DE3930037A1 - Wasserrohrkessel und verfahren zu dessen brennerbetrieb - Google Patents

Description

In der Regel nimmt der Ofen eines Kessels strukturell die größte Kapazität ein und beeinflußt maßgeblich die Qualität und die Kosten eines Kessels, so daß eine Verkleinerung des Ofens eines Kessels gefordert wurde.

Die Fig. 10 zeigt die Umrisse eines Schnittes durch ein Bei­ spiel eines herkömmlichen Wasserrohrboilers.

Der in Fig. 10 wiedergegebene Boiler umfaßt einen Ofen 1, einen zweiten Überhitzer 2, einen Wiedererhitzer 3, sowie einen Wasser­ rohrkessel 4, wobei der Ofen etwa 10% des Kessels als Heizfläche einnimmt, was nicht sehr groß ist, während jedoch das Volumen selbst etwa 60% des Kessels ausmacht.

Die genannte Tatsache beruht darauf, daß der Ofen nur ein kleines Wärmefreisetzungsausmaß besitzt, wobei z. B. der Wert des Wärmefreigabeausmaßes nur etwa 100 000 Kcal/m³h auch bei lndustriekesseln mit großer Kapazität ausmacht. Der Grund hier­ für liegt in der Tatsache, daß bei einem solchen Kessel, bei welchem als herkömmlichem Kessel die Wasserrohre die große Ver­ brennungsflamme umgeben, das Wärmeaufnahmeausmaß der Heizfläche aus eigenem Antrieb im Verhältnis zum Wärmefreisetzungsausmaß innerhalb des Ofens groß wird, und die Wasserrohre eines Kessels brennen schließlich durch, was zu einem sogenannten "Durchbrenn­ phänomen" führt.

Das zuvor erwähnte Durchbrennphänomen beruht auf der Tatsache, daß das Wärmefreisetzungsausmaß in dem Ofen eines Kessels klein sein soll, um ein entsprechendes Wärmeabsorptionsausmaß der Heizfläche eines Kessels aufrechtzuerhalten, da die Heizfläche der Wasserwandung eines Kessels proportional ist zur zweiten Potenz seiner Dimension gegenüber dem Anstieg des Volumens eines Kessels, proportional zur dritten Potenz seiner Dimensionen vom Punkt der Ähnlichkeit der Verbrennung und Wärmeleitung aus ent­ sprechend der Kapazität eines Kessels.

Dementsprechend ist ein großer Raum erforderlich für den Ofen eines Industrieboilers großer Kapazität,und somit sind die Kessel sehr groß geworden.

Die Fig. 11 zeigt einen Ofenaufbau eines herkömmlichen Wasser­ rohrkessels. Der in Fig. 11 wiedergegebene Aufbau umfaßt einen Ofen 1 sowie eine Wasserrohrwandung 5 a des Ofens. Die Fig. 12 zeigt die Verteilung des Wärmeflusses der Wasserrohrwandung in dem Ofen eines herkömmlichen Wasserrohrkessels.

Wie die Fig. 12 zeigt, wird auf die Wasserrohrwandungen 5 a eine Strahlungshitze (Q₀Kcal/m²h) von der Flamme übertragen, in einer Weise, die kennzeichnend ist für die Wasserrohrwandungen eines herkömmlichen Wasserrohrkessels.

Dieser Strahlungswärmeübergang erfolgt nur von der Halbseite 7, die dem Ofen zugewandt ist, jedoch nicht von der Halbseite 8 der Wandseite des Ofens, d.h., die Wandseite 8 des Ofens trägt nicht zum Wärmeübergang bei.

