend Fig. 1 durch eine durch einen externen Wärmetauscher ergänzte Kesselbauweise und

Fig. 8 einen Schnitt nach der Linie VIII in Fig. 7.

Fig. 1 zeigt einen Kessel 11, der zur Dampf-Heißwasser- oder Warmwasserbereitung vorwiegend in einem Leistungsbe­ reich zwischen 0,3 MW und 4,5 MW eingesetzt werden kann. Der Kessel 11 enthält einen Wasserraum 12 mit einem Wasser­ niveau 13 und einem darüber angeordneten Dampfraum 14. Pa­ rallel zu einer mit vertikaler Achse angeordneten Brennkam­ mer 15 mit einer Feuerung 40 ist direkt im Kesselwasserraum ein Rauchgas-Wärmetauscher 16 angeordnet. Ein Rauchgaskanal 17 führt aus der Brennkammer des stehenden Kessels 11 in den Wärmetauscher 16 und nach dem Austritt aus diesem in einen unten liegenden Rauchgasaustrittsraum 18.

Wie aus Fig. 3 zu erkennen ist, ist der Wärmetauscher 16 ein Ringspaltwärmetauscher mit dem Innenrohr 20 und einem Außenrohr 21, das direkt im Kesselwasserraum liegt. Der von Rauchgas durchströmte Ringspalt 22 hat zwischen dem Rauch­ gaseintritt 17 und dem Rauchgasaustritt 23 eine vielfache Unterteilung durch quer zur Achsrichtung senkrecht zur Rohrwand angeordnete Rippen 24, die so versetzt angeordnet sind, daß die Rauchgase als Tauschermedium beim Zwangs­ durchgang durch den Ringspalt 22 ständig die Strömungsrich­ tung wechseln müssen. Zusätzlich sind dazwischen weitere Rippen 25 angeordnet, die im wesentlichen parallel zu den Rippen 24 verlaufen und weitere Tauscherflächen bilden.

Es ist durch die Pfeile 26 gezeigt, daß die Rauchgase, die beispielsweise mit ca. 900°C oben in den Ringspalt 22 ein­ treten, mehrfach den Ringspalt abschnittsweise längs und dann wieder quer durchströmen, wobei die Umlenkrippen 24 und die zwischengeschalteten Rippen 25 für eine gute Wärme­ übertragung sorgen. Die Rauchgase strömen in ihrer Haupt­ richtung im Gegenstrom zum natürlichen Wasserumlauf am Wär­ metauscher und treten beispielsweise mit 300°C am Rauch­ gasaustritt 23 aus.

Fig. 5 und 6 zeigen einen Rauchrohr-Bündel-Wärmetäuscher, der zwar bei gleicher Größe einen höheren Bauaufwand hat und nicht so gute Wirkungen erzielt wie der anhand der Fig. 3 und 4 beschriebene Wärmetauscher, jedoch aufgrund der gleichen Anordnungsmöglichkeit auch alternativ, zusätz­ lich oder wechselweise mit dem Wärmetauscher 16 eingesetzt werden kann. Er enthält ebenfalls einen Rauchgaseintritt 17, einen Rauchgasaustritt 23 und, zwischen zwei Sammelkam­ mern 27, Rauchgasrohr-Bündel 28. Er kann, wie dargestellt, aus Glattrohren, aber auch aus Wellrohren aufgebaut sein.

Fig. 7 und 8 zeigen einen Kessel, der mit dem in Fig. 1 gezeigten übereinstimmt. Zur Minderung der Abgastemperatur ist zusätzlich bei ihm außerhalb des Kesselwasserraumes noch ein Wärmetauscher 36 vorgesehen, der an den Rauchgas­ austritt 18 rauchgasseitig angeschlossen ist und von dem Rauchgas vertikal nach oben durchströmt wird. Sein Ring­ spalt 22 ist entsprechend dem in Fig. 3 gezeigten ausgebil­ det und auch das innere, wasserführende Innenrohr 20 ent­ spricht dem nach Fig. 3 und 4. Er ist wasserseitig an den Kessel 11 angeschlossen und dient als Abgas-Wärmetauscher für Speise- oder Rücklaufwasser, der die Restwärme des Rauchgases nutzt. Dabei kann vorteilhaft die Abgastempe­ ratur je nach den örtlichen Bedingungen so geregelt sein, daß weder die Taupunktemperatur unterschritten, noch die Speise- oder Rücklaufwassertemperatur unzulässig über­ schritten wird.

Claims (3)

1. Kessel zur Erzeugung von Dampf, Heiß- oder Warmwasser mit einer Feuerung (40), bei dem die Rauchgase nach Verlassen der Brennkammer (15) durch wenigstens einen im Wasserraum (12) angeordneten, als Ringspalttau­ scher ausgebildeten Wärmetauscher (16) im Gegenstrom zum natürlichen Wasserkreislauf geführt werden, wobei der Ringspalt (22) zwischen Innen- und Außenrohr (20, 21) mit senkrecht zur Rohrwand stehenden Rippen (24) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (24) einen Rauchgas-Strömungsweg mehrfach wechselnder Richtung abgrenzen.

2. Kessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Rauchgas-Strömungsweg weitere, vorzugsweise als Rippen (25) ausgebildete Wärmetauscherflächen ange­ ordnet sind.

3. Kessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der ggf. nachgeschaltete Wärmetauscher (36) mit einem Rauchgas-Strömungsweg wechselnder Richtung außerhalb des Kessel-Wasserraumes (12) mit einem ge­ trennten Wasserraum angeordnet ist und vorzugsweise als Speisewasser- oder Rücklaufwasservorwärmer ausge­ bildet ist.