EP0272369A2 - Heizungskessel für eine Niedertemperaturheizung - Google Patents

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EP0272369A2
EP0272369A2 EP87109283A EP87109283A EP0272369A2 EP 0272369 A2 EP0272369 A2 EP 0272369A2 EP 87109283 A EP87109283 A EP 87109283A EP 87109283 A EP87109283 A EP 87109283A EP 0272369 A2 EP0272369 A2 EP 0272369A2
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water jacket
flue gas
burner
gas collector
boiler
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Friedhelm Salzmann
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Deutsche Babcock Werke AG
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/22Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating
    • F24H1/24Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers
    • F24H1/26Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers the water mantle forming an integral body
    • F24H1/263Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers the water mantle forming an integral body with a dry-wall combustion chamber

Definitions

  • the invention relates to a heating boiler for a low-temperature heating with the features of the preamble of claim 1 and a method for operating such a heating boiler.
  • a generic boiler which has two concentrically arranged water jackets.
  • the cross section of the flue gas flues lying between the water jackets and between the inner water jacket and the flue gas collector is so large that flow velocities of the flue gas set in which condensation of corrosive constituents of the flue gas can be largely reduced even at low flow and return temperatures.
  • the well-known boiler is a steel structure to achieve a good match between the boiler and the burner with a compact design.
  • Cast heating boilers are also known, which are constructed according to the link construction and are supplemented by further boiler sections depending on the heating output of the heating boiler.
  • the processing of the individual boiler sections for a reliable seal during assembly leads to a considerable increase in price.
  • such heating boilers can only be operated with great technical efforts at low water temperatures, so that mainly steel boilers are used for low-temperature heating boilers.
  • a cast-on rib offers a significantly cheaper heat transfer compared to a welded steel sheet.
  • the invention has for its object to provide a generic, intended for a low temperature heating boiler in such a way that the boiler is simple to manufacture, has a low water content and emits less pollutants.
  • the flue gases are deflected in a manner that allows favorable heat transfer to the water.
  • the inclusion of the flame tube of the burner in the water jacket enables direct cooling of the flame tube in the case of blue-burning flames, which leads to a drastic reduction in the nitrogen oxide content in the flue gas.
  • the additional heating surface can be reduced. Characterized in that the ribs formed on the inside of the water jacket abut the insertion part, there is good heat-conducting contact between the insertion part and the upper edge of the rib of the water jacket. The heat given off to the insert part is thereby transferred to the water in the water jacket in a favorable manner.
  • the alleys formed between the ribs on the inside of the water jacket represent flue gas-carrying ducts.
  • the flue gas is guided in these ducts and in the annular space between the insert part and the flue gas collector at a speed which is close to the turbulence limit.
  • a correspondingly high static pressure is converted into dynamic pressure.
  • the pressure acting on the cooled heat exchanger surfaces is reduced, which leads to a lowering of the condensation temperature point. In this way, operation at very low heating water temperatures is possible without the formation of condensation on the heat exchanger surfaces. Only after entering the Flue gas collector slows down the gas flow, which is not critical here, since the flue gases do not touch any other cooled surfaces.
  • the boiler shown is intended for low-temperature heating and contains a cylindrical water jacket 1.
  • the water jacket 1 through which heating water flows is provided at the top with a nozzle 2 for the heating water flow and with a nozzle 3 for the heating water return of a connected heating system.
  • a water filling or drain connector 4 provided in the lower part of the water jacket 1 .
  • webs 5 for stabilizing the water jacket 1 are arranged radially.
  • the burner itself is not part of the invention and is therefore only indicated by dashed lines.
  • the mouth of the burner 6 is connected to a flame tube 7 in which the combustion of the fuel takes place.
  • the exit of the flame tube 7 is constricted in cross section.
  • the flame tube 7 is integrated in the water jacket 1 and is directly cooled by the water flowing in the water jacket 1.
  • Ribs 8 are formed on the inside of the water jacket 1 and are oriented radially.
  • An insert part 9 is inserted into the free interior of the water jacket 1 through the end face of the water jacket 1 facing away from the burner 6.
  • the insertion part 9 is tubular and lies against the ribs 8.
  • the insertion part 9 has the shape of an H in cross-section, in that it is separated by a radial partition 10 into two spaces 11, 12 that are open to both end faces is divided.
  • the space facing the burner 6 and the flame tube 7 serves as the combustion space 11 for the afterburning of the fuel.
  • An uncooled flue gas collector 13 protrudes into the space 12 of the insert part 9 facing away from the burner 6 up to close to the partition wall 10.
  • the open end face of the water jacket 1 is closed by a cover 14 which is penetrated by the flue gas collector 13. Beyond the cover 14, the flue gas collector 13 is provided with a measuring nozzle 15.
  • the direction of flow of the flue gas produced by the combustion of fuel and air is indicated by arrows in FIG. 1.
  • the flue gas After leaving the flame tube 7, the flue gas enters the combustion chamber 11 and is deflected at the partition 10.
  • the deflected flue gas flows through alleys 16, which are formed between the insertion part 9 and the ribs 8 formed on the inside of the water jacket 1.
  • the flue gas At the end of the alleys 16, the flue gas enters the annular space between the insertion part 9 and the flue gas collector 13. A speed of the flue gas which is close to the turbulence limit is maintained in the flue gas paths created in this way, so that condensation of condensable constituents of the flue gas is avoided.
  • the diameter of the flue gas collector 13 is chosen so large that after the flue gas enters the flue gas collector 13, the flow velocity of the flue gas slows down.
  • the water jacket 1 including the flame tube 7 consists of one piece and is made by casting from a gray cast iron material.
  • the insertion part 9 is designed in the same way. The water jacket 1 and the insert part 9 expand in the direction of the flue gas flowing through the alleys 16.

