DE1579898A1

DE1579898A1 - Kessel zur Dampf- oder Heisswasseraufbereitung

Info

Publication number: DE1579898A1
Application number: DE19661579898
Authority: DE
Inventors: Brola Gabriel Bourg La Reine
Original assignee: GEN THERMIQUE LE PRE SAINT GER
Current assignee: GEN THERMIQUE LE PRE SAINT GER
Priority date: 1965-06-04
Filing date: 1966-06-04
Publication date: 1970-08-27
Also published as: US3369527A; GB1133257A; BE681975A; ES327516A1; FR1448883A

Description

Die Erfindung betrifft einen Kessel zur Dampf- oder Heisswasseraufbereitung mit einem im Inneren eines Körpers ange· ordneten Flammrohr, der Wasser zum Erhitzen oder Verdampfen enthält und von Rauchrohren durchdrungen ist, die mit dem Flammrohr verbunden sind.

Bei weitrohrigen Heizrohrkesseln für die Erzeugung von Dampf mit hohem oder niedrigem Druck oder bei Kesseln zur Erzeugung von heissem oder überhitztem Wasser stellt sioh eine innere Wasserzirkulation nur durch die temperaturbedingten Schwerkraftunterschiede ein. Deren Wirkung liegt in dtr Grössenordnung von 5 bis 10 mm/s. Da der Querschnitt der Wasserdurohgänge in dem Kessel sehr gross ist, ist die Geschwindigkeit bedingt durch den Wasserdurchsatz vernaohlässigbar klein.

Diese natürliohe Zirkulation stellt sioh nur sehr langsam nach der Inbetriebnahme des Brenners ein, wenn das Wasservolumen in Ansehung des momentan erhaltenen Wärmeflusses

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sehr gross ist. Bis zum Erreichen des normalen Leistungs-"bereiohes des Kessels besteht praktisch keine Zirkulation und die Wärmeübergangszahl von Wasser zur Wand ist dann geringer als während des normalen Betriebes·

Während dieses Zeitabschnittes sind einige Abschnitte des Kessels, die dem Wärmefluss ausgesetzt sind, weniger gut gekühlt, was eine Erhöhung der Temperatur des Werkstoffs mit sich zieht, woraus eine Zunahme der wärmetechnischen Engpässe folgt. Bestimmte Wandungen, die dem heissen Gas ausgesetzt sind, erhalten eine plötzliche Wärmebelastung, besonders während des Anfahrens des Brenners mit grosser flamme. Bei grossen Kesseln wurde oft beobachtet, dass nach einer gewissen Betriebszeit das Wasser, welches sich unten im Kessel befindet, noch kalt ist, während im oberen Teil das Wasser bereits in einem dampfförmigen Zustand vorliegt. Dies zeigt, dass die natürliche Zirkulation sich in diesem Kessel nicht einstellte.

Andererseits hängt die natürliche Zirkulation, die sich in einem Kessel einstellt, von dem Betrieb des Bonners derart ab, dass bei' ständiger Änderung des Betriebes die Verteilung des Wärmestroms im Kessel sich ständig ändert. Bei bestimmten Betriebsbedingungen kann es sein, dass in einem Bereich des Kessels die Geschwindigkeit der natürlichen Zirkulation in ihm zunimmt und dass sie in einem anderen Bereich abnimmt, oder sich umkehrt. In einem Bereich, wo die Geschwindigkeit sehr gering oder sogar zu UuIl wird, kann eine Überhitzung der Metallwand eintreten.

Es kann vorkommen, dass sich Dampfblasen bilden und zwar an den Stellen, an denen die Geschwindigkeit des Wassers gering oder Null ist. Gerade in diese Blasen kann das Wasser nioht eindringen, wobei sie die Metallfläohen des Kessels isolieren, was eine beträchtliche Überhitzung des Metalls an dieser Stelle zur Folge hat. Diese Überhitzungen haben eine Zunahme der Engpässe und eine Metallermüdung zur folge.

