DE381001C - Wasserrohrkessel - Google Patents

Wasserrohrkessel

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DE381001C
DE381001C DEW57223D DEW0057223D DE381001C DE 381001 C DE381001 C DE 381001C DE W57223 D DEW57223 D DE W57223D DE W0057223 D DEW0057223 D DE W0057223D DE 381001 C DE381001 C DE 381001C
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22STEAM GENERATION
    • F22BMETHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B21/00Water-tube boilers of vertical or steeply-inclined type, i.e. the water-tube sets being arranged vertically or substantially vertically
    • F22B21/02Water-tube boilers of vertical or steeply-inclined type, i.e. the water-tube sets being arranged vertically or substantially vertically built-up from substantially straight water tubes
    • F22B21/04Water-tube boilers of vertical or steeply-inclined type, i.e. the water-tube sets being arranged vertically or substantially vertically built-up from substantially straight water tubes involving a single upper drum and a single lower drum, e.g. the drums being arranged transversely

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Air Supply (AREA)

Description

  • Wasserrohrkessel. Die bisher bekannten, sogenannten engrohrigen Wasserrohrkessel für Land- oder Schiffszwecke zeigen auch bei Verwendung von Ölfeuerung entsprechend ihrer Entwicklung aus dem kohlebefeuerten Wasserrohrkessel größtenteils noch einen mehrfach hin und her gekrümmten, verhältnismäßig langen Gasweg, in der Absicht, den Heizgasen bei verhältnismäßig geringer Geschwindigkeit genügend Zeit zu geben, um ihre Wärme bis zu einer gewünschten Endtemperatur an die einzelnen Heizflächen zu übertragen. Hierbei ist es nicht möglich, einen gleichmäßig guten Wärmeübergang für die ganze Heizfläche zu erzielen, da infolge der Hin-und Herführung der Gase, oft in sehr scharfen Krümmungen sich zahlreiche tote Ecken und Wirbelfelder bilden, in denen entweder gar keine oder nur geringe Strömung der Gase herrscht. Bekanntlich nimmt aber der Wärmeübergangskoeffizient erheblich mit der Geschwindigkeit ab, abgesehen davon, daß in solchen toten Ecken mit besonderer Vorliebe sich Rußteilchen usw. absetzen und dadurch der Wärmeübergang noch weiter verschlechtert wird.
  • Die Hin- und Herführung der Gase hat noch den weiteren Nachteil, daß eine unnötig große Gebläseleistung für eine gewisse Dampferzeugung aufgewendet werden muß.
  • Bei Kohlenstaubfeuerung bildet außerdem die Hin- und Herführung der Gase in der bei Stückkohlenfeuerung üblichen Weise eine große Gefahr, indem in den Wirbelfeldern sich leicht unverbrannte Kohlenteilchen absetzen und zu Kesselexplosionen führen können.
  • Nun gibt es zwar bereits ölbefeuerte Wasserrohrkessel, bei denen die Gase das ganze Rohrbündel auf einmal beaufschlagen und es angenähert senkrecht zur Richtung der Rohre durchströmen, indessen müssen dabei die Gase, wie dies z. B. bei den allgemein üblichen Kesseln mit zwei Rohrbündeln und Befeuerung zwischen ihnen von einer oder beiden Stirnseiten her geschieht, schon bei ihrem Eintritt ins Rohrbündel eine scharfe Umlenkung machen, wodurch sich unnötige Gaswiderstände und ungleichmäßige Beaufschlagung des Rohrbündels ergeben.
  • Ferner sind in den meisten Fällen die Durchgangsquerschnitte vom Eintritt bis zum Austritt hin gleichgroß, so daß bei den austretenden Heizflächenteilen eine starke Verzögerung der Gasgeschwindigkeit und damit eine Abnahme des Wärmeübergangskoeffizienten stattfindet.