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Abstract

Der Heizungskessel enthält einen Brenner (6), einen ungekühlten Rauchgassammler (13) und einen zylindrischen Wassermantel (1), an dessen Innenseite Rauchgase entlang geführt sind. Um die Herstellung des Heizungskessels zu vereinfachen und die Schadstoffemission zu verringern, ist der Wassermantel (1) als einstückiges durch Gießen hergestelltes Bauteil ausgebildet, an dessen Innenseite Rippen (8) angeformt sind. Ein rohrförmiges Einschubteil (9) ist in den Wassermantel (1) eingesetzt und liegt an den Rippen (8) an. Der Brenner (6) ist mit einem Flammrohr (7) versehen, das in den Wassermantel (1) integriert und durch Wasser gekühlt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Heizungskessel für eine Niedertemperaturheizung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Heizungskessels.
  • Aus der DE-OS 35 08 117 ist ein gattungsgemäßer Heizungskessel bekannt, der zwei konzentrisch angeordnete Wassermäntel aufweist. Der Querschnitt der zwischen den Wassermänteln und zwischen dem inneren Wassermantel und dem Rauchgassammler liegenden Rauchgaszüge sind so groß bemessen, daß sich Strömungsgeschwindigkeiten des Rauchgases einstellen, bei denen auch bei niedrigen Vorlauf- und Rücklauftemperaturen eine Kondensation von korrosiv wirkenden Bestandteilen des Rauchgases weitgehend vermindert werden kann. Der bekannte Heizungskessel ist eine Stahlkonstruktion, um bei einer kompakten Bauweise eine gute Abstimmung zwischen dem Heizungskessel und dem Brenner zu erzielen.
  • Weiterhin sind gegossene Heizungskessel bekannt, die nach der Gliederbauweise aufgebaut sind und je nach der erforderlichen Heizleistung des Heizungskessels um weitere Kesselglieder ergänzt werden. Die Bearbeitung der einzelnen Kesselglieder für eine zuverlässige Abdichtung beim Zusammenbau führt zu einer starken Verteuerung. Darüber hinaus können derartige Heizungskessel aufgrund ihrer ungünstigen Brennraumgeometrie nur unter großen technischen Anstrengungen mit niedrigen Wassertemperaturen betrieben werden, so daß für Niedertemperatur-Heizungskessel vorwiegend Stahlkessel eingesetzt werden. Andererseits bietet aber eine angegossene Rippe einen wesentlich günstigeren Wärmeübergang gegenüber einem angeschweißten Stahlblech.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen, für eine Niedertemperaturheizung bestimmten Heizungskessel derart auszubilden, daß der Heizungskessel einfach in der Herstellung ist, einen geringen Wasserinhalt aufweist und weniger Schadstoffe emittiert.
  • Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Heizungskessel erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Heizungskessels findet eine Umlenkung der Rauchgase in einer Weise statt, die eine günstige Wärmeübertragung auf das Wasser gestattet. Die Einbeziehung des Flammrohres des Brenners in den Wassermantel ermöglicht eine direkte Kühlung des Flammrohres bei blau brennenden Flammen, was zu einer drastischen Senkung des Stickoxidanteils im Rauchgas führt. Gleichzeitig ergibt sich in diesem Bereich ein wesentlich erhöhter Wärmeübergang gegenüber der Nachschaltheizfläche. Die Nachschaltheizfläche kann dadurch verringert werden. Dadurch, daß die an die Innenseite des Wassermantels angeformten Rippen an dem Einschubteil anliegen, ist ein guter wärmeleitender Kontakt zwischen dem Einschübteil und der Rippenoberkante des Wassermantels gegeben. Die an das Einschubteil abgegebene Wärme wird dadurch auf das Wasser im Wassermantel in günstiger Weise übertragen. Insgesamt ergibt sich eine geringe Gesamtabmessung des Kessels, wobei gegenüber dem gattungsgemäßen Heizungskessel die Anordnung eines einzigen Wassermantels genügt. Die verringerte Gesamtabmessung ermöglicht eine kostengünstige Herstellung des Heizungskessels aus Gußteilen, wobei durch die konische Ausbildung die Herstellung eines Gußmodells erleichtert wird.