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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde diese Nachteile zu vermeiden. Der Kessel zur Dampf- oder Heisswasseraufbereitung gemäss der Erfindung weist in an sioh bekannter Weise ein Flammrohr auf, das im Inneren eines Körpers angeordnet ist, welcher Wasser zum Erhitzen oder Verdampfen enthält und von Rauchrohren durchdrungen ist, die mit dem Flammrohr verbunden sind und ist durch Wasserrohre gekennzeichnet, die quer zum Flammrohr bzw. in der Bähe des hinteren Endes des Flammrohres angeordnet sind und den unteren Teil des Körpers mit seinem oberen Teil verbinden.

Diese Rohre erhalten von der Feuerungsanlage einen intensiven Wärmestrom, da das Wasservolumen, welches sie enthalten, in bezug auf den aufgenommenen Wärmestrom gering ist. Das Wasser wird hierbei augenblicklich durch die temperaturbedingten Schwerkraftunterschiede in Bewegung versetzt. Es stellt sich auf diese Weise in den Rohren eine Wasserzirkulation ein, die sich in Abhängigkeit von der Betriebsweise des Brenners verändert. Die Geschwindigkeit der Zirkulation in den Rohren kann 1.5 bis 2.5 m/s erreichen.

Die Wasserrohre bilden auf diese «Yeise eine Pumpe, die einen kontinuierlichen Wasserumlauf im Kessel erzeugt, d.h. eine Bewegung des Wassers im Inneren der Anordnung. Der "»7a s s er durchs at ζ in den Rohren kann derart sein, dass das im Kessel enthaltene Wasser ihn vier- bis achtmal durchquert, ehe es ihn verlässt.

Diese Wasserumwälzung im Kessel vermeidet die lokale Überhitzung. Da sich die Wasserumwälzung schon mit der Inbetriebnahme des Brenners einstellt, wird eine überaus starke Wärmebelastung während des Anfahrens vermieden. Schliesslich liegt die Geschwindigkeit des Wassers über der kritischen Geschwindigkeit, die notwendig ist, um die Dampfblasen wegzuspülen, axe sich auf dem Flammrohr oder auf den Heizrohrböden

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festhängen können, wobei sich keine Blasen mehr bilden können.

Im lalle eines Heisswasserkessels sind die Rohre vorzugsweise ringförmig gestaltet. Im !Falle eines Dampfkessels sind die Rohre vorzugsweise knieförmig gebogen, um zu vermeiden, dass die Zirkulation die Wasseroberfläche durchwirbelt.

Die Erfindung ist anhand- von zwei Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beispielsweise beschrieben. Es zeigen:

fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Kessel gemäss einer ersten Ausführungsart;

!Pig. 2 einen Schnitt nach der linie II-II, der Pig. 1;

fig. 3 einen ähnlichen Schnitt wie Figur 1 durch einen Kessel gemäss einer zweiten Ausführungsart;

Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Figur 3.

Gemäss den Figuren weist der erfindungsgemässe Kessel einen zylindrischen Körper 1 auf, in dessen Inneren ein Flammrohr 2 angeordnet ist, das wie dargestellt, koaxial zum Körper 1 oder exzentrisch zu diesem liegen kann. Ein Brenner 3 für flüssige oder gasförmige Brennstoffe mündet in ein Ende des Flammrohres 2.

Der Körper 1 ist durch Heizrohrböden 4 verschlossen und von Rauchrohren 5 durchzogen,die in den Böden 4 befestigt sind und mit dem Flammrohr 2 in Verbindung stehen. In dem dargestellten Beispiel bilden die Ronre 5 zwei konzentrische Bündel und eine guerliegende Trennwand 6, die an dem dem

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Brenner 3 entgegengesetzten Ende des Rohres 2 angeordnet ist, leitet das aus dem Rohr 2 kommende Verbrennungsgas zu dem inneren Rohrbündel.

Eine zweite Trennwand 7, die um das Ende herum vor dem Flammrohr angeordnet ist, leitet das durch das innere Rohrbündel hindurohgeströmte Verbrennungsgas gegen das äussere Rohrbündel, wobei das G-as schliesslich duroh einen Schornstein über die Leitung 8 oder 8a abgezogen wird.