Die Verteilung des Wärmeübergangsflusses auf der Halbseite, die dem Ofen zugewandt ist, wird durch die Pfeile in Fig. 12 wiederge­ geben. In diesem Fall ist es erforderlich, dafür zu sorgen, daß der Maximalwert des Wärmeflusses unterhalb des kritischen Wärme­ flusses bleibt, um zu vermeiden, daß ein Durchbrennphänomen ein­ tritt, so daß dementsprechend beim Bau des Kessels Punkte zu be­ rücksichtigen sind, die dazu führen, daß die Summe des lokalen Wärmeabsorptionsausmaßes auf dem Umfang eines Wasserrohres eines herkömmlichen Ofens sehr gering ist.

Es hat bereits Pläne gegeben, um den kritischen Wärmefluß über den oben genannten Bereich anzuheben, um die vorerwähnten Probleme zu lösen.

Beispielsweise wurden Wasserrohre untersucht, die innen mit Nuten versehen waren, wobei es jedoch nicht gelungen ist, den kritischen Wärmefluß wesentlich anzuheben, um somit einen merklichen Effekt auf das Wärmefreisetzungsausmaß des Ofens zu erzielen.

Wenn andererseits das Wärmefreisetzungsausmaß innerhalb des Ofens angehoben wird, führt dies zu dem Nachteil einer erhöhten Ver­ schmutzung, da im mittleren Bereich des herkömmlichen Ofens über­ hitzte Stellen gebildet werden, und es werden große Mengen von NOX unter einer solchen Bedingung abgegeben, wie sie bei einer ungleichmäßigen Flamme im herkömmlichen Ofen besteht. Um den kri­ tischen Wärmefluß und die Menge des gebildeten NOX geringzuhalten, kann der Ofen eines Kessels herkömmlicher Bauart nicht klein ausgestaltet werden.

Um die Einschränkungen eines herkömmlichen Kessels zu über­ winden, besteht dementsprechend das Bedürfnis nach einem neuen Wasserrohrkessel, bei welchem der kritische Wärmefluß extrem hoch ist und der eine sehr intensive Verbrennung ermöglicht, ohne daß bei der hochintensiven Verbrennung eine große Menge von NOX entsteht.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Kenn­ zeichen des Hauptanspruches angegebenen Merkmale, wobei hinsicht­ lich bevorzugter Ausgestaltungen auf die Merkmale der Unteran­ sprüche verwiesen wird.

Es wird dementsprechend gemäß der Erfindung ein Wasserrohrkessel zur Verfügung gestellt, bei welchem sich das wärmeabsorbierende Wasserrohr innerhalb des Ofens befindet, unter Steuerung der Er­ zeugung von NOX, unter einer hochintensiven Verbrennung, wobei der lokale Wärmefluß unterhalb eines kritischen Wertes liegt, bei entsprechendem Kesselvolumen. Der Ofen ist extrem klein und wesent­ lich leichter als der eines herkömmlichen Kessels.

Durch die Erfindung wird gleichzeitig ein Verfahren zum Brennbe­ trieb des vorgenannten Wasserrohrkessels zur Verfügung gestellt. Gemäß der Erfindung wird bei einem natürlichen Zirkulationstyp- Kessel, einem forcierten Zirkulationstyp-Kessel oder einem Zwangs­ durchlauf-Kessel der Ofen extrem kleingehalten, indem man viele Wärmeabsorptionswasserrohre in einem einzigen Ofen anordnet, und zwar in dem einzigen Ofen, der eine Verbindung zum angrenzenden Brenner besitzt, in welchem die Brennstoffe entzündet werden, wobei die Flammentemperatur niedriggehalten wird und damit eine geringe NOX-Konzentration erreicht wird. Darüber hinaus wird der Wärme­ übergang durch Konvektion beschleunigt. Um darüber hinaus die Konstruktion so auszulegen, daß der Kessel groß ausgebildet wird und die NOX-Konzentration im Abgas verringert wird, sind die in dem Ofen befindlichen Absorptionswasserrohre in mehreren Stufen angeordnet, wobei das Luftverhältnis in jeder Stufe des mehrstufigen Ofens geändert wird, indem die luftangereicherte Verbrennung mit der brennstoffreichen, reduzierten Verbrennung entsprechend kombiniert wird. Ein vorteilhaftes Luftverhältnis wird in der letzten Verbrennungsstufe erreicht, so daß eine vollständige Verbrennung erzielt wird. Dementsprechend kann ein besseres Ergebnis hinsichtlich der NOX-Verminderung erhalten werden, als dies bei einem Brenner mit einfachem Brennsystem erzielbar ist.

