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Gliederkessel für Niederdruckdampf- und Warmwasser- Sammelheizungsanlagen
Gliederkessel für Niederdruckdampf- und Warmwasser-Sammelheizungsanlagen mit rohrrahmenarti- gen Gliedern, vorzugsweise aus Gusseisen, die einen Feuerraum durch im wesentlichen lotrechte Steigroh- re beidseitig oder einseitig begrenzen, wobei zwischen den feuerraumseitigen Steigrohren und weiteren ihnen parallelgeschalteten Steigrohren sowie aussenliegenden Fallrohren bzw. schrägen Verbindungsrohren von den Fallrohren zu den Steigrohren Heizgaszüge gebildet sind und die Steigrohre getrennt an die Fall- rohre angeschlossen sind und getrennt in den oberen Sammelraum ausmünden, sind bekannt. Dabei ist es üblich, die einzelnen, hintereinander angeordneten Kesselglieder durch Nippel miteinander zu verbin- den.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Heizflächenleistung derartiger Kessel bei'schonender Behandlung des Gliedermaterials zu erhöhen, wobei die Glieder trotz der hohen Leistung in einem Stück gegossen werden können.
Nach der Erfindung liegen die Anschlüsse der Steigrohre an die Fallrohre umso tiefer, je. näher das angeschlossene Steigrohr dem Feuerraum benachbart ist.
Die Wirkung dieser Anordnung besteht darin, dass die Wärmezufuhr von der Feuerraumseite nach aussen abnimmt. Man hat also auf der Feuerraumseite die stärkste Wärmezufuhr. Es wäre aber störend, wenn diese stärkere Wärmezufuhr auf der Feuerraumseite zu einer merklich stärkeren Erwärmung der feuerraumseitigen Steigrohre führen würde. Hieraus müsste nämlich eine von der Feuerraumseite nach aussen abfallende Temperatur folgen, welche zu Temperaturspannungen führen würde. Diese Gefahr wird dadurch beseitigt, dass die besondere Anordnung eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit in den feuerraumseitigen Steigrohren herbeiführt.
Die erhöhte Strömungsgeschwindigkeitin denfeuerraumseitigen Steigrohren wird (besonders bei Gliederkesseln mit Ölbrennern und bei gegenseitiger Trennung der Heizgaszüge durch auf den Kesselgliedern angebrachte Zuglenkleisten) noch dadurch gesteigert, dass die unteren Teile der feuerraumseitigen Steigrohre allseitig von frischen Abgasen umströmt werden, so dass sich hier eine sehr konzentrierte Wärmezufuhr ergibt.
Die sich hieraus ergebende erhöhte Strömungsgeschwindigkeit des Wärmeträgers in den Steigrohren kann sich aber wegen der getrennten Strömungswege nur innerhalb der feuerraumseitigen Steigrohre auswirken und erzwingt hier einen Ausgleich zwischen Wärmezufuhr und Wärmeabfuhr, d. h. eine Temperatur, die keine Temperaturspannungen zulässt. Zu diesem Zweck fehlen die Zuglenkleisten vorteilhaft auf den feuerraumseitigen Steigrohren in deren unterem Bereich und auf den andern Steigrohren vornehmlich im vorderen Bereich des Kessels.
Bei vielen Kesseln, insbesondere bei Ölfeuerungskesseln, wird die Flamme von der Stirnseite aus bis kurz vor die Kesselrückwand geblasen und dann von hier aus etwa rechtwinkelig in die Heizgaszüge zwischen die einzelnen Kesselglieder abgelenkt. Die Verbrennungsprodukte treten dabei aus dem Feuerraum durch die freien Zwischenräume im unteren Bereich der feuerraumseitigen Steigrohre in eine zwischen den unteren Teilen der feuerraumseitigen Steigrohre und den unteren Teilen der Fallrohre gebildete Vorkammer ein, steigen von dort in den zwischen den parallelgeschalteten Steigrohren und den oberen Teilen der Fallrohre gebildeten ersten Zug,
treten im vorderen Teil des Kessels aus diesem ersten Zug in
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den zwischen den ersten parallelgeschalteten Steigrohren und den oberen Teilen der feuerraumseitigen Steigrohre gebildeten Abgaskanal, den sie von vorn nach hinten durchströmen, um den Kessel nach rückwärts zu verlassen.