  • Bei der vorliegenden Erfindung, die sich nur auf Wasserrohrkessel mit Öl-, Gas- oder Kohlenstaubfeuerung erstreckt, sollen alle diese Mängel dadurch vermieden werden, daß das ganze Rohrbündel des Dampferzeugers schon beim Eintritt der Heizgase in seiner ganzen Ausdehnung zwischen Ober- und Unterkessel von den Heizgasen in annähernd gerader Richtung durchzogen wird, und daß in gleicher Weise auch die nachgeschalteten, im selben Kesselgehäuse eingebauten Wärmeaustauscheinrichtungen, wie Überhitzer, etwaiger Speisewasser- und L uftvorwärmer in annähernd gerader Richtung von den Heizgasen durchströmt werden. Ferner ist die Einrichtung getroffen, daß der freie Querschnitt des Heizgaszuges nach dem Austritt hin sich annähernd entsprechend der Temperatursenkung und der damit verbundenen Raumverminderung der Heizgase verengt. Die Achse des Heizgaszuges liegt dabei im Gegensatz zu bisherigen ähnlichen Kesselsystemen, die sich indessen auf Stückkohlefeuerung beziehen, wie z. B. den bekannten Bellevillekesseln, wagerecht oder angenähert wagerecht, um die Heizröhren oder Heizelemente des Dampferzeugers, Überhitzers oder etwaigen Speisewasser- und Luftvorwärmers senkrecht oder angenähert senkrecht in den Kanal einbauen zu können. Dies ist notwendig, um zu vermeiden, daß die ersten Heizrohre des Dampferzeugers im Innern von Dampf entblößt werden, wie dies bei deren annähernd wagerechter Anordnung in einem Heizgaszug mit senkrechter Achse der Fall wäre.
  • Besonders zweckmäßig ist es, in einem Sonderfall die Achse des Heizgaszuges mit der Achse der Verbrennungskammer zusammenfallen zu lassen, wobei vorausgesetzt ist, daß die Einführung von Luft und Brennstoff am vorderen Ende der Verbrennungskammer erfolgt. In diesem Fall treffen die Heizgase annähernd senkrecht auf das Rohrbündel des Dampferzeugers und durchfließen dann dieses sowie die nachgeschalteten Wärmeaustauscheinrichtungen ohne wesentliche Richtungsänderung und ohne daß tote Ecken gebildet werden, mit geringsten Druckverlusten.
  • Die Verengung des freien Durchgangsquerschnitts nach dem austretenden Ende kann entweder dadurch erreicht werden, daß bei Annahme paralleler oder annähernd paralleler Kesselgehäusewände die Heizröhren oder Heizelemente enger gesetzt oder die ,leichten Spaltbreiten zwischen ihnen verkleinert werden oder aber daß bei Wahl gleicher lichter Spaltbreiten bei den hintereinander befindlichen Rohrreihen oder Heizelementen der ganze freie Kanalquerschnitt durch Zusammenziehen der Kanalwände nach dem austretenden Ende hin verkleinert wird. In gewissen Fällen können beide Arten der Verkleinerung des ganzen freien Durchgangsquerschnitts gleichzeitig angewandt werden. Einesteils zur Vereinfachung bei der Herstellung, anderseits zur weiteren Verminderung der Gaswiderstände kann im Falle, daß die Heizröhren nach dem Austritt hin enger gesetzt werden, dieses Engersetzen nicht bei jeder hintereinanderfolgenden Rohrreihe, sondern erst bei hintereinanderfolgenden Rohrgruppen geschehen, so daß innerhalb dieser Gruppen die hintereinanderstehenden Rohre parallele Gassen bilden, wobei erfahrungsgemäß ebenfalls noch genügend Turbulenz für die Wärmeabgabe von seiten der Heizgase entsteht.
  • Die Abb. i und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für einen mit Überhitzer, Speisewasser- und Luftvorwärmer ausgerüsteten engrohrigen Wasserrohrkessel mit Ölfeuerung, wobei Abb. i den senkrechten Längsschnitt und Abb.2 den wagerechten Schnitt durch die verschiedenen Rohrbündel und Heizelemente darstellt, Es bezeichnet i die Verbrennungskammer, an deren vorderem Ende die Olzerstäuber 2 angebracht sind. Die von denletzterenausgehendenFlammenkege13 treffen das Rohrbündel des Dampferzeugers q. gleichmäßig in ganzer Höhe und Breite. Da gleichzeitig die Achse der Verbrennungskammer annähernd senkrecht zum Rohrbündel des Dampferzeugers steht, so treffen die Gase mit größter Strahlungswirkung auf das Rohrbündel. Der Dampferzeuger q. besitzt nur einen Oberkessel 29 und einen Unterkessel 30 und ein verbindendes Rohrbündel, welch Letzteres etwa aus einem Steigerohrbündel 5 und einem Fallrohrbündel 6 besteht. Diese beiden Rohrgruppen stehen annähernd senkrecht zur Achse A-B des Heizgaskanals und des Kesselgehäuses, welche Achse im Aufriß annähernd gerade ist und angenähert wagerecht liegt, so daß einerseits die Rohre der beiden Gruppen 5 und 6 fast senkrecht von den Heizgasen getroffen werden und anderseits im Innern des Dampferzeugers der Wasserumlauf seinen Höchstwert erreicht. Bei der Rohrgruppe 5 ist entsprechend der höchsten Heizgastemperatur der größte freie Durchgangsquerschnitt innerhalb des Heizgaszuges 7 vorhanden. Bei der zweiten Rohrgruppe 6 ist bei im Grundriß noch parallelen Wänden des Kessel-gehäuses die Verkleinerung des Durchgangsquerschnitts entsprechend der Temperatursenkung dadurch erreicht, daß die Rohre in der Querrichtung enger gesetzt sind, also deren lichte Spaltbreite gegenüber der Gruppe 5 verkleinert ist. Zur Vereinfachung der Herstellung ist hierbei die Spaltbreite bei den aufeinanderfolgenden Rohrreihen der Gruppen 6 oder 5 jeweils gleich angenommen, indessen kann diese Spaltbreite natürlich auch stetig, d. h. von RohrreihezuRohrreihe nach hinten zu kleiner werden.
