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Warmwasser-und Heisswasserkessel
Die gebräuchlichsten Ausführungsformen von Dampf-und Heizkesseln sind Flammrohr-Rauchrohr-Kessel bzw. Feuerbox-Rauchrohr-Kessel, bei denen die Feuerungsgase nach Verlassen der Brennkammer in einem oder mehreren parallel zur Längsachse des Kessels gerichteten Zügen durch ein System von Rauchrohren geführt werden, mit dem Zweck, dass sie ihre Wärme an das sich um die Rauchrohre befindliche Wasser abgeben und schliesslich abgekühlt, mit einer entsprechend wirtschaftlich erstrebenswerten Abgastemperatur, in den Rauchfuchs bzw. den Schornstein des Kessels gelangen.
Diesen Kesseln haftet jedoch ein grosser Mangel an ; jene Rohrplatte, in der die Rauchrohre eingewalzt oder eingeschweisst sind, und welche als erste von den aus der Brennkammer strömenden Heizgasen bestrichen bzw. durchströmt wird, ist infolge des Umstandes, dass die Heizgase an dieser Stelle die höchste Anfangstemperatur auf dem folgenden Abkühlungsprozess auf dem Strömungsweg durch die Rauchrohre besitzen, thermisch am höchsten beaufschlagt, was häufig zur überhitzung und überbeanspruchung des Materials dieser Rohrplatte und der darin einmündenden Rohrenden führt. Es entstehen, insbesondere bei Dreizugkesseln, die bekannten und gefürchteten Stegrisse, deren Behebung umfangreiche und kostspielige Reparaturen erfordert.
Bei Dampfkesseln ist die vorgeschilderte Gefahr einer überhitzung geringer als bei Warmwasserbzw. Heisswasserkesseln, da der wasserseitige Wärmeübergang, wegen der durch die aufsteigenden Dampfblasen entstehenden heftigen Turbulenz, ausserordentlich hoch ist und daher der hohen feuerseitigen Beaufschlagung eine entsprechend hohe Wärmeabfuhr wasserseitig gegenübersteht.
Anders ist dies bei Grosswasserraum-Heizkesseln für Warm-oder Heisswasser : Obwohl das im Kessel erwärmte Heizwasser meist mittels einer Pumpe von der Kessel-Vorlaufleitung über die Wärmeverbraucher abgekühlt dem Kessel wieder durch die Rücklaufleitung zugeführt wird, ist die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers im Kessel bzw. an den Heizflächen des Kessels, insbesondere bei Kesseln grösserer Dimension so niedrig, dass praktisch der geringe Wärmeübergang wie von ruhendem Wasser an Heizflächen vorliegt und, mangels genügender wasserseitiger Kühlung, die Rohrplatte des der Verbrennungskammer folgenden ersten Rauchzuges überhitzt wird.
Ausserdem besteht die Möglichkeit, dass bei Kesseln, die unter niederem statischem Wasserdruck arbeiten und deren Vorlauftemperaturen nahe dem Siedepunkt des Wassers liegen, das Wasser an dieser Stelle, infolge seiner geringen Bewegung, zur Verdampfung kommt. Die Folge davon ist, dass sich besonders an dieser Stelle bei nicht einwandfrei aufbereitetem Kesselwasser Kesselstein und Schlamm absetzen, wodurch sich der wasserseitige Wärmeübergang noch weiter wesentlich verschlechtert und die überhitzung der Rohrplatte mit den Rohrenden ein Ausmass erreicht, bei dem die Festigkeit des Materials so stark abgemindert wird, dass es zu den vorerwähnten Schäden kommt.
Dazu kommt noch, dass bei Heizkesseln, die mit öl-oder Gasfeuerung betrieben werden, zur Regelung der Wärmeleistung die Brenner meist intermittierend arbeiten, wodurch einer überhitzung der Rohrwand während des Betriebes eine Abkühlung bei abgestelltem Brenner folgt, was zu einer unerwünschten Wechselbeanspruchung, insbesondere der erwähnten Rohrplatte und der dazugehörigen Rohrenden, führt und den Zerstörungsprozess beschleunigt.
Zum Stand der Technik gehört ein Dreizugkessel mit überdruckfeuerung, bei dem das
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Rücklaufwasser über ein Verteilerblech in einem breiten Kegel eingespreizt wird und sich sofort mit dem Kesselwasser mischt. Das Rücklaufwasser gelangt dabei zuerst zu den Rauchrohren des dritten Zuges. Damit besitzt das Rücklaufwasser an der besonders gefährdeten Stelle des Kessels, nämlich an jener Rohrwand, an der die aus dem Flammrohr austretenden Heizgase in die Rauchrohre einströmen, nicht die höchste Strömungsgeschwindigkeit und nicht die niederste Wassertemperatur. Eine Beseitigung der aufgezeigten Nachteile ist bei diesem bekannten Dreizugkessel daher nicht möglich.