Dieses zuvor beschriebene Brennverfahren erbringt den gleichen Effekt, den man erhält beim Einsatz des einfachen Ofens mit dem eingesetzten Wärmeabsorptionswasserrohr, und zwar mit einem einzelnen oder einer Mehrzahl von Brennern eines Kessels.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Dabei zeigen im einzelnen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Beispiels der Strömungen von Brennstoff und Luft über der Abgas­ temperatur, bei einem dreistufigen Tandemkessel, gemäß der Erfindung,

Fig. 2 die Kontur einer schematischen Darstellung eines Beispiels eines Ofens mit eingesetzten Wärmeabsorptions­ wasserrohr mit einem einstufigen, zweistufigen oder dreistufigen Ofen,

Fig. 3 die Darstellung der Wärmeflußverteilung bei einem Ofen mit eingeführtem Wärmeabsorptionswasserrohr,

Fig. 4 die Erläuterung der fundamentalen Strömung von Brenn­ stoff und Luft sowie einer Balance der Wärmemenge bei dem Ofen mit eingeführtem Wärmeabsorptionswasserrohr, bei einer dreistufigen Tandemanordnung,

Fig. 5 die Darstellung einer Vertikalströmung bei einer verti­ kalen Anordnung,

Fig. 6 die Erläuterung einer Horizontalströmung bei einer horizontalen Anordnung eines Ofens,

Fig. 7(A), (B) und (C) Beispiele von Ansichten von Vertikalanordnungen von Öfen mit dreistufigen Tandemkesseln,

Fig. 8 ein Beispiel einer horizontalen Anordnung eines drei­ stufigen Tandemkessels,

Fig. 9 die Erläuterung der Richtung eines Brenners an und nach der zweiten Stufe,

Fig. 10 einen Schnitt durch einen herkömmlichen Wasserrohr­ kessel,

Fig. 11 einen Schnitt durch den Aufbau eines Wasserrohrkessels,

Fig. 12 die Darstellung der Wärmeflußverteilung bei einer Wasser­ rohrwandung in einem herkömmlichen Kessel und

Fig. 13 die Erläuterung eines äquivalenten NOX-Wertes zum Sauerstoffgehalt im Abgas eines Vormischbrenners.

A repräsentiert einen herkömmlichen Kessel, der kein Wärmeab­ sorptionswasserrohr im Ofen besitzt.

B repräsentiert ein Beispiel gemäß der Erfindung, bei welchem Wärme­ absorptionswasserrohre in dem Ofen vorgesehen sind.

In den Zeichnungen ist der Ofen mit der Bezugsziffer 1 versehen. Mit der Bezugsziffer 5 a sind die Wasserrohre eines Ofens identi­ fiziert. Die Wärmeabsorptionswasserrohre 5 b sind in den Ofen ein­ geführt. Die Bezugsziffer 6 identifiziert einen Brenner. 7 be­ zeichnet eine Ofenseite, die durch Wasserrohrwandungen gebildet wird, während 8 die rückwärtige Rohrwandung bezeichnet, die inner­ halb der Ofenwandung liegt. Mit der Bezugsziffer 9 ist der Wärme­ übergang durch Konvektion bezeichnet, während mit Fig. 10 der Strahlungswärmeübergang angegeben ist. Die Bezugsziffer 11 bezeichnet die erste Ofenstufe, 12 die zweite Ofenstufe und 13 die dritte Ofenstufe.

