DE1229268B

DE1229268B - Heizkessel zum Verfeuern von fluessigen oder gasfoermigen Brennstoffen

Info

Publication number: DE1229268B
Application number: DEV22114A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1962-03-01
Filing date: 1962-03-01
Publication date: 1966-11-24
Also published as: GB993330A; LU43224A1; AT238412B; US3233596A; CH401413A

Description

Heizkessel zum Verfeuern von flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen Die Erfindung bezieht sich auf einen Heizkessel zum Verfeuern von flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen durch einen stirnseitig angeordneten Brenner, der in eine etwa kugelförmige Brennkammer mit einer gegenüber dem größten Kammerquerschnitt verengten Austrittsöffnung ragt. Heizkessel dieser Bauart können auf Grund ihrer hohen rauchgasseitigen Druckverluste meist nur mit überdruckbrennern betrieben werden, was beim. Start einen sehr hohen Zünddruck erzeugt, der das Anfahren dieser Kessel erschwert und dazu besondere Vorrichtungen notwendig macht. Ferner setzt die Umkehrflamme in der Brennkammer den Brennerkopf einer starken Wärmebeanspruchung aus, die nach kurzer Zeit zur Beschädigung des Brennerkopfes führen kann. Die Umkehrflamme füllt außerdem das Flammrohr od. dgl. nicht immer vollständig und gleichmäßig aus, was stark unterschiedliche Wärmebelastungen des Flammrohres zur Folge hat.
Neben dem großen baulichen Aufwand, sowohl im Hinblick auf Baustoffbedarf als auch auf die Fertigung, haben diese Kessel nur einen schmalen Leistungsbereich und ein ungünstiges Schwachlastverhalten. Außerdem neigen sie stark zur Rußbildung, was durch schlechte Reinigungsmöglichkeit noch zu besonderen Erschwernissen führt.
Bei einem bekannten Kessel mit kugelförmiger Brennkammer ist deren Abzugsöffnung nach oben gerichtet, so daß die Verbrennungsgase dem natürlichen Auftrieb folgend ohne Ausbildung eines Gaspolsters die Brennkammer verlassen können.
Die gestellte Aufgabe lautet, einen Heizkessel mit breitem Leistungsbereich bei annähernd gleicher Abgastemperatur zu schaffen, mit dem eine wirtschaftliche, optimale, rußfreie Verbrennung in der Brennkammer und den nachgeschalteten Zügen erzielbar ist, wobei die Außenabmessungen des Kessels sowie der Baustoffaufwand auf Grund der angewandten Zweizugsbauweise so klein wie möglich ausfallen. Ferner soll rauchgasseitig ein möglichst geringer Widerstand bestehen, der nur zu kleinen Druckverlusten führt.
Das wird bei einem Heizkessel der eingangs angeführten Gattung nach der Erfindung dadurch erreicht, daß die der Brennermündung axial gegenüberliegende Austrittsöffnung in eine Umlenkkammer führt, an die sich mindestens ein die Brennkammer längs umfassender, ringzylindrischer Heizgaszug anschließt, der mit Einbauteilen zum Aufrechterhalten der Turbulenz der Heizgase versehen ist.
Durch die angenäherte Kugelform der Brennkammer und die Anordnung der Abzugsöffnung, bei der ein großes Volumen mit vorteilhaft minimaler Oberfläche, d. h. hier Brennkammerwand, umgeben ist, wird bei hohen Feuerraumbelastungen eine optimale Verbrennung und eine maximale thermische Beaufschlagung der Brennkammerwand erreicht. Die damit in der Brennkammer erzielte gute Wärmeübertragung wird nun in .den anschließenden Rauchgasabzügen ebenfalls erreicht, und zwar dadurch, daß die Heizgase aus der Brennkammer in einer verengten, der Brennermündung axial gegenüberliegenden Abzugsöffnung beschleunigt werden, unmittelbar dahinter auf eine Wand stoßen und umgelenkt werden, womit eine starke, für den Wärmeübergang vorteilhafte Turbulenz verbunden ist.
Danach werden die Heizgase vor Eintritt in den nachgeschalteten Zug wieder beschleunigt, und zwar derart, daß im Rauchgasringraum an jeder Stelle turbulente Strömung herrscht, was durch entsprechende Bemessung des Ringraumströmungsquerschnittes erzielt wird.
Infolge der Temperaturabsenkung und die dadurch bedingte Geschwindigkeitsabnahme würde die Turbulenz in nachteiliger Weise verlorengehen und die Strömung laminar werden, was zu einer starken Abnahme des Wärmeüberganges führen würde. Um den Umschlag von der turbulenten in die laminare Strömung zu verhindern, werden sogenannte Turbulenzkonstanthalter in die der Brennkammer nachgeschalteten Heizgaszüge eingesetzt, die die Strömung turbulent halten und zugleich die Aufgabe haben, die Durchgangszeit der Heizgase in den der Brennkammer nachgeschalteten Zügen ändern zu können; dadurch ist es mit Vorteil möglich, den Leistungs, Bereich einer Heizkesselbauart bei gleicher Heizfläche wesentlich zu vergrößern, und zwar bei etwa gleicher, unveränderlicher Abgastemperatur, wobei durch die Turbulenzkonstanthalter der Widerstand in den Zügen verändert und der jeweiligen Feuerraumbelastung angepaßt werden kann.