An sich ist eine Kesselanordnung bekannt, bei der die untere Wasserkammer mit der oberen Wasseri kammer durch parallelgeschaltete Steigrohre sowie parallelgeschaltete Fallrohre miteinander verbunden sind und zwischen diesen Steigrohren keine flüssigkeitsführenden Verbindungen vorhanden sind. Dort liegen aber die Anschlussstellen der Steigrohre in derselben Höhe. Auch sind Zuglenkleisten an sich bekannt.
In den Zeichnungen sind vorteilhafte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Kessels dargestellt.
) Dabei zeigt Fig. 1 einen lotrechten Querschnitt durch den Kessel in zwei verschiedenen Schnittebenen, u. zw. links einen Schnitt zwischen mittleren Gliedern und rechts einen Schnitt zwischen Gliedern im vorderen Teil des Kessels, Fig. 2 einen Querschnitt nach Linie n-n in Fig. 1 durch ein Kesselglied, Fig. 3 einen Querschnitt nach Linie lu-ri in Fig. 1 durch zwei nebeneinanderliegende Kesselglieder, Fig. 4 einen Schnitt nach Linie IV-IV in Fig. 1 an der Berührungsstelle des feuerraumseitigen Steigrohi res mit einem innenliegenden Steigrohr eines einzelnen Gliedes, Fig. 5 ein anderes Ausführungsbeispiel eines einzelnen Seitenhalbgliedes und Fig. 6 ein ähnliches Ausführungsbeispiel mit anderer Rauchgasführung..
Es sollen zunächst die Fig. 1 - 4 betrachtet werden.
Mit 1 ist ein einzelnes seitliches Kesselglied bezeichnet. Die Glieder sind oben an der Nabe 2 und unten an der Nabe 3 in bekannter Weise mit konischen Nippeln zusammengebaut. Die Zufuhr des aus der Heizungsanlage zurückfliessenden Wassers oder bei Dampfkesseln des zurückfliessenden Kondensates kann in der oberen Nippelreihe 2 oder auch in der unteren Nippeleihe 3 erfolgen.
In Fig. 2 erkennt man an dem Schnitt li-no dass die Glieder des Ausführungsbeispieles nach Fig. 1 (ebenso wie bei den Fig. 5 und 6) aus einzelnen Wasserläufen gebildet sind, die im wesentlichen rohr- förmigen Querschnitt haben. Hiebei sind 4, 5 und 6 die Steigrohre. Es können auch noch mehr innenliegende Steigrohre etwa parallel zu den Steigrohren 5 und 6 angeordnet sein. 7 ist das aussenliegende Fallrohr, das in seinem Querschnitt grösser gehalten sein kann als die Steigrohre. Auf den Kesselgliedern sind Zuglenkleisten 8,9, 10,11, 12,13 und 14 (vgl. auch Fig. l) angebracht, die es ermöglichen, die einzelnen Kesselglieder rauchgasdicht hintereinander aufzubauen.
Nur im vorderen Teil des Kessels fehlen an den Steigrohren 5 die Zuglenkleisten 14 (wie auf der rechten Seite der Fig. l dargestellt), damit hier die Rauchgase. die aus dem Feuerraum 15 zwischen den {ebenfalls nicht mit Zuglenkleisten ausgerüsteten) unteren Teilen der Steigrohre 4 im Sinne des schrägen gestrichelten Pfeiles in die Vorkammer 16 und von dort im Sinne des senkrechten gestrichelten Pfeiles aufsteigend in den vom Steigrohr 6 unterteilten ersten Zug 17 gelangen und durch den Schomsteinzug in diesem nach der Kesselvorderseite gesaugt werden, in den Abgaskanal 18 übertreten können (waagrechter, gestrichelter Pfeil rechts in Fig. 1).
