DE1751305C3 - Dampf- oder Heißwassereixeuger, insbesondere mit öl- oder Gasfeuerung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen liegenden Dampfoder Heißwassererzeuger mit einem Flammrohr und mehreren Rauchrohren, einer hinteren, die Rauchgase auf alle Rauchrohre verteilenden Umkehrkammer, die von einem Wasserraum umschlossen ist, an dem ho der Rücklaufstutzen angebracht ist und der durch einen Zwischenboden vom Hauptwasserraum getrennt und durch einen Überströmkanal mit diesem verbunden ist, wobei ferner ein vorderer Rauchgassammelraum angeordnet ist, an den sich ein zum Fuchs füh- hi render Rauchgaskanal anschließt.

Flammrohr-Rauchrohr-Dampf- oder Heißwassererzeuger zeichnen sich bekanntlich durch robuste Bauart und dementsprechende Betriebssicherheit aus. Ihre spezifische Wärmeleistung ist jedoch gering, da der Wasserumlauf träge und die spezifische Heizflächenbelastung relativ klein ist. Daraus resultiert auch eine lange Anheizdauer, und der Platzbedarf ist groß.

Man hat nun zwar schon versucht, diese Verhältnisse durch den Wärmeübergang erhöhende Maßnahmen zu verbessern, sei es durch Einbau von Dralloder leitflächen oder von Strahlungs-Heizkörpern. Ferner sind auch in den Rauchrohren untergebrachte Verdrängungskörper bekannt, die im Rauchrohr einen Ringspaltkanal bilden, so daß die Rauchgasströmung turbulenter wird. Diese Verdränger sind auch schon hohl ausgebildet worden, so daß sie innen vom Wasser durchspült werden konnten. Nach der österreichischen PS 187119 sind die rohrförmigen Verdrängerkörper am Gaseintrittsende offen und am Gasaustrittsende geschlossen und über ihrer Längserstreckung mit Durchbrüchen versehen, so daß innerhalb der Verdrängerrohre eine sekundäre Gasströmung entsteht, welche den Wärmeaustausch begünstigen soll. Alle diese Maßnahmen haben jedoch nicht voll befriedigt. Einerseits erhöhen sie die Gefahr örtlicher Überhitzung der Heizflächen, und andererseits erschweren sie die Reinigung solcher Kessel.

Aus der US-PS 739900 ist ein Zweizug-Dampferzeuger mit einer im Wasser liegenden Umkehrkammer bekamt, die zusammen mit dem sie umschließenden Behälter an die Dampf-Wasser-Trommel angeflanscht ist. Beide Räume sind dampfseitig und wasserseitig durch Überströmrohre miteinander verbunden. Die durch den Anbau der wassergekühlten Umkehrkammer bedingte Trennwand zwischen beiden Wasserräumen stellt hier also einen Nachteil dar, der durch die Überströmleitungen wieder behoben werden soll.

Die US-PS 940684 zeigt und beschreibt einen Dampferzeuger mit zwei Zügen mit einer zusätzlichen Einrichtung zur Erzeugung von Warmwasser. Letztere besteht darin, daß sowohl die hintere, als Umlenkhaube ausgebildete Begrenzung ebenso wie der den Kesselmantel mit sichelförmigem Querschnitt tragende Fundamentrahmen und auch der Rahmen der Feuerungstür hohl ausgebildet sind, und durch diese Hohlräume Wasser hindurchgeieitet wird. Bei diesem Dampferzeuger sind also zwei völlig voneinander getrennte Kreisläufe vorhanden.

Die DAS 1092481 zeigt einen Flammrohr-Rauchrohr-Dampferzeuger in stehender Anordnung mit unten liegender Umkehrkammer, die vom Wasser gekühlt ist. Um in dem Wasserraum 12 der Umlenkkammer 2 eine geordnete Strömung zu erhalten, sind darin Wasserfallkanäle 17 angeordnet, die das Fallwasser zum tiefsten Punkt des Dampferzeugers leiten sollen. Es handelt sich hierbei also keinesfalls um Rippen auf der Wasserseite des Umkehrbodens, die Wärmeübergang vom Boden auf das Wasser erhöhen sollen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der aufgezeigten Mangel einen betriebssicheren Flammrohr-Rauchrohr-Dampferzeuger in Kompaktbauweise mit höchster und möglichst gleichmäßiger Heizflächenbelastung und dementsprechender Verminderung des Bauvolumens zu schaffen. Dabei wird von dem Gedanken ausgegangen, daß allen Maßnahmen zur Erhöhung des vVärmeüberganges auf der Gasseite entsprechende Vorkehrungen zur Erhöhung der Wärmeabgabe auf

