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Kessel, insbesondere Wasserheizungskessel
Die Erfindung betrifft einen Kessel, insbesondere Wasserheizungskessel, mit einem insbesondere zylindrischen Feuerraum, der wenigstens teilweise von einem Wassermantel umgeben ist, welcher von beliebig vielen, parallel zur Feuerraumlängsrichtung verlaufenden Rauchrohren durchsetzt ist.
Bei der Wärmeübertragung spielt die sogenannte mittlere Temperaturdifferenz eine bedeutende Rolle. Je grösser diese ist, umso kleiner kann die Wärmeübertragungsfläche (Heizfläche) für die Übertragung einer bestimmten Wärmemenge vom Rauchgas auf ein aufzuheizendes Medium, z. B. Wasser, pro Zeiteinheit sein. Diese mittlere Temperaturdifferenz ist beim Gegenstromprinzip am grössten. Ferner ist bei der Wärmeübertragung die sogenannte Wärmedurchgangszahl von grosser Bedeutung, die angibt, welche Wärmemenge pro m2, Stunde und OC mittlerer Temperaturdifferenz durch die Heizfläche geht. Sie ist wasserseitig verhältnismässig gross, gasseitig jedoch verhältnismässig klein und geschwindigkeitsabhängig, weshalb hohe Gasgeschwindigkeiten günstig sind.
Im Bereich der Flammenstrahlung ist sie grösser, wodurch durch ungleichmässige Belastung grossflächiger Wandungsteile hohe Wärmespannungen auftreten.
Bei der Konstruktion von Wasserheizungskesseln wurde bisher der Einfachheit halber auf diese Ge- setzmässigkeiten wenig Rücksicht genommen. Die bekannten Bauarten beschränken sich im wesentlichen auf die Verwendung von Wärmeübertragungselementen, wie Feuerbüchsen oder Flammrohre, Rauchrohre und Wasserrohre, die ohne Rücksicht auf die Strömungsrichtung und-geschwindigkeit kombiniert werden.
Bei bekannten Kesseln der eingangs erwähnten Art ist ein liegendes zylindrisches Flammrohr von einem Wassermantel umgeben, in dem die zum Flammrohr parallelliegenden Rauchrohre ringförmig um das Flammrohr angeordnet sind. Dabei wird vom Brenner, der an einer Stirnseite des Flammrohres liegt, im Flammrohr ein Staudruck erzeugt, der eine intensive Durchwirbelung der Verbrennungsgase bewirkt. Die Gase kehren in dem geschlossenen Feuerraum um und bilden so einen zweiten Zug, der entlang der Flammrohrwandung zurückstreicht, worauf die Verbrennungsgase wenigstens teilweise in die Rauchrohre eintreten, die einen dritten Zug bilden.
Bei einer andern bekannten Bauart sind die Rauchrohre oberhalb eines blockförmigen Feuerraumes bündelartig im Wassermantel angeordnet. Auch bei dieser Ausbildung wird im Feuerraum eine natürliche Durchwirbelung der Verbrennungsgase erzeugt und die Wandungen des Feuerraumes sind direkt den heissen Verbrennungsgasen ausgesetzt. Weiters ist ein Kessel der eingangs genannten Art bekannt, bei dem die Rauchrohre an der Stirnseite des Feuerraumes angeordnet sind, und nur ein Teil des zu erhitzenden Mediums vor dem Wassermantel abgezweigt und spiralenförmig durch den Feuerraum sowie ein Rauchrohr geführt und nach dem Wassermantel wieder mit dem vom Wassermantel kommenden Teil des Mediums vereinigt wird.
Die angeführten Massnahmen zur Erhöhung der Kesselleistung führen daher zu hohen Materialbelastungen, welche starke Wärmespannungen und rasche Materialalterung zur Folge haben und die Lebensdauer eines solchen Kessels ungünstig beeinflussen. Besonders die fast durchwegs aus grösseren Blechtafelnhergestellten Feuerräume unterliegen einer sehr hohen Beanspruchung. Wegen einer gewissen Starrheit der beschriebenen Bauweisen kommt es infolge der Wärmespannungen oft zu bedeutenden Schäden.