Bei entsprechender Auslegung der Heizflächen ist es möglich, die aus der Vorkammer 16 in den Heizgaskanal 17 aufsteigenden Heizgase auch unmittelbar in den Abgaskanal 18 zu leiten, wie dies bei der Erläuterung der Fig. 6 näher beschrieben wird.
In Fig. 3 ist ein Schnitt nach Linie rn-rn dargestellt. Man sieht auch hier, dass die Steigrohre 4 in dem unteren Bereich keine Zuglenkleisten aufweisen, damit die Feuergase von dem Feuerraum 15 aus zwischen dem unteren Teil der Steigrohre 4 in die Vorkammer 16 hindurch eintreten können. In der untenliegenden Vorkammer 16 könnennochnicht voll ausgebrannte Verbrennungsprodukte nachverbrennen, so dass beim Aufsteigen in den ersten Zug 17 nur noch ausgebrannte Gase übertreten. Die Rauchgase strömen im ersten Zug 17 nach vorn und treten an den Stellen, an denen die Steigrohre 5 nicht mit Zuglenkleisten 14 versehen sind, in den Abgaskanal 18 über, durchströmen diesen von vorn nach hinten und verlassen den Kessel in den Schornstein.
Durch diese Rauchgasführung wird die gesamte Kesselheizfläche möglichst gleichmässig beaufschlagt und gleichmässig zur Wärmeübertragung herangezogen.
Um Wärmespannungen in den einzelnen Gliedern weitgehend zu vermeiden, sind die Glieder in an sich bekannter Weise röhrenförmig ausgebildet. Damit die dem Feuerraum zugewendeten Stirnflächen der Glieder nicht übermässig stark erhitzt werden, ist durch die Wasserführung in den einzelnen Gliedern Vorsorge getroffen, dass die am stärksten beheizten Steigrohre 4 nur von dem am unteren Ende eintretenden Wasser durchflossen werden und mit den Steigrohren 5 und 6 keine wasserführende Verbindung haben.
Auch an der Berührungsstelle der Steigrohre 4 und 5 tritt vom Rohr 5 keine Flüssigkeit in das Steigrohr 4 ein, wie sich aus dem Schnitt IV-IV (s. Fig. 4) ergibt. Da nun die Steigrohre 4 vom Feuerraum 15 aus stark angestrahlt und in ihrem unteren Bereich durch die aus dem Feuerraum 15 in die Vorkammer
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16 übertretenden, noch sehr heissen Gase beaufschlagt werden, entwickelt sich in diesen Steigrohren 4 ein ausserordentlich lebhafter Auftrieb. Da die Steigrohre 4 mit den andern Steigrohren 5 und 6 keine wasser- führende Verbindung haben, kann das stark erhitzte Wasser in den Steigrohren 4 in kein anderes Steigrohr ausweichen und muss zwangsläufig das Steigrohr 4 von der unteren Nabe 3 bis zur oberen Nabe 2 durchströ- ) men.
Durch den starken Auftrieb wird eine grössere Wassermenge angesaugt als in den Steigrohren 5 und 6, so dass infolge der hiemit verbundenen grösseren Wassergeschwindigkeit die erfindungsgemäss angestrebte stärkere Kühlung der Rohrwand im Steigrohr 4 erreicht wird. Im Kesselglied selbst ergeben sich durch die- se Ausbildung definierte Eigenzirkulationen. Im oberen Teil des Gliedes 1 stellt sich bei einem Sammel- ) heizungs-Niederdruckdampfkessel nach der gestrichelten Linie 19 der Wasserstand ein. Der Dampf wird an dieser Oberfläche ausgeschieden und verlässt die Glieder durch die obere Nippelreihe 2 in Richtung der Pfeile 20. Das'zurückfliessende Wasser tritt in Richtung der Pfeile 21 in den oberen Teil der Fallrohre
7 ein.