Bei dem Verbrennungsverfahren, bei welchem einem Kessel Brennstoff und Luft zugeführt wird, wobei der Ofen mit einem Wärmeabsorptions­ wasserrohr gemäß der Erfindung versehen ist, handelt es sich bei­ spielsweise um einen Ofen mit eingeführten Wärmeabsorptions­ wasserrohren in einer dreistufigen Tandemanordnung. Durch die luftreiche Verbrennung der Überschußluft unterdrückt das Ver­ hältnis (Luft/Brennstoff=1,25) das erzeugte NOX rasch, d.h., sogenanntes promptes NOX in der ersten Stufe, und die brennstoff­ reiche Verbrennung findet statt, und das NOX wird reduziert durch die Verbrennung des Brennstoffs allein oder den Brennstoff, ge­ mischt mit einer geringen Menge von Luft, entsprechend Luft/Brenn­ stoff<1 in der zweiten Stufe, während das Verbrennungsverfahren in der dritten Stufe stattfindet, um das Verhältnis Luft/Brennstoff =1,05 einzustellen, mit einem geringen Luftmengenüberschuß.

Dieses Brennverfahren ist der gesamten Anordnung und der Wirkungs­ weise angepaßt.

Die oben beschriebene Wärmebalance und Temperatur eines jeden Teils sind in Fig. 1 dargestellt.

In diesem Fall ist die Wirkung sichergestellt, daß die Menge an brennbarem Brennstoff der ersten Stufe zur Gesamtmenge des brenn­ baren Brennstoffes (d.h., der Brennstoffverbrauch X der ersten Stufe) etwa 50 bis 70% beträgt.

Gemäß der Versuchsberechnung ist es unmöglich, den Brennstoffver­ brauch X in der ersten Stufe 70% überschreiten zu lassen von der Massenbalance, und wenn der Brennstoffverbrauch der ersten Stufe X geringer ist als 50%, ist der Wärmeübergang der Wärme­ absorptionswasserrohre der zweiten Stufe nachteilig, aufgrund der Tatsache, daß die Temperatur im Auslaß der zweiten Stufe zu stark abfällt.

Bei herkömmlichen Wasserrohrkesseln ist versucht worden, schritt­ weise das Verhältnis von Brennstoff und Luft in der oben be­ schriebenen Weise durchzuführen, wobei diesem Versuch jedoch kein Erfolg beschieden war.

Die Erfindung ist gekennzeichnet durch die Beschleunigung des Wärmeüberganges durch Konvektion, und die Steuerung der Flammen­ temperatur durch die Anordnung von vielen Wärmeabsorptionswasser­ rohren dicht beieinander, ohne überhitzte Stellen durch die Flamme, auch in einem einfachen Ofen entstehen zu lassen.

Aufgrund der voranstehend beschriebenen Tatsachen läßt sich die Wärmefreisetzung in dem Ofen in einer bemerkenswerten Weise steigern, und zur gleichen Zeit kann ebenfalls in einer vorteil­ haften Weise die Menge an NOX verringert werden. Wie die Ergebnisse nach der Erfindung zeigen, wird die Menge an NOX um mehr als 25% reduziert im Bereich von O₂ 1,5 bis 2,5%, gemäß der Erfindung, wie dies durch die Linie B in Fig. 13 wiedergegeben ist.

Der Wert an äquivalentem NOX in Fig. 13 wird wie folgt reprä­ sentiert:

Darüber hinaus ist der mehrstufige Ofen gekennzeichnet durch eine dichte Anordnung vieler Wärmeabsorptionswasserrohre. Bei jeder Ofenstufe wurd eine schrittweise Verbrennungsreaktion ausgeführt, wobei gleichzeitig die Wärme abgeführt wird.

Das oben beschriebene Verfahren ist besonders wirksam bei einem relativ besseren Brennstoff und zwar im besonderen beispielsweise bei einem gasförmigen Brennstoff.