Auch treten bei den bekannten Ausführungen Korrosionen infolge von Taupunktsunterschreitungen im Bereich niederer Heizflächentemperaturen auf.
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Rauchrohre 3 hindurchgeführt. In den Rauchrohren 3 sind jedoch Leitbleche 15 angeordnet, die den Rauchgasen in den Rauchrohren einen Drall verleihen, um den Wärmeübergang zu verbessern. Ausserdem sind gemäss diesem Ausführungsbeispiel nur in der oberen Hälfte des Kessels Rauchrohre 3 vorgesehen, während beim Ausführungsbeispiel nach Fig. l die Rauchrohre nebeneinander ringförmig um das ganze Flammrohr 1 angeordnet sind.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Rohrsystem 6 nur aus den in den Rauchrohren 3 geführten Drall- oder Schraubenrippenrohren 6b besteht, wobei die Verteilerkammer 4 ausserhalb des Wassermantels 2 angeordnet ist. Anstatt die Rohre 6b über die Krümmer 10 direkt mit dem Wassermantel 2 zu verbinden, wäre es auch möglich, die Rohre 6b entsprechend den strichlierten Linien 16 in das Flammrohr 1 weiterzuführen, wodurch die umgekehrte Anordnung wie in Fig. l gebildet wird, d. h. das Wasser durchströmt zuerst die durch die Rauchrohre 3 geführten Rohre 6b und dann die entlang der Flammrohrwandung lb geführten Rohre 6a. Auf diese Weise kann man auch hier ein echtes Gegenstromprinzip erreichen.
Der Kessel gemäss Fig. 4 ist im Gegensatz zu den bisher dargestellten Kesseln in blockartiger Bauweise ausgebildet. Dabei sind die Rauchrohre 3 oberhalb des Feuerraumes 1 über- und nebeneinander angeordnet. Auch gemäss diesem Ausführungsbeispiel ist die Führung des Wasserstromes umgekehrt wie in Fig. l. Das durch die Verteilerkammer 4 zugeführte Speisewasser läuft zuerst durch die in den Rauchrohren 3 verlegten Rohre 6b des Rohrsystems 6 und erst danach durch die Flossenrohre 6a im Feuerraum 1, wodurch ebenfalls das Gegenstromprinzip verwirklicht wird. In dieser Figur ist auch ein mit dem Wassermantel 2 in Verbindung stehender wassergekühlter Rost 17 strichliert angedeutet, der im Falle einer Kohlenfeuerung vorgesehen werden kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kessel, insbesondere Wasserheizungskessel, mit einem insbesondere zylindrischen Feuerraum, der wenigstens teilweise von einem Wassermantel umgeben ist, welcher von beliebig vielen, parallel zur Feuerraumlängsrichtung verlaufenden Rauchrohren durchsetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das gesamte zu erhitzende Medium, z.
B. das Wasser, zunächst ein an eine Verteilerkammer (4) angeschlossenes Rohrsystem (6) durchströmt, das durch die insbesondere als Drall- oder Schraubenrippenrohre ausgebildeten Rauchrohre (3) und/oder den Feuerraum (1) geführt ist und erst dann in den Wassermantel (2) mündet, wobei die durch den Feuerraum (1) geführten Rohre (6a) des Rohrsystems (6) wenigstens teilweise in einer zur Feuerraumwandung (lb) äquidistanten Fläche liegen und eine von den Verbrennungsgasen beaufschlagte, zur Feuerraumwandung parallele Trennwand zwischen zwei Zügen bilden, während die durch die Rauchrohre (3) geführten Rohre (6b) des Rohrsystems (6) koaxial zu den Rauchrohren (3) angeordnet sind.