Im unteren Teil des Körpers 1 ist ein länglicher Sammler 9 angeordnet, der mit einem Kaltwasserzulauf 10 in Verbindung steht und das Wasser auf den vorderen sowie auf den hinteren Teil des Kessels verteilt. Ebenso ist im oberen Teil des Körpers 1 ein länglicher Sammler 11 angeordnet, der mit einer Abflussleitung 12 in Verbindung steht.

G-emäss der Erfindung sind die Rohre quer zum Flammrohr 2 angeordnet und verbinden den unteren Teil des Körpers mit seinem oberen Teil.

In den Figuren 1 und 2, die einen Heisswasserkessel zeigen, sind die Rohre in Form eines kreisförmigen Ringes ausgebildet, die in der Wand des Flammrohres in der Nähe seines Endes unter Vermittlung von unteren Stutzen 14 und oberen Stutzen 15 befestigt sind. DaB in dem Körper enthaltene Wasser kann über die Stutzen 14 in die Ringe eintreten und diese über die Stutzen 15 verlassen. Die Stutzen 14 und 15 befinden sioh in der Ebene der Mittelsenkreohten oder wie dargestellt, gegenüber dieser Ebene leicht versohoben und zwar die einen nach der einen und die anderen nach der anderen Seite, um den seitlichen Abstand zwischen zwei benachbarten Stutzen 14 und 15 zu vergrüssern.

Wenn der Brenner 3 angezündet ist, überträgt das Verbrennungsgas und die Strahlung der Flamme einen intensiven

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WärmeflusB auf die Hinge 13.. Durch die Wirkung der Schwerkraft und durch das geringe Wasservolumen, welches in den Ringen enthalten ist im Verhältnis zur aufgenommenen Wärmemenge, wird das Wasser sofort einer Bewegung unterworfen. Das kalte Wasser, das sich im unteren Teil des Kessels befindet, dringt in die unteren Stutzen 14-ein, strömt hierauf durch die Hinge 13 und verlässt sie durch die oberen Stutzen 15 im oberen Teil des Kessels. Das Wasser sinkt hierauf, wie durch die Pfeile 16 angezeigt, in der Aussenzone des Kessels wieder herab, um aufs Neue wieder in die Ringe einzutreten. Das ganze Wasser im Kessel ist auf diese Weise gleichzeitig im Umlauf, wobei die Geschwindigkeit des Wassers an den hinteren Rohrboden 4 und an dem Flammrohr 2 verg'rössert ist.

Die Verteilung und der Auslass des Wassers durch die länglichen Sammler 9 und 11 sichern eine bessere Wasserverteilung im Kessel, ohne die Wirkung der Zirkulation zu zerstören, die durch die Pumpe geschaffen wurde, welche die Ringe 13 bilden.

Bei der Ausführungsform nach den Figuren 3 und 4 ist der Kessel für die Herstellung von Dampf bestimmt und man sieht bei 17 die Trennfläche zwischen Wasser und Dampf. Die Rohre bestehen hier aus Kniestücken 18, die im Flammrohr 2 jeweils paarweise einander symmetrisch zur Mittelsenkrechten gegenüberliegen. Diese Knierohre leiten das Wasser in den äusseren Bereich des Kessels und vermeiden hierdurch eine Durchwirbelung der Wasserfläche 17.

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Claims

μ. 7 —

Patentansprüche

1 . Kessel zur Dampf- oder Heisswasseraufbereitung mit einem im Inneren eines Körpers angeordneten Flammrohr, der Wasser zum Erhitzen oder Verdampfen enthält und von Rauohrohren durchdrungen ist, die mit dem Flammrohr verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserrohre (13, 18) quer zum Flammrohr (2), vorzugsweise in der j\ahe des hinteren Endes des Flammrohres angeordnet sind und den unteren Teil des Körpers (I)-mit dessen oberen Teil verbinden.
2. Kessel nach Anspruch 1, der für eine Heisswasseraufbereitung bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (13) ringförmig ausgebildet sind.
3. Kessel nach Anspruch 1, der für eine Dampferzeugung bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (18) knieförmig gebogen sind.
4. Kessel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kaltwasserzulauf (10) und der Heisswasserablauf (12) oder die Dampfableitung mit länglichen Sammlern (9 bzw. 11)verbunden sind, die im unteren bzw. oberen Teil des Kessels angeordnet sind.

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