  • Die zwischen den Rippen auf der Innenseite des Wassermantels gebildeten Gassen stellen rauchgasführende Kanäle dar. In diesen Kanälen sowie in dem Ringraum zwischen dem Einschubteil und dem Rauchgassammler wird das Rauchgas mit einer Geschwindigkeit geführt, die nahe der Turbulenzgrenze liegt. Dadurch wird ein entsprechend hoher statischer Druck in dynamischen Druck umgewandelt. Der auf die gekühlten Wärmetauscherflächen einwirkende Druck wird reduziert, was zu einer Senkung des Kondensationstemperaturpunktes führt. Auf diese Weise wird ein Betrieb bei sehr niedrigen Heizwassertemperaturen möglich, ohne daß es zur Kondensationsbildung an den Wärmetauscherflächen kommt. Erst nach dem Eintritt in den Rauchgassammler verlangsamt sich die Gasströmung, was hier unkritisch ist, da die Rauchgase keine weiteren gekühlten Flächen berühren.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen
    • Fig. 1 den Längsschnitt durch einen Heizungskessel gemäß der der Erfindung und
    • Fig. 2 den Schnitt II - II nach Fig. 1.
  • Der dargestellte Heizungskessel ist für eine Niedertemperaturheizung bestimmt und enthält einen zylindrischen Wassermantel 1. Der von Heizwasser durchflossene Wassermantel 1 ist an der Oberseite mit einem Stutzen 2 für den Heizwasservorlauf und mit einem Stutzen 3 für den Heizwasserrücklauf eines angeschlossenen Heizungssystemes versehen. In dem unteren Teil des Wassermantels 1 ist ein Wasserfüll- ­bzw. -ablaßstutzen 4 vorgesehen. In dem Hohlraum innerhalb des Wassermantels 1 sind Stege 5 zur Stabilisierung des Wassermantels 1 radial angeordnet.
  • An die eine Stirnseite des Wassermantels 1 ist ein Brenner 6 angeschraubt, der ein Öl- oder Gasbrenner ist und mit blauer Flamme brennt. Der Brenner selbst gehört nicht zur Erfindung und ist daher nur durch gestrichelte Linien angedeutet. Die Mündung des Brenners 6 ist mit einem Flammrohr 7 verbunden, in dem die Verbrennung des Brennstoffes stattfindet. Der Ausgang des Flammrohres 7 ist im Querschnitt eingeschnürt. Das Flammrohr 7 ist in den Wassermantel 1 integriert und wird durch das in dem Wassermantel 1 strömende Wasser direkt gekühlt.
  • An die Innenseite des Wassermantels 1 sind Rippen 8 angeformt, die radial ausgerichtet sind. In den freien Innenraum des Wassermantels 1 ist durch die dem Brenner 6 abgewandte Stirnseite des Wassermantels 1 ein Einschubteil 9 eingesetzt. Das Einschubteil 9 ist rohrförmig und legt sich an die Rippen 8 an. Das Einschubteil 9 hat im Querschnitt die Form eines H, indem es durch eine radiale Trennwand 10 in zwei zu beiden Stirnseiten hin offene Räume 11, 12 geteilt ist. Der dem Brenner 6 und dem Flammrohr 7 zugewandte Raum dient als Feuerraum 11 zur Nachverbrennung des Brennstoffes. In den dem Brenner 6 abgewandten Raum 12 des Einschubteiles 9 ragt ein ungekühlter Rauchgassammler 13 bis nahe an die Trennwand 10 hinein. Die offene Stirnseite des Wassermantels 1 ist durch einen Deckel 14 verschlossen, der von dem Rauchgassammler 13 durchdrungen ist. Jenseits des Deckels 14 ist der Rauchgassammler 13 mit einem Meßstutzen 15 versehen.
  • Die Strömungsrichtung des durch die Verbrennung von Brennstoff und Luft entstandenen Rauchgases ist in der Fig. 1 durch Pfeile gekennzeichnet. Nach dem Verlassen des Flammrohres 7 tritt das Rauchgas in den Feuerraum 11 ein und wird an der Trennwand 10 umgelenkt. Das umgelenkte Rauchgas strömt durch Gassen 16, die zwischen dem Einschubteil 9 und den an die Innenseite des Wassermantels 1 angeformten Rippen 8 gebildet sind. Am Ende der Gassen 16 tritt das Rauchgas in den Ringraum zwischen dem Einschubteil 9 und dem Rauchgassammler 13 ein. In den auf diese Weise geschaffenen Rauchgaswegen ist eine Geschwindigkeit des Rauchgases eingehalten, die nahe an der Turbulenzgrenze liegt, so daß eine Kondensation von kondensierbaren Bestandteilen des Rauchgases vermieden wird. Das wird dadurch erreicht, indem ein entsprechend hoher statischer Druck in dynamischen Druck umgewandelt wird, was zu einer Reduktion des auf die gekühlten Oberflächen einwirkenden Druckes führt und mittelbar zu einer Senkung des Kondensationstemperaturpunktes beiträgt. Der Durchmesser des Rauchgassammlers 13 ist so groß gewählt, daß nach dem Eintritt des Rauchgases in den Rauchgassammler 13 sich die Strömungsgeschwindigkeit des Rauchgases verlangsamt.
  • Der Wassermantel 1 einschließlich des Flammrohres 7 besteht aus einem Stück und ist durch Gießen aus einem Graugußwerkstoff hergestellt. In der gleichen Weise ist das Einschubteil 9 ausgebildet. Der Wassermantel 1 und das Einschubteil 9 erweitern sich in Richtung des durch die Gassen 16 strömenden Rauchgases.