  • 8 und g sind etwa zwei oder mehr dem Dampferzeuger nachgeschaltete Überhitzerelemente, die etwa je aus zwei oder mehr U-förmig gebogenen Rohrreihen gebildet sein können. Der Dampf kann hierbei im allgemeinen im Gegenstrom zu den Heizgasen fließen, also von dem Absperrventil =o ausgehend durch das Rohr =i zuerst in das hinterste Element g und dann durch ein Übergangsrohr i2 in das vorderste Element 8, von wo aus er durch das Rohr 13 nach der Kraftmaschine geführt wird. Die Verengung des freien Durchgangsquerschnittes des Heizgaszuges an der Stelle des Überhitzers nach hinten zu ist bei dem vorliegenden Beispiel auf zweierlei Art erreicht. Einmal steigt der Boden 14 des der Einfachheit halber noch mit bis zu dieser Stelle parallel geführten Seitenwänden 7 des Kesselgehäuses nach hinten hin an, sodann sind die Rohre der hinteren Überhitzergruppe g im Grundriß in der Querrichtung zur Achse A-B enger gesetzt als bei der vorderen Gruppe B. Um geringeren Durchflußwiderstand für die Heizgase zu erhalten, sind die Rohre bei den Gruppen 8 und g bei den in der Strömungsrichtung der Gase aufeinanderfolgenden Rohrreihen nicht versetzt wie bei den Gruppen 5 und 6, sondern jeweils hintereinanderstehend angenommen, so daß die einzelnen Spalten parallele Gassen bilden. Auch bei den Überhitzern 8 und g sind die Heizrohre annähernd senkrecht in den Gaskanal gestellt.
  • Dem Überhitzer ist bei dem gezeichneten Beispiel noch ein Speisewasservorwärmer 15 nachgeschaltet, der etwa aus einem unteren und oberen Wassersammler 16 bzw. 17 mit dem dazwischen befindlichen Rohrbündel 15 bestehen möge. Von dem Speisewasservorwärmer kann das vorgewärmte Wasser in bekannter `''eise in den Dampferzeuger .4 geleitet sein.
  • Die Verengung des freien Durchgangsquerschnitts für die Heizgase beim Durchtritt durch den Speisewasservorwärmer ist beispielsweise dadurch erreicht, daß einerseits die seitlichen Wände 7 des Kesselgehäuses zusammengezogen und die Rohre in den aufeinanderfolgenden Rohrreihen des Vorwärmers nach hinten zu in der Querrichtung enger gesetzt sind. Es ergeben sich dadurch nach hinten sich verengende Rohrgassen. Dadurch wird der Vorteil erreicht, daß das Rohrbündel in ganzer Breite gleichmäßig durchströmt wird und die Gasgeschwindigkeit annähernd dieselbe bleibt. An den Speisewasservorwärmer schließt sich bei dem gezeichneten Beispiel noch ein etwaiger Luftvorwärmer i9 an, der im vorliegenden Fall zwecks Erzielung größter Leichtigkeit und guten Wärmeaustausches aus gewellten Blechwänden zusammengesetzt angenommen ist, die nach hinten zu sich verengende Spaltquerschnitte besitzen. Dementsprechend sind auch die seitlichen `Fände 7 des Kesselgehäuses an dieser Stelle zusammengezogen. Die Frischluft tritt etwa infolge des von dem Gebläse 23 erzeugten Saugeunterdrucks oder infolge derFahrgeschwindigkeit (falls der Kessel in ein raschgehendes Fahrzeug, wie z. B. Luftfahrzeug, mit nach vorn gerichteter Öffnung -2o eingebaut ist) bei 20 ein, durchfließt zuerst die hintere Hälfte des V orwärmers, wird oben durch die Kappe 21 UM-gelenkt, um dann durch die vordere Hälfte des Vorwärmers zu strömen. Vom Vorwärmer ist die vorgewärmte Luft durch den Kanal 22 dem Gebläse 23 zugeführt, welches die Verbrennungsluft durch den Kanal 2.1 in die Luftvorkammer 25 des Kessels und von da durch die Luftdüsen 26 in dessen Verbrennungskammer i drückt. Die Heizgase strömen anderseits nach Verlassen des Luftvorwärmers i9 in die Sammelkammer 27 und von da durch das Rohr 28 ins Freie.