Bei einem herkömmlichen Wasserrohrbrenner wurde das Verbrennungs­ verfahren nicht übernommen, bei welchem eine Flamme auf das Wasser­ rohr auftrifft, aufgrund der Tatsache, daß Kohlenmonoxyd (CO) und unverbrannte Bestandteile erzeugt werden, während gleichzeitig ein Durchbrennen von Wasserrohren auftritt. Grundlagenforschung zur vorliegenden Erfindung hat jedoch gezeigt, daß CO und die un­ verbrannten Bestandteile lediglich in einer dünnen Schicht inner­ halb von 1 mm Abstand von der Wandung der Wärmeabsorptionswasser­ rohre vorliegen, aufgrund des Abschreckphänomens der Flamme, wenn die Flamme auf die Wärmeabsorptionswasserrohre auftrifft, wobei jedoch bestätigt wird, daß CO und unverbrannte Bestandteile ver­ brannt werden und verschwinden, wenn ein Abstand von mehr als 10 mm zwischen den jeweiligen Wärmeabsorptionswasserrohren vorgesehen wird. Im besonderen nimmt CO bemerkenswert dort ab, wo die Flammenströmung in Unordnung gerät, im Nachstrom eines Wasser­ rohres.

Die Versuchsergebnisse der Erfindung haben gezeigt, daß die Wärme­ absorptionswasserrohre die Verbrennung beschleunigen und der Ab­ stand von dem Brennerkopf zum Abstand des Verschwindens des CO₂ (Länge der Flamme) zu kurz ist in dem Fall, wenn Wärmeabsorptions­ wasserrohre vorhanden sind. ln diesem Fall besitzt die Anordnung der Wärmeabsorptionswasserrohre einen größeren Effekt, wenn sie in einer versetzten Weise angeordnet sind, statt der Anordnung in einer Linie.

Darüber hinaus nehmen die Wärmeabsorptionswasserrohre, die in der Flamme des Ofens angeordnet sind, nahezu die gleiche Wärmeübergangs­ menge durch Strahlung auf, wobei jedoch die wirksame Dicke der Gasschicht der Strahlung wesentlich geringer ist als bei einem herkömmlichen Ofen, so daß die oben beschriebene Wärmeübergangs­ menge nicht so groß ist, verglichen zu einem Ofen herkömmlichen Typs, und der Wärmeübergang durch Konvektion, der durch den Gas­ strom verursacht wird, ist größer.

Der Aufbau des Kesselofens gemäß der Erfindung ist in Fig. 2 wiedergegeben. Die Verteilung der Wärmeabsorptionsmenge einer Heizfläche 5 b um das in den Ofen eingeführte Wärmeabsorptions­ wasserrohr, gemäß Fig. 2, ist in Fig. 3 wiedergegeben.

In Fig. 3 gibt die Bezugsziffer 9 die Menge der Wärmekonvektion QC an, während 10 die Menge an Strahlungswärme QR angibt, wobei der Gesamtwärmefluß QR+QC geringer ist als der kritische Wärme­ fluß und nahezu gleichmäßig um den Umfang.

Darüber hinaus wird ein Freiraum geschaffen, indem man eine kleine Zahl Wärmeabsorptionswasserrohre in der Nähe des Brennerkopfes wegläßt, um die Verbrennung gleichmäßiger auszuführen in Überein­ stimmung mit den Brennercharakteristika.

Die luftreiche Verbrennung oder die reduzierte Verbrennung durch brennstoffreiche Verbrennung kann lokal innerhalb des gleichen Ofenraumes durchgeführt werden. Bei der Anordnung der Wärmeab­ sorptionswasserrohre innerhalb des Ofens ist es erforderlich, die Strömungsgeschwindigkeit der Flamme und des Verbrennungsgases in einem gewissen Ausmaß zu erhöhen, zwischen den Wärmeabsorptions­ wasserrohren, oder es ist erforderlich, die Strömungsgeschwindig­ keit in einem gewissen Ausmaß zwischen den Wärmeabsorptionswasser­ rohren herabzusetzen, um der charakteristischen Wärmeintensität in dem Abschnitt der Brennfläche Rechnung zu tragen, so daß das Verhältnis des Anstiegs P zum Durchmesser D des Wasserrohrs P/D vorzugsweise 1,1 bis 2,0 beträgt.