Claims (5)

1. Heizungskessel für eine Niedertemperaturheizung mit einem Gas- ­oder Ölbrenner (6), einem ungekühlten Rauchgassammler (13) und einem zylindrischen Wassermantel (1), an dessen Innenseite Rauchgase entlanggeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Wassermantel (1) auf seiner Innenseite mit in Längsrichtung verlaufenden Rippen (8) versehen ist, daß ein rohrförmiges Einschubteil (9) in den Wassermantel (1) eingesetzt ist und an den Rippen (8) anliegt, daß der Wassermantel (1) und das Einschubteil (9) jeweils als ein einstückiges, aus Gußeisen hergestelltes Bauteil ausgebildet sind und sich in einer Richtung konisch erweitern und daß der Brenner (6) mit einem Flammrohr (7) verbunden ist, das in den Wassermantel (1) integriert und durch Wasser gekühlt ist.
2. Heizungskessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einschubteil (9) von der dem Brenner (6) abgewandten Stirnseite in den Wassermantel (1) einschiebbar ist.
3. Heizungskessel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Einschubteil (9) durch eine radial angeordnete Trennwand (10) in zwei einseitig offene Räume (11, 12) aufgeteilt ist, von denen einer dem Flammrohr (7) zugewandt und als Feuerraum ausgebildet ist und in dessen anderen Raum (12) der Rauchgassammler (13) bis nahe an die Trennwand (10) geführt ist.
4. Heizungskessel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Rauchgassammlers (10) so groß gewählt ist, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Rauchgases erst nach dem Eintritt in den Rauchgassammler (13) verlangsamt wird.
5. Verfahren zum Betreiben eines Heizungskessels nach den Ansprüchen1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rauchgas zwischen dem Wassermantel und dem Einschubteil sowie zwischen dem Einschubteil und dem Rauchgassammler mit einer solchen Geschwindigkeit geführt wird, daß auf die gekühlten Oberflächen des Wassermantels und des Einschubteiles ein geringer, unterhalb des Atmosphärendruckes liegender statischer Druck einwirkt.
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