Von'hier aus verteilt es sich auf die Steigrohre 6, 5 und 4 nach den angedeuteten Pfeilen. Die Aus- i schüttung des Dampf-Wasser-Gemisches in den Dampfraum 22 erfolgt aus den Steigrohren 6 und 5 in
Richtung der Pfeile 23 und aus dem am stärksten beheizten Steigrohr 4 in Richtung des Pfeiles 24. Durch diese Rohrführung ergibt sich in jedem Steigrohr 6,5 und 4 ein Auftrieb, der um so stärker ist, je mehr die Steigrohre beheizt werden.
Es ist offensichtlich, dass die feuerraumseitigen Steigrohre 4 infolge ihrer grösseren Heizfläche und der stärkeren Beheizung mit einer grösseren Geschwindigkeit durchströmt werden als die Steigrohre 5 und
6. Die Kühlwirkung auf das Material der Rohrwandungen ist daher bei den Steigrohren 4 auch wesentlich lebhafter als bei den Steigrohren 5 und 6. Da diese aber nur noch von bereits bis zu einem gewissen
Grad abgekühlten Rauchgasen beaufschlagt werden, ist auch hier die Erwärmung der Rohrwandungen nicht mehr so stark wie bei den Steigrohren 4. Die Wandungstemperaturen der Steigrohre 4, 5 und 6 und auch der Fallrohre 7 werden keine wesentlichen Unterschiede aufweisen. Die Temperaturverteilung über das ganze Glied ist also gleichmässiger als bei den bisher bekanntgewordenen Kesselgliedern.
Im übrigen ergibt sich eine eindeutige Richtung der Zirkulation, was insbesondere bei Dampfes- seln einen wesentlichen Vorteil bedeutet. Aber auch bei Warmwasserkesseln, bei denen das Rücklauf- wasser in die untere Nippelreihe 3 eingespeist wird, bei denen also auch in den Fallrohren 7 ein Auftrieb auftritt, ist die Wandungstemperatur in den Gliedern gleichmässiger, da durch die getrennten Wasser- läufe die stark beheizten Wandungsteile infolge der lebhafteren Durchströmung besser gekühlt werden als bisher.
Der im oberen Teil der Glieder 1 angeordnete Dampfraum 22 hängt zweckmässig über die gesamte
Gliedbreite zusammen (vgl. die durchgehende Linie 19), was mit Rücksicht auf eine geringe Belastung der Ausdampffläche wertvoll ist.
Im unteren Teil der Glieder 1 können wassergekühlte Roste 25 für die Verfeuerung von festen Brenn- stoffen vorgesehen sein. Bei einem ölgefeuerten Kessel wird der Ölbrenner an der Stirnseite des Kessels im Bereich des gestrichelt eingezeichneten Kreises 26 angebaut, wobei man eine möglichst zentrische
Lage des Ölbrenners wählt, da sie für die Wärmeübertragung auf die Strahlungsheizflächen des Feuer- raumes 15 am günstigsten ist.
Bei der Verwendung des Kessels als Ölfeuerungskessel ist die weiter oben beschriebene Rauchgas- führung für die gleichmässige Beaufschlagung der gesamten Kesselheizfläche besonders wertvoll, da die
Flamme des an der Kesselstirnseite angebauten Ölbrenners von vorn nach hinten in den Kessel geblasen wird, wobei dann durch die Rauchgasführung trotzdem eine gleichmässige Beaufschlagung der gesamten
Kesselheizfläche erzielt wird.