der Wasserseite zur Folge haben müssen. Ferner muß ein solcher Dampferzeuger-damit seine vorteilhaften Eigenschaften im Dauerbetrieb aufrechterhalten bleiben — sehr wartungsfreundlich sein. Dies gilt vornehmlich für die Zugänglichkeit zu den Einsatzkörpern in den Rauchrohren, die mit wenigen Handgriffen zum Zwecke der Reinigung schnell herausgezogen werden müssen bzw. in Abhängigkeit von wechselnden Zug- und Klimaeinflüssen schnell eingestellt werden müssen. Ferner muß zwecks Aufrechterhaltung einer sauberen Verbrennung auch die Brennerdüse und der Brennerkopf leicht zugänglich sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination folgender Merkmale gelöst:

a) Das Flammrohr ist zentrisch zum Kesselmantel und die Rauchrohre sind konzentrisch um das Flammenrohr angeordnet,

b) der unter dem Kesselmantci angeordnete Überströmkanal vom Vorwärmeraum mm Hauptwasserraum erstreckt sich bis nahe an das Gasaustrittsende der Rauchrohre, so daß das Wasser im wesentlichen im Gegenstrom zu den Rauchgasen den Hauptwasserraum durchströmt, wobei zur Vermeidung von Strömungstoträumen kleine Hilfsuberströmöffnungen angeordnet sind.

c) Auf der Vorderseite ist eine sowohl das Flammrohr als auch den Rauchgassammeiraum verschließende Tür angeordnet, die zugleich den vorderen Boden bildet.

d) In den Rauchrohren sind rohrförmige Einsätze geringeren Durchmessers verschiebbar angeordnet, die auf der Eintrittsseite offen und auf der Austrittseite geschlossen und über ihre ganze Länge mit radialen Durchbrüchen versehen sind, und die auf der Austrittseite einen Flansch aufweisen, der mit dem vorderen Zwischenboden einen Drosselspalt bildet und

e) der vordere Rauchgassammeiraum ist mit dem unter dem Kesselmantel angeordneten Rauchgaskanal verbunden, der zugleich den Überströmkanal umschließt.

Die zentrische Anordnung des Flammrohres zum Kesselmantel ergibt zunächst eine kompakte, billig hersteilbare Bauweise. Mit der Einführung des vorgewärmten Speisewassers in den Hauptwasserraum am Austrittsende der Rauchrohre, also in die vordere Rauchkammer, wird ein vorteilhafter Wärmeaustausch im Gegenstrom erzielt, wobei etwa sich einstellende Strömungstoträume durch kleine Hilfsuberströmöffnungen vermieden werden. Die in die Rauchrohre eingeschobenen Einsatzrohre bewirken in der in ihnen hervorgerufenen Ringspaltströmung eine heftige Turbulenz mit entsprechend hohem Wärmeübergang, wobei infolge der Sekundärströmung durch die Schlitze dieser Einsätze über die ganze Länge der Rauchrohre ein relativ geringer Temperaturgradient erreicht wird. Ein weiterer Vorteil dieser Rohreinsätze hat sich auch hinsichtlich Verringerung der Schadstoffemission gezeigt. Da ihre Wände bedeutend heißer sind als die Rauchrohrwände, wird ein großer Teil der in den Rauchgasen enthaltenen Schadstoffe, insbesondere .Tchwcfel, an den Einsatzrohren sublimiert. Der Dampferzeuger nach der Erfindung stellt somit einen wesentlichen Beitrag zum Umweltschutz dar. Er beseitig ferner die Gefahr der Kaminversotti'ng. Voraussetzung für die Aufrechterhaltung dieser vorzüglichen Eigenschaften im Dauerbetrieb ist freilich eine schnelle Wartungsmöglichkeit.

Diese wird durch die den vorderen Boden bildende Tür gewährleistet, die sowohl das Flammrohr als auch den vorderen Rauchgassammeiraum verschließt. Mit einigen Handgriffen kann diese Tür geöffnet werden und gibt Zugang zur vorderen Raumkammer, zum Brenner mit Düse und Brennerkopf, zu den Rauchrohren und vor allem zu den Rohreinsätzen frei,, die von ihren Ablagerungen gereinigt bzw. auf die jeweiligen klimatischen Bedingungen eingestellt werden

¹⁽¹ können. Um auch den im Rauchgaskanal zum Fuchs abströmenden Rauchgasen noch Wärme zu entziehen, umschließt der Rauchgaskanal den vom Vorwärmeraum zum Einlaß in den Hauptwasserraum führenden Überströmkanal.

