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Stehender Dampferzeuger mit Naturumlauf und mit lotrechten Wasserrohren
Die Erfindung betrifft einen stehenden Dampferzeuger mit Naturumlauf und mit lotrechten
Wasserrohren, die von einem unteren, ringförmigen Verteiler ausgehen, in eine obere,
ringförmige Ausdampfkammer einmünden und als Rohrwände ringförmig um einen mittleren
Brennraum herum mehrere hintereinandergeschaltete Feuerzüge bilden.
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Stehende Dampferzeuger mit lotrechten Wasserrohren sind bekannt. Die
Wasserrohre sind dabei je nach der Bauweise des Kessels in verschiedener Weise angeordnet
und unten in einen Verteiler (Wasserkammer) und oben in eine Ausdampfkammer eingewalzt
oder eingeschweißt.
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Es sind auch Dampferzeuger bekannt, bei denen der Verteiler und die
Ausdampfkammer ringförmig ausgebildet sind. In diesen Fällen stehen die Wasserrohre
meist in mehreren Reihen in ringförmiger Anordnung. Die Feuergase füllen bei dieser
Anordnung zunächst den Raum innerhalb der inneren Wasserrohrreihe und strömen dann
durch die Räume zwischen den einzelnen Rohren von innen nach außen zu ab. Die vielen
parallelen Rauchgaswege bedingen dabei eine niedrige Gasgeschwindigkeit.
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Es sind auch Dampferzeuger bekannt, bei denen die Wasserrohre zu einem
Teil ihrer Länge Rohrwände bilden. Bei dieser Anordnung werden die Feuergase im
Längsstrom an den Rohrwänden vorbeigeführt, wobei sie abwechselnd oben bzw. unten
von einer Rohrreihe zur nächsten übertreten. Auch bei dieser Anordnung ist die Rauchgasgeschwindigkeit
niedrig, besonders nach dem Austritt aus dem Kessel zu, weil naturgemäß die Rauchgasquerschnitte
von innen nach außen auch noch zunehmen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen besonders kleinen
und leichten Wasserrohrkessel -nicht Zwangdurchlaufkessel - von hoher Wirtschaftlichkeit
zu schaffen.
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Dies bedingt eine weitgehende überführung der in den Verbrennungsgasen
enthaltenen Wärme bei hoher Heizflächenbelastung (stündlich erzeugte Dampfmenge
pro Quadratmeter Heizfläche) und kann nur erreicht werden, wenn einerseits der Strahlungsanteil
hoch ist und andererseits die Feuergase in besonders wirksamer Weise an den Heizflächen
vorbeigeführt werden.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch hohe Feuerraumbelastung (stündliche
Wärmeerzeugung pro Kubikmeter Feuerraum) gelöst sowie durch Führung der Feuergase
durch alle Feuerzüge im Querstrom mit hoher Gasgeschwindigkeit. Die Mittel zur Lösung
der gestellten Aufgabe bestehen darin, daß in jeder Rohrwand an sich bekannte, etwa
rohrdurchmesserbreite, über die ganze Rohrlänge hinwegreichende Öffnungen zum nächsten
Zug hin vorhanden sind und die freien Querschnitte in radialer Richtung in an sich
bekannter Weise zwischen den Rohrreihen von innen nach außen von Zug zu Zug stufenweise
abnehmen.
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Bei hoher Feuerraumbelastung stellt sich eine hohe Verbrennungstemperatur
ein. Da die durch Strahlung übertragene Wärmemenge proportional der 4. Potenz der
absoluten Temperatur ist, kann die Strahlungsheizfläche klein gehalten werden. Wenn
die Feuergase im Querstrom an den Wasserrohren vorbeigeführt werden, so ergeben
sich bei jedem einzelnen Wasserrohr Ablösungen der Strömung, und die sich über die
ganze Länge der Wasserrohre an jedem einzelnen Rohr bildenden Strömungswirbel bewirken
einen ausgezeichneten Kontakt und damit eine besonders gute Wärmeübertragung. Dieser
Effekt des Querstromes wird noch dadurch gesteigert, daß die Feuergase durch entsprechende
Bemessung der Feuerzüge mit hoher Geschwindigkeit an den Wasserrohren vorbeigeführt
werden. Außerdem können auch die einzelnen Feuerzugquerschnitte von Feuerzug zu
Feuerzug verkleinert sein, um der durch die Temperaturabnahme bedingten Verminderung
des Feuergasvolumens Rechnung zu tragen. Ferner kann die Ausdampfkammer durch einen
abnehmbaren Deckel verschlossen sein.
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Auf diese Weise ist es möglich, auch die Konvektionsheizfläche klein
zu bemessen. Solche Kessel fallen daher besonders klein und leicht aus und haben
trotzdem einen sehr guten Wirkungsgrad, wie er bei großen Kesselanlagen üblich ist.