Es ist ferner ein Heizkessel bekannt, bei dem das Rücklaufrohr im unteren Teil des Kessels angeordnet und relativ weit in den Kesselwasserraum hineingeführt ist, damit das Rücklaufwasser bis zum Austritt aus dem Rohr vorgewärmt wird. Dies widerspricht zunächst dem erfindungsgemäss angestrebten Zweck, die hochbeanspruchte Rohrwand an dem Eintritt der Heizgase in die Rauchrohre möglichst gut zu kühlen. Ausserdem erfolgt die Zuführung des Rücklaufwassers im Gleichstrom zu den Rauchgasen, so dass durch das weite Hineinreichen des Rücklaufrohres in den Kesselwasserraum das Rücklaufwasser die Rauchrohre erst in einem Teil bestreichen kann, in welchem sich die Heizgase bereits etwas abgekühlt haben.
Gerade der heisseste Teil der Rauchrohre ist damit nicht von Rücklaufwasser umspült.
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Rücklaufwasser aber nicht zwangsläufig gegen jene Rohrwand gerichtet, an der die Heizgase in die Rauchrohre strömen.
Ferner ist eine Zuführung des Rücklaufes in Längsmitte des Wasserraumes von oben mittels eines Verteilerrohres bekannt, aus dem das Rücklaufwasser durch in Längsrichtung liegende Öffnungen ausströmt, um eine gleichmässige Verteilung und Mischung über die gesamte Kessellänge zu erreichen.
Auch hier ist eine zwangsläufige Führung des Rücklaufwassers gegen jene Rohrwand, an der die Heizgase in die Rauchrohre strömen, nicht angestrebt und kann auch nicht erreicht werden.
Es ist auch bekannt, den Rücklauf mit einem Krümmer zu versehen und das Rücklaufwasser von oben in den Kessel einzuführen. Das Rücklaufwasser gelangt dabei aber zum letzten Rauchrohrbündel und beströmt dieses im Gleichlauf mit den strömenden Heizgasen.
Schliesslich ist ein Gasdurchlauferhitzer bekannt, bei dem die Zufuhr des Wassers zum Rohrbündel in Brennernähe vorgesehen ist. Auch eine solche Konstruktion kann aber die aufgezeigten Nachteile nicht beseitigen.
Die Erfindung bezweckt nun, bei Warmwasser-und Heisswasserkesseln jene gefährdete Rohrplatte, welche von den aus der Brennkammer strömenden Heizgasen als erste bestrichen bzw. durchströmt wird, vor überhitzung und wasserseitiger Ablagerung zu schützen. Die Erfindung geht dabei von einem Warmwasser-und Heisswasserkessel mit einem Flammrohr oder einer Feuerbox und Rauchrohren, die in Rohrplatten befestigt sind, und insbesondere öl-oder Gasfeuerung aus, wobei der Rücklauf des durch eine Pumpe in Bewegung gesetzten Wasserstromes von oben in den Wasserraum des Kessels einmündet.
Zur Beseitigung der geschilderten Nachteile sieht die Erfindung vor, dass an der Einmündung des Rücklaufes in den Kessel Leiteinrichtungen vorgesehen sind, die den Rücklaufstrom zwangsläufig im Gegenstrom zu den in den Rauchrohren strömenden Heizgasen gegen jene Rohrwand richten, an der die aus dem Flammrohr austretenden Heizgase in die Rauchrohre einströmen.
Der zwangsläufig etwa durch eine Pumpe in Bewegung gesetzte Wasserstrom, vorwiegend das Rücklaufwasser aus dem Heizsystem, wird dabei so an die Rohrplatte herangeführt, dass der feuerseitig höchstbelasteten Heizfläche wasserseitig durch eine hohe Strömungsgeschwindigkeit in Verbindung mit der niedersten im Kessel vorkommenden Wassertemperatur ein höchstes Mass von Abkühlung gegenübersteht. Ausserdem wird an dieser Stelle eine Ablagerung von Kesselstein und Schlamm dadurch vermieden, dass durch die Bewegungsenergie des Wasserstromes Schlammablagerungen laufend weggespült werden, die Kristallisation von Kesselstein verhindert und ein grösstmögliches Temperaturgefälle zum Siedepunkt des Kesselwassers erzielt wird, so dass die Entstehung von Dampfblasen unmöglich ist.
Nach einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung ist an den Rücklaufstutzen des Kessels ein an sich bekannter Krümmer angeschlossen, der gegen die Wasserraumseite der Rohrwand gerichtet ist, welche die Rauchrohre eintrittsseitig aufnimmt. Dabei kann erfindungsgemäss der Rücklaufstutzen wasserraumseitig neben jener Rohrwand in den Kessel münden, an der die Heizgase in die Rauchrohre strömen. Eine andere Möglichkeit im Rahmen der Erfindung besteht darin, dass der Rücklaufstutzen in den Wasserraum auf der Seite in den Kessel mündet, an der die Rauchrohre aus dem Kessel abströmen, wobei der Wasserstrom im Gegenstrom zu den abströmenden Rauchgasen gegen die Wasserraumseite jener Rohrwand geführt ist, an der die Heizgase in die Rauchrohre münden.