Wenn das Verhältnis P/D geringer ist als 1,1, wird die Gasströmungs­ geschwindigkeit um das Wasserrohr hoch, und der Druckabfall wird groß in einer Querschnittsfläche, senkrecht zur Strömungsrichtung, so daß ein gleichmäßiges Entzünden nicht erreicht und die Ver­ brennung gestört wird. Wenn P/D 2,6 überschreitet, wird die Gas­ strömungsgeschwindigkeit gering, und der Wärmeübergangswirkungs­ grad wird schlecht, so daß es zumindest unmöglich ist, den Ofen zu verkleinern.

Als weiteres Charakteristikum des Brenners sind Wärmeisolatoren auf der äußeren Oberfläche des Wasserrohres vorgesehen, oder Kanäle oder Rippen auf der inneren Oberfläche, im Fall einer hohen Strömung des Wasserrohres, die wirkungsvoll sind, um ein Durchbrennen der Wärmeübergangsoberfläche zu verhindern. Es er­ gibt sich weiter das Problem, wie der Brennstoff und die Luft eines zweistufigen Brenners oder eines dreistufigen Brenners gut zu mischen sind, in einem mehrstufigen Ofentyp-Kessel gemäß der Erfindung. Der Verbrennungsgasweg wird nach oben, nach unten oder horizontal abwärts von der ersten Stufe des Kessels gemäß der Erfindung geführt, wobei in diesem Fall die Richtung des Brenners der zweiten Stufe und nachher nahezu quer zur Strömung oder gegen die Strömung gerichtet wird (Fig. 9).

Es ist wirkungsvoll, den Hauptabgasweg so auszugestalten, daß 1/2 bis 1/5 der Brennerstrahlgeschwindigkeit einer jeden Stufe nach der zweiten Stufe des Hauptabgasstromes aufrechterhalten wird, um die Kapazität der Mischung der Gase anzuheben.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen soll die Erfindung nach­ folgend beispielhaft noch einmal erläutert werden.

Die Fig. 2 ist ein einzelner Schnitt durch eine beispielhafte Ausführung eines Ofens mit eingesetzten Wärmeabsorptionswasser­ rohren.

Die Fig. 4 zeigt ein Beispiel zur Erläuterung des fundamentalen Stromes der dritten Stufe eines Ofens mit eingesetzten Wärmeab­ sorptionswasserrohren, die in Tandemform angeordnet sind. Die Fig. 5 zeigt ein Beispiel einer Strömung der vertikalen Anordnung des Wasserrohrkessels gemäß der Erfindung. Die Fig. 7A, B und C zeigen jeweils die Kontur einer anderen Querschnittserläuterung der in Fig. 5 gezeigten Vertikalanordnung.

ln Fig. 6 ist ein anderes Ausführungsbeispiel gezeigt, mit einer Horizontalströmung bei horizontaler Anordnung. Fig. 8 zeigt die Kontur eines Gesamtschnittes der in Fig. 6 wiedergegebenen Hori­ zontalanordnung. In Fig. 9 ist der Schnitt der Brennerrichtung in schematischer Darstellung nach der zweiten Stufe gezeigt.

Die Fig. 1 und 4 sind Beispiele der ersten und zweiten Stufe des Ofens, die einen Außendurchmesser von 50,8 mm besitzen, bei einer Steigung von 80 mm in einer bemerkenswert dichten Anordnung. Wie die Fig. 4 zeigt, ist bei der ersten Stufe das Luftüber­ schußverhältnis E 1,25 und das Primärbrennstoffverbrauchsver­ hältnis X ist 0,65, d.h., 65% Brennstoff der Gesamtverbrennungs­ menge wird zur gleichen Zeit schwach entzündet, und die Erzeugung von promptem NOX und thermischem NOX wird unterdrückt, aufgrund der Tatsache, daß die Verbrennungstemperatur abgesenkt wird von 1835°C auf 1200°C durch Wärmeabfuhr.