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Diese Bauweise ergibt damit Dampferzeuger mit Naturumlauf und mit
lotrechten Wasserrohren, die von einem unteren ringförmigen Verteiler ausgehen,
in eine obere ringförmige Ausdampfkammer einmünden und als Rohrwände ringförmig
um einen mittleren
Brennraum herum mehrere hintereinandergeschaltete
Feuerzüge bilden, bei denen in jeder Rohrwand an sich bekannte, etwa rohrdurchmesserbreite
über die ganze Rohrlänge hinwegreichende Öffnungen zum nächsten Zug hin vorhanden
sind und die freien Querschnitte in radialer Richtung, wie ebenfalls an sich bekannt,
zwischen den Rohrreihen von innen nach außen von Zug zu Zug stufenweise abnehmen.
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Die Zeichnung zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Dampferzeugers
nach der Erfindung. A b b. l zeigt einen Längenschnitt durch den Kessel, A b b.
2 einen Querschnitt dazu, A b b. 3 die Einführung der Rohrenden in einen der beiden
Rohrböden.
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Der Mantel 1 umschließt eng die äußere Wasserrohrreihe 3. Konzentrisch
zum Mantel 1 ist ein weiterer Blechmantel 4 vorgesehen. Durch den Raum zwischen
diesen beiden Mänteln wird die Verbrennungsluft geleitet. Brennstoff und Verbrennungsluft
werden durch die Öffnung 5 zugeführt. Nach der Zündung durchströmen die Verbrennungsgase
die unter dem Kessel angeordnete Feuerbüchse 5 a und den von den dicht aneinandergereihten
Wasserrohrreihen gebildeten Kesselinnenraum 6 (Abb. 2) und verlassen ihn durch die
Öffnung 7 in der inneren Rohrreihe. Hier teilen sie sich, durchziehen den Feuerzug
zwischen den beiden inneren Rohrreihen, vereinigen sich wieder bei der Öffnung 8,
werden durch den Feuerzug zwischen den beiden äußeren Rohrreihen geführt, um sich
wieder bei der Öffnung 9 zu teilen. Nach Umspülen der äußeren Rohrreihe verlassen
die Verbrennungsgase durch den Stutzen 10 den Kessel.
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Die Wasserrohre 3 sind an ihren Enden halsförmig eingezogen und in
den Rohrboden 11 der Ausdampfkammer 12 bzw. Rohrboden 13 der Wasserkammer 14 eingeschweißt.
Ein oder mehrere Fallrohre verbinden Ausdampfkammer 12 und Wasserkammer
14.
Den halsförmigen Einzug der Wasserrohre 13 zeigt A b b. 3. Die Ausdampfkammer
12 ist als sehr hoher, ringförmiger Raum ausgebildet und mit einem abnehmbaren
Deckel 15 verschlossen. Durch diese Ausbildung der Ausdampfkammer wird erreicht,
daß der Dampf verhältnismäßig trocken und frei von Unreinlichkeiten ist, denn die
Verunreinigungen fallen nach unten. Nach Abnehmen des Deckels 15, der der Ausdampfkammer
entsprechend ebenfalls ringförmig ausgebildet ist, können sämtliche Wasserrohre
leicht gereinigt werden, denn sie sind alle von oben zugänglich. Diese Reinigung
kann erfolgen, ohne daß andere Teile des Kessels, mit Ausnahme des ringförmigen
Deckels 15, entfernt werden müssen.
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Die Vorteile des erfindungsgemäßen stehenden Dampferzeugers sind zusammengefaßt
im besonderen folgende: 1. hohe Heizflächenbelastung; 2. Erzeugung großer Dampfmengen;
3. geringe Raumbeanspruchung des Dampferzeugers und geringes Gewicht; 4. reine Ouerstrombeaufschlagung
der Wasserrohre; 5. der erzeugte Dampf ist verhältnismäßig trocken und frei von
Verschmutzung; 6. die ringförmige Ausdampfkammer ist sehr hochgezogen, ihre Höhe
größer als die Breite, dadurch trockener, reiner Dampf; 7. gute Reinigungsmöglichkeiten
; B. hoher, sonst nur bei Großkesseln erreichbarer Wirkungsgrad.
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Für die Unteransprüche wird nur im Zusammenhang mit dem Hauptanspruch
Schutz begehrt.
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Um möglichst trockenen Dampf zu erhalten trotz der durch die hohe
Heizflächenbelastung bedingten intensiven Verdampfung müssen Ausdampfflächenbelastung
(stündlich erzeugtes Dampfvolumen in Kubikmetern pro Quadratmeter Ausdampffläche)
und Dampfraumbelastung (stündlich erzeugte Dampfvolumen in Kubikmetern pro Kubikmeter
Dampfraum) innerhalb gewisser Grenzen gehalten werden. Erfindungsgemäß wird dies
dadurch erreicht, daß die Ausdampfkammer als hoher ringförmiger Raum ausgebildet
ist, dessen Höhe größer ist als die Breite.
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Um die wasserberührte Heizfläche in einfacher Weise besichtigen oder,
wenn nötig, auch mit mechanischen Rohreinigern säubern zu können, kann die Ausdampfkammer
durch einen leicht abnehmbaren Ringdeckel verschlossen werden.