ι ■ In ihrer Gesamtheit ergibt die Kombination der erfincJungsgemäßen Merkmale einen äußerst kompakten Kessel mit kürzester Betriebsbereitschaft, in dem auch bei Temperaturen des Rücklaufwassers unter 30° C keine Kondenswasserbildung (»Schwitzen«) in

-'" den Rauchrohren auftritt. Es sind daher zusätzliche Mischvorrichtungen zur Erhöhung der Rücklauftemperaturen entbehrlich.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden an Hand des im folgen-

-'· den beschriebenen Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ehen Flammrohr-Rauchrohr-Dampferzeuger mit zwei Zügen im Axialschnitt,

Fig. 2 den Dampferzeuger nach Fig. 1 im Schnitt

ti> nach Linie H-II der Fig. 1 und

Fig. 3 das Detail »A« aus Fig. 1 im größeren Maßstab.

In allen Darstellungen bezeichnet 1 den Mantel mit dem hinteren Boden 2 und der Tür 3, die zugleich den

r. vorderen Boden bildet, und die eine Feuerungsöffnung 3a für den Anbau eines öl- oder Gasbrenners aufweist. Zentrisch zum Mantel 1 ist das Flammrohr 4 von den beiden Zwischenboden 5 und 6 getragen. Am Zwischenboden 6 ist auch der Boden 7 der Umkehr-

Hi kammer 8 befestigt, so daß zwei Wasserräume gebildet sind, nämlich der Hauptwasserraum 9 und der die Umkehrkammer 8 umschließende Vorwärmraum 10. Die Böden 5 und 6 sind durch die konzentrisch zum Flammrohr 4 angeordneten Rauchrohre 11 miteinan-

i» der verbunden. Zwischen dem Boden 5 und der Tür 3 ist der ringförmige Rauchgas-Sammelraum 12 gebildet, an den sich der Rauchgaskanal 13 anschließt, aus dem die Rauchgase durch den Fuchs 14 entweichen. Das Rücklauf- und/oder Frischwasser gelangt

ι» durch den Rücklaufstutzen 15 zunächst in den Vorwärmraum 10 und wird mit Hilfe der Leitfläche 16 zur gleichmäßigen Kühlung des Bodens 7 verteilt. Das hierin stark vorgewärmte Wasser gelangt durch die Öffnung 17 im Boden 2 in den Überströmkanal 18

ν. und von hier durch die öffnung 19 am Gasaustrittsende der Rauchrohre 11 in den Hauptwasserraum 9. Hier verteilt sich das Wasser über den ganzen Ringquerschnitt und durchströmt den Raum 9 in Richtung zum Zwischenboden 6, also im Gegenstrom zu den

hu Rauchgasen, bis es durch den Vorlauf stutze η 20 dem Wärmeverbraucher zugeführt wird. Kleine HilfsÖffnungen 21 und 22 im Mantel 1, deren Querschnitt bedeutend geringer sind als der der öffnung 19, stellen weitere Verbindungen vom Überströmkanal 18

tr. zum Hauptwasserraum dar. Durch sie wird eine geringe Hilfsströmung im Hauptwasserraum 9 hervorgerufen, um hierin Strömungstoträume zu vermeiden. Der Überströmkanal 18 liegt vollständig im Rauch-

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gaskanal 13, so daß das überströmende Wasser auch noch von den abziehenden Rauchgasen beheizt wird.

Zur Erhöhung des Wärmeüberganges von den Feuergasen an die Heizflächen sind am Boden 7 die Rippen 23 sternförmig angebracht, die zusätzlich auch eine bessere Verteilung der Rauchgase auf die Rauchrohre 11 bewirken. Ferner sind in den Rauchrohren 11 rohrförmige Einsätze 24 mit gegenüber jenen geringerem Durchmesser eingeschoben, die am Gaseintrittsende offen und am Gasaustrittsende geschlossen sind, und die wenigstens nahe an diesem Ende mit radialen Durchbrüchen 25 versehen sind. Außerdem haben die Einsätze 24 am geschlossenen Ende einen Flansch 26, der den Querschnitt des zwischen Einsatz und Rauchrohr 11 gebildeten Ringkanals 27 wenigstens teilweise abdeckt. Diese Einsätze sind für die Erhöhung der Heizflächenbelastung des Kessels nach der Erfindung sehr bedeutungsvoll. Durch sie wird die Strömung in den Rauchrohren 11 in eine Primärströmung im Ringkanal 27 und eine Sekundärströmung innerhalb des Einsatzes 24 aufgeteilt. Mit der Abkühlung der Gase in der Primärströmung tritt auch eine Druckabsenkung ein, und als Folge davon treten heißere Gase aus der Sekundärströmung in den Ringkanal 27 über. Der Wärmeübergang auf die Rauchrohrwand wird dadurch außerordentlich günstig. Mit Hilfe des Flansches 26 kann nun aber auch durch Verändern der Weite des Spaltes »i« zwischen Flansch und Zwischenboden 5 die Rauchrohrströmung gedrosselt und damit der Wärmeübergang so gesteuert werden, daß alle Rauchrohre wenigstens annähernd die gleiche Heizflächenbelastung erfahren.