In Fig. 5 ist ein einzelnes seitliches Kesselglied dargestellt, bei dem das Wasser den Steigrohren durch mehrere Querrohre 31 und 33 zugeführt wird. In dieser Figur sind nur das feuerraumseitig gelegene Steig- rohr 4 und ein inneres Steigrohr 5 gezeigt, die wieder keine flüssigkeitsführende Verbindung besitzen. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Wasserzulauf zu den dem Feuerraum zugewendeten Steigrohren 4 tiefer angeordnet als der Wasserzulauf zu den im Gliedinnern gelegenen Steigrohren 5.
Das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 6 betrifft eine etwas geänderte Rauchgasführung gegenüber dem
Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 und ist in gleicher oder ähnlicher Weise auch bei dem Ausführungsbei- spiel gemäss den Fig. 1-4 anwendbar. Die obere, waagrechte Zuglenkleiste 10, welche nach den Fig. 1 bis 5 die lotrechten Zuglenkleisten 9 (auf 7), 14 (auf 5) und 11 (auf 4) verbindet, ist fortgelassen.
Statt dessen sind die lotrechten Zuglenkleisten 9 und 11 oben durch einen grossen Zuglenkbogen 40
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verbunden und die lotrechte Zuglenkleiste 14 endet oben in einen kurzen Zuglenkbogen 41. Auf diese Weise entsteht ein unmittelbarer Übergang 42 vom ersten Zug 17 zum Rauchgaskanal 18. Eine solche Zugführung ist besonders dann brauchbar, wenn die auf dem Rost 25 ruhende Feuerung allen hintereinander angeordneten Kesselgliedern 1 ungefähr die gleiche Wärmeenergie zuführt.
Die Rauchgase treten hiebei im
Sinne des schrägen gestrichelten Pfeiles aus dem Feuerraum 15 in die Vorkammer oder den Nachverbrennungsraum 16 ; von dort steigen sie gemäss dem geraden gestrichelten Pfeil nach oben in den Heizgaskanal 17, der aber jetzt nicht in Längsrichtung, sondern nur lotrecht durchströmt wird ; hierauf gelangen die Rauchgase durch den gekrümmten Übergang 42, der keineswegs immer durch Kreislinien begrenzt zu sein braucht, in den Abgaskanal 18, aus dem sie in den Schornstein abgesaugt werden.
In allen Fällen können die Steigrohre 5 und 6 und die dem Feuerraum zugewendete Seite des Steigrohres 4 wie auch die Querrohre 31 und 33 mit kurzen Rippen versehen sein, um die Heizfläche und damit den Wärmeübergang zu vergrössern. Es ist auch möglich, im unteren Teil der Fig. 5 die Querrohre 31 fortzulassen oder eine andere kombinierte Lösung zu wählen, die zum Teil die Merkmale der Fig. 1 und der Fig. 6 aufweist.
Der Erfindungsgegenstand kann auch bei einseitigen Kesseln benutzt werden, wobei also z. B. in Fig. 1 die rechte Reihe von Kesselgliedern fehlt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Gliederkessel für Niederdruckdampf- und Warmwasser-Sammelheizungsanlagen mit rohrrahmenartigen Kesselgliedern, vorzugsweise aus Gusseisen, die einen Feuerraum durch im wesentlichen lotrechte Steigrohre beidseitig oder einseitig begrenzen, wobei zwischen den feuerraumseitigen Steigrohren, weiteren ihnen parallelgeschalteten Steigrohren sowie aussenliegenden Fallrohren bzw. schrägen Verbindungsrohren von den Fallrohren zu den Steigrohren Heizgaszüge gebildet sind und die Steigrohre getrennt an die Fallrohre angeschlossen sind und getrennt in dengemeinsamen oberen Sammelraum ausmünden, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlüsse der Steigrohre (4, 5,6) an die Fallrohre (7) um so tiefer liegen, je näher das angeschlossene Steigrohr dem Feuerraum (15) benachbart ist.