  • Obwohl hier mehrere M'ärmeaustauscheinrichtungen hintereinandergeschaltet sind, wird der erforderliche Gebläsedruck kaum die bisher z. B. bei Torpedobootskesseln übliche Höhe überschreiten.
  • Außer nach dem gezeichneten Beispiel kann der Erfindungsgedanke noch in vielfach anderer Weise ausgeführt sein, ebenso können die gezeichneten Wärmeaustauscheinrichtungen oder Heizelemente in anderer `reise durchgestaltet oder etwas anders, z. B. wegen besserer Ausdehnungsfähigkeit teilweise etwas gekrümmt oder nur annähernd senkrecht angeordnet werden, insbesondere können die dem Dampferzeuger nachgeschalteten Wärmeaustauscheinrichtungen auch eine hiervon abweichende, z. B. schräge oder wagerechte Lage einnehmen, oder sie können teilweise, z. B. der Speisewasservorwärmer, ganz fehlen usw., ohne daß diese Ausführungsarten oder Anordnungen aus dem Rahmen der Erfindung fallen. So kann auch, wie bereits bemerkt, bei geeigneter Umgestaltung (z. B. genügender Verlängerung) der Verbrennungskammer der Kessel mit besonderem Vorteil auch für Gas-, besonders aber auch für Kohlenstaubfeuerung verwendet werden.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Wasserrohrkessel für Öl-, Gas- oder Kohlestaubfeuerung, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizgase von der Verbrennungskammer aus in annähernd gerader, wagerechter Richtung durch die Kesselanlage strömen, wobei die Heizröhren oder Heizelemente des Dampferzeugers, gegebenenfalls auch des Cberhitzers oder etwaigen Speisewasser- und Luftvorwärmers senkrecht oder angenähert senkrecht stehen und der freie Querschnitt des Heizgaszuges nach dem Ende zu sich verengt.
  2. 2. Ausführung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse der Verbrennungskammer ungefähr mit der Achse des Heizgaszuges zusammenfällt.
  3. 3. Ausführung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Querschnitt des Heizgaszuges im Dampferzeuger, Überhitzer oder etwaigen Speisewasser- und Luftvorwärmer bei parallelen oder angenähert parallelen Seitenwänden durch Engersetzen. der Heizröhren bzw. Verkleinerung der lichten Spaltbreiten zwischen diesen verengt ist. q.. Ausführung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Querschnitt des Heizgaszuges im Dampferzeuger, Überhitzer oder etwaigen Speisewasser- und Luftvorwärmer bei gleichen lichten Spaltbreiten zwischen den Heizröhren durch Zusammenziehung der Seitenwände (7) verengt ist. 5. Ausführung nach den Ansprüchen i und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Querschnitt des Heizgaszuges nicht bei jeder hintereinanderfolgenden Rohrreihe, sondern zwecks Verringerung der Durchflußwiderstände erst bei hintereinanderfolgenden Rohrgruppen verengt ist, wobei in jeder Rohrgruppe die Rohre parallele Gassen bildend genau hintereinander stehen. 6. Ausführung nach den Ansprüchen 1, 3 und q., dadurch gekennzeichnet, daß der freie Querschnitt des Heizgaszuges teils durch Verengung der lichten Spaltbreiten zwischen den Heizröhren, teils durch Zusammenziehung der Kanalwände verengt ist. 7. Ausführung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der etwaige Luftvorwärmer (ig) aus flachen Elementen mit ebenen oder gewellten Blechwänden besteht, die mit nach hinten zu sich verengenden Spalten für den Heizgasdurchtritt senkrecht oder angenähert senkrecht nebeneinanderstehend angeordnet sind. B. Ausführung nach Anspruch z mit nur aus einem Ober- und Unterkessel mit dazwischen befindlichem senkrechten Rohrbündel bestehenden Dampferzeuger, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen des Ober-und Unterkessels quer zur Richtung des Heizgaszuges liegen.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE897411C (de) * 1949-07-12 1953-11-19 Buckau Wolf Maschf R Hochleistungs-Strahlungskessel
DE1282023B (de) * 1962-05-25 1968-11-07 Fuji Boiler Co Ltd Vorrichtung zur Dampferzeugung

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE897411C (de) * 1949-07-12 1953-11-19 Buckau Wolf Maschf R Hochleistungs-Strahlungskessel
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