Um nun auch im Flammrohr 4 wenigstens teilweise einen Wärmeaustausch im Gegenstrom zu ermöglichen, kann im Flammrohr ein Hohlkörper 28 unter Freilassung eines Ringspaltes 29 so angeordnet sein, daß ein Teil der Flammengase unter der Einwirkung des Brennerstrahles (Ejektorwirkung) durch den Ringspalt 29 zum Brenner hin geführt wird. Da der Hohlkörper 28, der mit dem Stutzen 30 an den Hauptwasserraum 9 angeschlossen ist, allseitig von Heißgas umspült ist, wird das in ihn eintretende Wasser besonders stark aufgeheizt. Dieser Sachverhalt kann nun vorteilhaft zur Verwendung des Hohlkörpers 28 als thermische Pumpe ausgenutzt werden, indem das Austrittsrohr 31 bis in den Vorlaufstutzen 20 geführt wird, so daß der Auftrieb des heißeren Wassers zur Umwälzung des gesamten Wasserinhaltes genutzt wird. Diese Wirkung kann noch durch Ausbildung des Stutzens 20 als Venturirohr begünstigt werden.

Das Rohr 32 mit der Detonationsklappe 33 dient zugleich zur Reinigung des Kessels. Hierzu wird die Tür 3 geöffnet, die Einsätze 24 werden herausgezogen und mittels Bürsten der an den Rauchrohren angesetzte Ruß in die Umkehrkammer 8 durchgestoßen, so daß die Verschmutzungen durch das Rohr 32 nach außen gelangen. Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, daß solche Reinigung auch bei längerem Teillastbetrieb nur in großen Zeitabständen erforderlich ist. Auf die Vorteile der Einsätze 24 hinsichtlich Verringerung der Schadstoffemission wurde bereits eingangs hingewiesen.

Für den Fall, daß bei einem Heißwassererzeuger in irgendeinem Betriebszustand, z. B. nach Umschalten auf eine geringere Laststufe, im Vorwärmraum 10 sich Dampf ansammeln sollte, ist am oberen Rand des Zwischenbodens 6 eine öffnung 34 vorgesehen, durch die der Dampf in den Hauptwasserraum 9 übertreten und mit dem vorlaufenden Wasser entweichen kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Liegender Dampf- oder Heißwassererzeuger mit einem Flammrohr und mehrereren Rauchrohren, einer hinteren die Rauchgase auf alle Rauchrohre verteilenden Umkehrkammer, die von einem Wasserraum umschlossen ist, an dem der Rücklaufstutzen angebracht ist und der durch einen Zwischenboden vom Hauptwasserraum ge- '" trennt und durch einen Überströmkanal mit diesem verbunden ist, wobei ferner ein vorderer Rauchgassammeiraum angeordnet ist, an den sich ein zum Fuchs führender Rauchgaskanal anschließt,gekennzeichnet durch dieKombina- '"· tion folgender, teils bekannter Merkmale:

   a) Das Flammrohr (4) ist zentrisch zum Kesselmantel (1) und die Rauchrohre (11) sind konzentrisch um das Flammrohr (4) angeordnet, -"'

   b) der unter dem Kesselmantel (1) angeordnete Überströmkanal (18) vom Vorwärmeraum (10) zum Hauptwasserraum (9) erstreckt sich bis nahe an das Gasaustrittsende der Rauchrohre (11), so daß das Wasser im we- -'"> sentlichen im Gegenstrom zu den Rauchgasen den Hauptwasserraum (9) durchströmt, wobei zur Vermeidung von Strömungstoträumen kleine Hilfsüberströmöffnungen (21, 22) angeordnet sind. '"

   c) Auf der Vorderseite ist eine sowohl das Flammrohr (4) als auch den Rauchgassammelraum (12) verschließende Tür (3) angeordnet, die zugleich den vorderen Boden bildet. >'■

   d) In den Rauchrohren (11) sind rohrförmige Einsätze (24) geringeren Durchmessers verschiebbar angeordnet, die auf der Eintrittsseite offen und auf dev Austrittsseite geschlossen und über ihre ganze Länge mit w radialen Durchbrüchen (25) versehen sind, und die auf der Austrittsseite einen Flansch (26) aufweisen, der mit dem vorderen Zwischenboden (S) einen Drosselspalt (i) bildet und ι >

   e) der vordere Rauchgassammeiraum (12) ist mit dem unter dem Kesselmantel (1) angeordneten Rauchgaskanal (13) verbunden, der zugleich den Überströmkanal (18) umschließt. >»