Das vorerwähnte Abgas mit einer Temperatur von 1200°C strömt in Richtung auf das stromabwärtige Ende der ersten Stufe des Ofens und wird in die zweite Stufe des Ofens eingeführt, senkrecht zum Brennerstrahl der zweiten Stufe (entsprechend der Darstellung in Fig. 5).

Der zweiten Brennerstufe wird nur Brennstoff zugeführt, und das überschüssige Luftverhältnis E wird abgesenkt auf 0,9 durch Mischung des Brennstoffes mit dem Abgas von der ersten Stufe, so daß das erzeugte NOX an der ersten Stufe reduziert wird bei der reduzierenden Verbrennung, und die Temperatur des Abgases wird auf 1074°C abgesenkt durch die weitere Wärmeabfuhr. Das Abgas von der zweiten Stufe des Ofens strömt horizontal, und Brennstoff sowie Luft werden senkrecht vom Brenner der dritten Stufe zugeführt, wobei diese Abgase bald gemischt werden, und man erhält den optimalen Wert des Luftverhältnisses E, und die Temperatur des Abgases wird angehoben auf den optimalen Wert von 1200°C. In diesem Fall sind Wasserrohre nicht in die dritte Stufe des Verbrennungsrohres eingeführt, d.h., die dritte Stufe des Ofens befindet sich zwar im Zustand bei einer oxydierenden Flamme, aber die Gastemperatur ist bereits unter 1200°C abge­ senkt, wobei in diesem Fall die Wärmeabsorptionswasserrohre nicht in die dritte Stufe des Ofens eingeführt sind, da das NOX sehr gering ist bei dem Beispiel gemäß der Erfindung.

Die Abgase werden von dem Kessel durch einen Überhitzerwärme­ tauscher für den Konvektionswärmeübergang, Abgasvorwärmer und Lufterhitzer in einer ähnlichen Weise wie bei einem herkömmlichen Kessel abgeführt, entsprechend der Darstellung in Fig. 1 und 4.

Des weiteren ist eine horizontale Anordnung in den Fig. 6 und 8 wiedergegeben, wobei die Verbrennungsgase horizontal strömen, und das in den Ofen eingesetzte Wärmeabsorptionswasserrohr einer jeden Stufe ist horizontal angeordnet.

In diesem Fall kreuzen die Brenner der zweiten und der dritten Stufe die Abgase in einem rechten Winkel, oder sind mehr oder weniger in einem stromaufwärts gerichteten Winkel angeordnet, entsprechend der Darstellung in Fig. 9.

In diesem Fall ist es wirkungsvoll, die Mischbedingung der Gase so anzuheben, daß der Flächenbereich 1/2 bis 1/5 der Brennstrahl­ geschwindigkeit des Hauptabgasstromes nach der zweiten Stufe ist. Darüber hinaus ist es im Fall einer horizontalen Anordnung von Vorteil, einfach die Wärmeübergangselemente einer jeden Stufe panelartig am Herstellungsort (der Fabrik) auszubilden.