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Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen erläutert, die einige der gebräuchlichsten Ausführungsformen von Heizkesseln mit Rauchrohren mit der erfindungsgemässen Einrichtung schematisch und beispielsweise darstellen. Es zeigt Fig. l einen Dreizug-Kessel mit öloder Gasfeuerung im Längsschnitt, Fig. 2 einen Querschnitt nach Linie 11-11 in Fig. l, Fig. 3 einen Zweizug-Kessel mit zylindrischer Feuerbox im Längsschnitt, Fig. 4 einen Querschnitt nach Linie IV-IV in Fig. 3, Fig. 5 einen Zweizug-Kessel mit prismatischer Brennkammer im Längsschnitt und Fig. 6 einen Querschnitt nach Linie VI-VI in Fig. 5.
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1Rauchrohre--6--in der Richtung nach vorne durchströmen, um in einer vorderen Umkehrkammer - abermals umgelenkt zu werden und in einem folgenden Rohrsystem --8-- in der Längsrichtung des Kessels nach hinten strömend eine Rauchkammer--9--zu erreichen, von wo sie in den Rauchfuchs bzw. in den Kamin geleitet werden.
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oben in das Innere des Kessels und ist mit einem Rohrbogen--12-so zur Rohrplatte-5gerichtet, dass das rückströmende Wasser diese Rohrplatte und die darin befestigten Rauchrohrenden mit hoher Geschwindigkeit bestreicht, so dass ein hoher Wärmeübergang auf der Flüssigkeitsseite der Rohrwand erzielt wird.
Der Effekt wird noch dadurch gesteigert, dass das an der höchsten Stelle der Rohrwand --5-- einströmende kältere Rücklaufwasser infolge der Wärmeschichtung eine absteigende Strömungstendenz entlang der Rohrplatte besitzt. Durch die so erzielte intensive wasserseitige Kühlung der Rohrplatte --5-- wird eine Überhitzung der Rohrplatte und der darin befestigten Rohrenden vermieden. Ebenso wird durch die heftige Strömung an dieser kritischen Stelle des Kessels eine Schlammablagerung vermieden, die Kristallisation von Kesselstein verhindert und durch die zugeführte relativ niederste Wassertemperatur die Entstehung von Dampfblasen unmöglich gemacht.
Der Zweizug-Kessel gemäss den Fig. 3 und 4 ist mit einer zylindrischen Feuerbox versehen. Eine vorteilhafterweise in Scharnieren gelagerte Heizungstüre--13--trägt den öl-oder Gasbrenner
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Brennkammer umzukehren und entlang der Brennkammerwand, entgegen der Einblasrichtung nach vorne zu strömen, wo sie in einer vorderen Umkehrkammer --15-- um 180 umgelenkt werden und durch die Rauchrohre--6--, welche konzentrisch um die zylindrische Feuerbüchse--3-- angeordnet sind, nach hinten in der Längsrichtung den Kessel durchströmen und in die Rauchkammer
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Wärmebeaufschlagung, da die Heizgase, die Brennkammer verlassend, im heissesten Zustand diese Wand bestreichen bzw. durchströmen.
Das erhitzte Kesselwasser verlässt im Vorlauf --10-- den Kessel, wird durch eine Pumpe durch die Wärmeverbraucher geleitet und gelangt durch die Rücklaufleitung-l l-- abgekühlt wieder in den Kessel. Gemäss der Erfindung wird der Wasserstrom durch einen oder mehrere Krümmer --12-- gegen die durch Wärme höchstbeaufschlagte Rohrplatte--5--gelenkt, so dass das Wasser diese Platte mit hoher Geschwindigkeit und mit relativ niedriger Temperatur ausgiebig bespült und kühlt.
Bei dem in den Fig. 5 und 6 dargestellten gebräuchlichen Zweizug-Kessel mit prismatischer Brennkammer trägt die vordere Kesseltüre --13-- den Öl- oder Gasbrenner --2--, welcher das Brennstoff-Luft-Gemisch im Sinne der strichliert gezeichneten Pfeile in die Brennkammer--3-bläst, an deren geschlossener Rückwand --14-- es zur Umkehr nach vorne gezwungen wird. In der vorderen Umkehrkammer --15-- werden die Heizgase umgelenkt und gelangen aus der
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bewirkt und die Ablagerung von Schlamm und Kesselstein aus den eingangs erwähnten Gründen verhindert.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Warmwasser-und Heisswasserkessel mit einem Flammrohr oder einer Feuerbox und Rauchrohren, die in Rohrplatten befestigt sind, und insbesondere öl-oder Gasfeuerung, wobei der Rücklauf des durch eine Pumpe in Bewegung gesetzten Wasserstromes von oben in den Wasserraum des
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den Kessel Leiteinrichtungen vorgesehen sind, die den Rücklaufstrom zwangsläufig im Gegenstrom zu den in den Rauchrohren (6) strömenden Heizgasen gegen jene Rohrwand (5) richten, an der die aus dem Flammrohr austretenden Heizgase in die Rauchrohre (6) einströmen.
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