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Kessel zum Erwärmen und/oder Verdampfen eines flüssigen Mediums
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Speisewassereintritt und Heisswasser-bzw. Dampfaustritt sind in üblicher Weise ausgeführt und nicht gezeichnet. Im Kesselraum 3 ist mit Abstand vom Aussenmantel 2 eine Feuerbüchse 4 angeordnet. An diese ist ein allgemein mit 5 bezeichneter Brenner angeschlossen. Am brennerfernen Ende ist die Feuerbüchse durch eine Stirnwand 4a abgeschlossen. Am brennernahen Ende geht die Feuerbüchse 4 in einen ringförmigen Rauchgassammelraum 6 über, von dem rohrförmige Rauchgaskanäle 7 ausgehen, welche den Kesselraum 3 der Länge nach durchsetzen und in einen zweiten Rauchgassammelraum 8 münden, von dem ein Rauchgasaustrittstutzen 9 ausgeht.
Der Brenner 5 weist eine sich zur Feuerbüchse hin konisch erweiternde Brennermuffel 10 auf, an deren engerem Eintrittsende bei 11 ein Verbrennungslufteintritt und bei 12 eine Zuführung für flüssigen sowie bei 13 eine Zuführung für gasförmigen Brennstoff vorgesehen sind. Im Verbrennunglufteintritt 11 befinden sich ortsfeste Leitschaufeln 14, die der von einem Gebläse 15 eingeblasenen Verbrennungsluft einen Drall erteilen. Die Teile 12 - 15 sind an oder in einem Brennerkopf 16 zusammengefalsst. An die Brennermuffel 10 schliesst sich eine Flammgasdüse 17 an, die in die Feuerbüchse 4 mündet. Die Brennermuffel 10 und die Flammgasdüse 17 sind von einem Ringraum 18 umgeben, der über eine Verbindung 19 unmittelbar in den Kesselraum 3 übergeht.
Im Rauchgassammelraum 6 ist ein Dampfüberhitzer 20 angeordnet. Der Rauchgassammelraum ist durch ein Mannloch 21 zugänglich.
Der beschriebene Kessel arbeitet folgendermassen :
In der Brennermuffel 10 wird ein Teil der Verbrennungswärme umgesetzt, der in der Grössenordnung von 30% oder darüber liegen kann. Der dadurch entstehende hohe Druck wird in der Flammgasdüse 17 in Strömungsgeschwindigkeit umgesetzt, so dass in die Feuerbüchse 4 ein Flammgasstrahl 22 hineinschlägt, der einen sehr hohen Impuls besitzt. Der Flammgasstrahl 22 hat an der Mündungs-
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daraus, dass der Flammgasstrahl 22 im wesentlichen ohne seitliche Ablenkung durch die Feuerbüchse 4 hindurchschlagen und auf die Stirnwand 4a auftreffen soll. Hiezu muss der Impuls des
Flammgasstrahls 22 bei 17a so gross sein, dass er gegenüber den den Flammgasstrahl 22 seitlich ablenkenden Auftriebskräften in der Feuerbüchse 4 ausreicht, um den Flammgasstrahl bis zur Stirnwand 4a durchschlagen zu lassen.
Dies ist jedenfalls dann der Fall, wenn der Impuls um mindestens eine Zehnerpotenz grösser ist als die aus den maximalen Dichteunterschieden in der Feuerbüchse und den Feuerbüchsenabmessungen in Querrichtung sich ergebenden Auftriebskräften,
Die auf die Stirnwand 4a auftreffenden Flammgase bewirken dort einen sehr intensiven Wärme- übergang an das umgebende Medium durch Konvektion. Wie durch Pfeile 23 angedeutet, stülpen sich die Flammgase an der Stirnwand 4a nach aussen und hinten um und strömen entlang der Feuerbüchsen- wand wieder auf den Brenner zu. Diese Strömung erfolgt immer noch mit einer sehr hohen Geschwindigkeit, die bei Vollast 60-80 m/sec betragen kann. Auch hiebei tritt eine intensive Konvektion auf, die allerdings mit zunehmender Annäherung an das brennerseitige Ende der Feuerbüchse abnimmt.
Die sich dadurch an sich ergebenden Unterschiede in der Heizflächenbelastung der Feuerbüchse werden durch die Wärmestrahlung der in ihrem Eintrittsbereich noch heisseren Flammgase ausgeglichen.
Durch die Injektorwirkung des Flammgasstrahls 22 wird ein Teil der Flammgase, wie durch Pfeile 24 angedeutet, wieder mitgerissen und zum Rezirkulieren gezwungen. Der nicht rezirkulierende Gasanteil tritt im Sinne von Pfeilen 25 inden Rauchgassammelraum 6 ein und strömt von dort aus durch die Rauchgasrohre 7 zum zweiten Rauchgassammelraum 8 und von dort zum Rauchgasaustritt 9.
Das im Kesselraum 3 befindliche Medium wird nicht nur im Bereich der Feuerbüchse. sondem auch im Ringraum 18 erwärmt, da es dort von der Brennermuffel 10 und der Flammgasdüse 17 abgegebene Wärme aufnimmt. Die dadurch erzielte Kühlung der Brennermuffel und der Flammgasdüse erlauben eine Ausführung in Metall und die Umsetzung eines beachtlichen Anteils der gesamten Verbrennungswärme bereits in der Brennermuffel.
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Übereinstimmende Teile sind daher mit gleichen Bezugszeichen versehen und eine erneute Beschreibung erübrigt sich.
Unterschiedlich ist lediglich der Anschluss der Rauchgasrohre 7 an die Feuerbüchse 4. Die Rauchgasrohre 7 münden hier über Krümmer 7a unmittelbar in die Feuerbüchse 4. Diese ist durch ein seitliches Mannloch 26 zugänglich.
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Es hat sich gezeigt, dass bei dem erfindungsgemässen Kessel Feuerraumbelastungen erzielt werden können, welche in der Brennermuffel 10 je nach Lastzustand 5 - 10. 106 kcal/m8h betragen, während sie in der Federbüchse 4 bei 1, 5 - 2. 106 kcal/m8h liegen. Trotz dieser hohen Belastungen beträgt die Temperatur der Rauchgase beim Eintritt in die Rauchgasrohre 7 nur noch zirka 900 C.
Dieser weitgehende Temperaturabbau ist durch den besonders intensiven konvektiven Wärmeübergang in der Feuerbüchse 4 verursacht.
. Sämtliche aus der Beschreibung und den Zeichnungen, einschliesslich deren konstruktiven Einzel- heiten, hervorgehenden Merkmale können auch in beliebigen Kombinationen erfindungswesentlich sein.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kessel zum Erwärmen und/oder Verdampfen eines flüssigen Mediums, mit einem Heizraum und einem ausserhalb des letzteren wenigstens 30% der Verbrennungsenergie eines flüssigen oder pulver-bzw. gasförmigen Brennstoffes in einer Brennkammer in Wärme umsetzenden Impulsbrenner, durch den im
Zusammenhang mit einer an die Brennkammer anschliessenden und in den Heizraum mündenden Flamm- gasbeschleunigungseinrichtung ein über die gesamte Länge des Heizraums stark gebündelt durchschla- gender Flammgasstrahl erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizraum durch eine an sich bekannte und in einem das Medium aufnehmenden Kesselraum (3) angeordnete Feuerbüchse (4) mit geschlossenem brennerfernen Ende (4a) und vom brennernahen Ende ausgehenden, den Kesselraum durchlaufenden Rauchgaskanälen (7)
gebildet ist und dass die Brennermuffel (10) zumindest teilweise vom Medium umspült ist.