Ein weiterer Vorteil dieser Einbauteile besteht darin, daß sie einen bestimmten vorgesehenen Druck in der Brennkammer erzeugen, der den optimalen Ausbrand des Brennstoffes fördert und eine gleichmäßige Heizgasbeaufschlagung des nachgeschalteten Zuges sicherstellt. Diese Veränderung des Leistungsbereiches kann auch dazu verwendet werden, die Kesselleistung den veränderten Bedingungen im Sommer- und Winterbetrieb gut anzupassen.
Um den Zünddruck niedrig zu halten, Pulsationen zu vermeiden und ein weiches Anfahren zu gewährleisten, wird vorzugsweise im Kessel zwischen dem brennerseitigen Bereich der Brennkammer und den Heizgaszügen eine Kurzschlußleitung vorgesehen, die beim Zünden einen schnellen Druckausgleich zwischen der Brennkammer und dem Kesselaustritt gewährleistet. Durch Blendenwirkung kann nur ein unwesentlicher Teil der Heizgase durch die Kurzschlußleitung zum Kesselaustritt gelangen.
An Hand der Zeichnungen sind im folgenden zwei Ausführungsbeispiele von Heizkesseln nach der Erfindung näher erläutert, und zwar zeigt F i g. 1 einen senkrechten Mittelschnitt durch den Kessel nach Linie II-II in F i g. 2, F i g. 2 einen senkrechten Querschnitt durch den Kessel nach Linie I-I in F i g. 1, F i g. 3 einen senkrechten Längsmittelschnitt durch den Kessel mit zwei Heizgasabzügen und F i g. 4 und 5 Anordnungsmöglichkeiten der Turbulenzkonstanthalter.
Nach F i g. 1 ist die Brennkammer 1 angenähert kugelförmig ausgebildet und mit einem stirnseitig angeordneten Brenner 2 ausgestattet. Diese Brennkammer 1 ist allseitig von einem Wassermantel 3 umgeben, der gegenüber der Brennermündung eine Austrittsöffnung 4 aufweist, die -in bezug auf den Brennkammerquerschnitt verengt ist. Die Austrittsöffnung 4 führt in eine Umlenkkammer 5, die von den Wassermänteln 3 und 6 umgeben ist und in den Heizgaszug 7 übergeht. In diesem Heizgaszug 7 sind Einbauteile 8, sogenannte Turbulenzkonstanthalter, rings um den ganzen Wassermantel 3 angeordnet. Diese Turbulenzkonstanthalter bestehen aus kreisringabschnittförmigen Blechen, die durch Verbindungsteile inö. Verband gehalten werden. Diese Verbände können verschiedenartig zusammengestellt sein, wie das beispielsweise die F i g. 4 und 5 zeigen. Die beiden Wassermäntel 3 und 6 sind durch wasserführende Stege 11 miteinander verbunden, während die Brennkammer 1 durch eine Kurzschlußleitung 10, einen sogenannten Bypaß, unmittelbare Verbindung zum Heizgaszug 7 hat.
Der Kessel nach F i g. 3 hat den gleichen Aufbau wie der Kessel* nach F i g. 1 mit dem Unterschied, daß die Umlenkkammer 5' in einen Heizgasdoppelzug 7' übergeht. Bei optimaler Heizgasausnutzung zeigt dieses Ausführungsbeispiel außerordentlich kleine äußere Kesselabmessungen.
In dieser F i g. 3 ist auf die Darstellung der Turbulenzkonstanthalter verzichtet, die in den Heizgaszügen 7 in gleicher Weise angeordnet wären wie im Heizgaszug 7 der F i g. 1.
Bei dem Kessel nach der Erfindung schlägt die Brennerflamme in die angenäherte kugelähnliche Brennkammer 1 hinein, in der für eine optimale Verbrennung des Brennstoffes gesorgt ist. Die Verbrennungsgase werden durch die Kugelform teilweise umgelenkt, so daß unverbrannte Teile wieder in den Flammbereich zurückgeführt werden. Beim Austritt aus der Brennkammer 1 durch die Austrittsöffnung 4 gelangen die Heizgase in die Umlenkkammer 5, wo sie auf die Wand 5" stoßen und hier ab- öder umgelenkt werden, was mit einer starken Durchwirbelüng verbunden ist.
Diese im Hinblick auf den Wärmeübergang anzustrebende Turbulenz wird weiter aufrechterhalten durch Beschleunigung beim Übergang in die Heizgaszüge und in diesen durch die Anordnung der beschriebenen Turbulenzkonstanthalter, die in den Heizgaszügen angeordnet sind.

Claims

Patentansprüche: 1. Heizkessel zum Verfeuern von flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen durch einen stimseitig angeordneten Brenner, der in eine etwa kugelförmige Brennkammer mit einer gegenüber dem größten Kammerquerschnitt verengten Austrittsöffnung ragt, dadurch gekennzeichnet, daß die der Brennermündung axial gegenüberliegende Austrittsöffnung (4) in eine Umlenkkammer (5, 5') führt, an die sich mindestens ein die Brennkammer längs umfassender, ringzylindrischer Heizgaszug (7, 7') anschließt, der mit Einbauteilen (8) zum Aufrechterhalten der Turbulenz der Heizgase versehen ist.
2. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem brennerseitigen Bereich der Brennnkammer (1) und den Heizgas-Zügen (7, 7') eine Kurzschlußleitung (10, 10') vorgesehen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 350 099; schweizerische Patentschrift Nr. 282 664; USA.-Patentschriften Nr. 2 552 044, 2 674 981; Zeitschrift »Heizung, Lüftung, Haustechnik« vom 20. April 1959, S. 83; Zeitschrift »Flamme et Thermique«, Juli 1957, S.37, 38.