Die Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend zusammengefaßt werden: Als Ergebnis einer Kombination eines einfachen und mehrstufigen Ofens, der sich von dem herkömmlichen Ofen herkömm­ lichen Typs durch die Anordnung von in den Ofen eingeführten Wärmeabsorptionswasserrohren unterscheidet, ergibt sich die Ab­ nahme von NOX, das aus dem Kessel abgeführt wird, von über 25%, und das Volumen des Ofens kann auf 1/10 bis 1/20 des Volumens des herkömmlichen Ofens verringert werden, während außerdem das Kesselvolumen auf etwa 1/2 des herkömmlichen Kessels verringert werden kann. So ist es möglich, den Kessel klein und leicht auszu­ bilden. Darüber hinaus ist, während bei der Wasserrohrwandung des herkömmlichen Kessels der Wärmefluß der Heizfläche ungleich­ mäßig ist und diese teilweise der Gefahr von Überhitzung ausge­ setzt ist, im Fall der in den eingesetzten Wärmeabsorptionsrohre das Absorptionsausmaß der Heizfläche gleichmäßig und liegt bei der Ausgestaltung des Kessels unterhalb des kritischen Wärmeflusses, wobei die Verläßlichkeit und Sicherheit des Kessels be­ trächtlich erhöht werden. Für den Fall, daß in jeder Stufe die in den Ofen eingesetzten Wärmeabsorptionswasserrohre horizontal ange­ ordnet sind, kann das Wärmeübergangselement einer jeden Stufe panelartig ausgebildet sein, wobei es sich einfach am Her­ stellungsplatz zusammenbauen läßt.

Es soll an dieser Stelle noch einmal ausdrücklich angegeben werden, daß es sich bei der vorangehenden Beschreibung lediglich um eine solche beispielhaften Charakters handelt und daß verschiedene Abänderungen und Modifikationen möglich sind, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims (6)

1. Wasserrohrkessel, der einen Ofen mit mindestens einem Brenner umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Ofens eine ein­ fache oder mehrstufige Wärmeabsorptionskammer horizontal angeordnet ist und eine Vielzahl von Wärmeabsorptionswasserrohren (5 b) in einer dichten Anordnung innerhalb des Ofens, angrenzend an den Brenner (6), in welchem der Brennstoff verbrannt wird, angeordnet ist, wobei die Brenner innerhalb des Ofens einfach oder mehrstufig angeordnet sein können und im Fall der Mehrstufigkeit das Luft/ Brennstoffverhältnis des Brenners von Stufe zu Stufe veränderbar ist.

2. Wasserrohrkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeabsorptionswasserrohre (5 b) derart angeordnet sind, daß das Verhältnis der Steigung oder des Abstandes (B) der Wärme­ absorptionsrohre (5 b) zu deren Durchmesser (D) 1,1 ≦ P/D ≦ 2beträgt, wobei die Wasserrohre aus dem Bereich des Ofens entfernt sind, in welchem die Verbrennungstemperatur sich unterhalb etwa 1200°C befindet.

3. Wasserrohrkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Wärmeabsorptionswasserrohr (5 b) außen mit einer adiabatischen Deckschicht überzogen ist und auf der Innenseite Nuten oder Rippen trägt.

4. Wasserrohrkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Fall einer mehrstufigen Anordnung des in den Ofen eingeführten Wärmeabsorptionswasserrohres jede Stufe senkrecht oder horizontal angeordnet ist und die Brennerrichtung im rechten Winkel zu oder entgegengesetzt zum Abgas ausgerichtet ist, während die Strömungs­ fläche des Hauptabgasstromes derart ausgebildet ist, daß 1/2 bis 1/5 der Stromgeschwindigkeit einer jeden Stufe des Brenners nach der zweiten Stufe des Brenners vorliegt.

5. Verfahren zum Betrieb eines Wasserrohrkessels nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man bei einer dreistufigen horizontalen Anordnung der in den Ofen einge­ führten Absorptionswasserrohre, bei welchem die Brenner einer jeden Stufe einfach oder mehrzahlig ausgebildet sind, zur Erzielung einer mit Luft angereicherten Verbrennung in der ersten Stufe und einer Verbrennung mit reduziertem Luft/Brennstoffverhältnis unter 1, in der zweiten Stufe den Brennstoff allein verbrennt, oder mit einer geringen, dem Brennstoff zugeführten Luftmenge und schließlich das optimale Luft/Brennstoffverhältnis erreicht durch Zufuhr von Brennstoff und Luft in der dritten Stufe.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Ofen dreistufig horizontal anordnet und 50 bis 70% des Gesamt­ brennstoffes in der ersten Stufe verbrennt.