DE19511185A1 - Großwasserraum-Kessel mit Umkehrbrennkammer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Großwasserraum-Kessel mit Umkehrbrennkammer für die Dampf- oder Heißwasserer­ zeugung unter Nutzung der durch Verbrennung von Brenn­ stoffen freigesetzten Wärmeenergie, der, vorzugsweise als Flammrohr-Rauchrohr-Kessel in liegender Bauart ausgeführt und dessen Flammrohr als Umkehrbrennkammer ausgebildet ist.

Aus dem Stand der Technik sind bereits Großwasser­ raum-Kessel mit Umkehrbrennkammern bekannt, deren Flammrohre in einem zylindrischen Kesselmantel an­ geordnet sind und gekühlt werden. Die Mehrheit dieser Kesselanlagen hat jedoch den Nachteil, daß die Kessel­ vorderseiten, infolge einer nicht vorhandenen Kühlung bzw. einer nicht ausreichenden Kühlung, großflächig von heißen Abgasen beaufschlagt werden und entsprechend großen thermischen Belastungen unterliegen, und die Bildung von NOx wird begünstigt.

So wird in der DE-OS 31 30 483 ein Dampfkessel mit einer Rauchgaswendekammer beschrieben, der aus einem hori­ zontal angeordneten zylindrischen Kesselmantel besteht und mit Wasser gefüllt ist. In dem sich so aus­ bildenden Wasserraum ist ein horizontales Flammrohr angeordnet, an dessen einen Seite sich die Feuerung und an dem gegenüberliegendem Kesselende sich die Wendekammer befindet.

Seitlich und parallel zum Flammrohr ist in dem Wasser­ raum ein Rauchrohrbündel angeordnet, dessen Eintritts­ ende durch eine Trennwand, welche die Wendekammer an ihrer axial innenliegenden Stirnseite vom Wasserraum abteilt, an die Wendekammer angeschlossen und durch diese mit dem Austrittsende des Flammrohres verbunden ist. Die Wendekammer wird gleichzeitig von einem vollständig im Wasserraum liegenden Wendekammermantel umgeben, wo­ bei die Wendekammer mit dem Ende des Kesselmantels durch einen entsprechenden Kesselboden verschlossen ist.

An der axial außenliegenden, dem Kesselboden zugekehrten Stirnseite der Wendekammer ist diese Wendekammer gleich­ falls an dem Kesselboden wasserdicht angeschlossen. An dieser Stirnseite der Wendekammer ist eine den lichten Querschnitt der Wendekammer ausfüllende wasser­ gekühlte und gasdichte Wand angeordnet, die aus vertikal verlaufenden Flossenrohren besteht, welche in diametralen Umfangsstellen in Rohrlängsrichtung verlaufende flossen­ artige Stege aufweisen.

Diese flossenartigen Stege, mit denen sich benachbarte Rohre berühren, verschließen die Abstände zwischen den Rohren wandartig und übertragen die von den Rauchgasen beim Durchströmen der Wendekammer abgegebene Wärme an die wasserdurchflossenen Rohre, welche oben und unten durch den Wendekammermantel hindurch an den Wasserraum angeschlossen sind. Eine an dieser Seite der Wendekammer vorgesehene Öffnung dient als Putzöffnung, um im Havarie- oder Reinigungsfall in das Innere des Dampfkessels zu gelangen. Dieser öffnungsverschließende Deckel trägt an seiner Innenseite eine Schamotte-Hitzeschutzschicht, die als Isolierung dient.

Auch diesem vorgestellten Dampfkessel haftet der Nachteil an, daß der vordere Bereich des Dampfkessels, in dem die Feuerung angeordnet ist, ungekühlt ist und die bereits oben genannten Nachteile auch bei dieser vorgeschlagenen Lösung auftreten.

In Erkenntnis der Mängel des Standes der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen Großwasserraum-Kessel mit Umkehrbrennkammer zu entwickeln, der sichert, daß auch im vorderen Bereich des Großwasserraum-Kessels eine ausreichende Kühlung gesichert ist, die thermische Be­ lastungen auf ein Minimum reduziert und die genannten Nachteile beseitigt werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Patent­ anspruch 1 herausgestellten Merkmale gelöst.

Besondere Ausgestaltungen und vorteilhafte Ausführungen der erfindungsgemäßen Lösung sind Gegenstand der Unter­ ansprüche.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird ein Großwasserraum- Kessel vorgestellt, der als kombinierter Flammrohr-Rauch­ rohr-Kessel ausgebildet und in horizontaler Bauweise aus­ geführt ist.

Die Umkehrbrennkammer des Großwasserraum-Kessels ist exzentrisch im zylindrischen Kesselmantel angeordnet, der eine Abgasendekammer zugeordnet ist, die vor und seitlich der Umkehrbrennkammer angeordnet ist. Gleichfalls seit­ lich der Umkehrbrennkammer ist der Rauchrohrzug angeord­ net, in dem in horizontaler Richtung die Rauchrohre ver­ laufen. Sowohl die Umkehrbrennkammer als auch die Abgas­ wendekammer sind innerhalb des Kesselmantels vom Groß­ wasserraum-Kessel von Wasser umgeben.

Die Umkehrbrennkammer besitzt an der Vorderseite eine Öffnung, in die die Brenneinrichtung angeordnet wird, die gleichfalls sowohl exzentrisch zur Umkehrbrennkammer als auch exzentrisch zum gesamten Großwasserraum-Kessel ange­ ordnet ist.

An der hinteren Seite des Großwasserraum-Kessels befindet sich eine Abgassammelkammer, in die die einzelnen Rauch­ rohre des Rauchrohrzuges münden und welche über eine Rezirkulationsleitung mit der Brenneinrichtung verbunden ist.

Im vorderen Bereich des Großwasserraum-Kessels, vor der Umkehrbrennkammer und dem Rauchrohrzug befindet sich die Abgaswendekammer, die im Übergangsbereich von der Umkehr­ brennkammer zum Rauchrohrzug mit Öffnungen versehen ist und somit eine Verbindung zwischen diesen beiden Bauelemen­ ten herstellt, die beispielhaft als Schlitz ausgebildet sein können, durch die die Abgase aus der Umkehrbrenn­ kammer über die Abgaswendekammer zum Rauchrohrzug gelan­ gen und von dort über die Rauchrohre den Rauchrohrzug passieren.

Zur Kesselfront wird die Abgaswendekammer mittels einer Tür verschlossen und gleichzeitig durch eine Wasserkammer begrenzt und gleichzeitig gekühlt. Die Tür ist mit ent­ sprechenden Isoliermaterialien bestückt, so daß ihr eine thermische Abschirmung zur Außenwand gegeben ist, wodurch sich die thermische Belastung des gesamten Frontbereiches wesentlich reduziert.

Die in diesem Frontbereich vorgesehene Wasserkammer um­ schließt umfangseitig den Mantelschuß der Brenneinrich­ tung, welcher sowohl in der Stirnwand als auch in der Umkehrbrennkammer des Großwasserraum-Kessels angeordnet ist und führt die notwendige Kühlung der im Mantelschuß angeordneten Brenneinrichtung sorgt.

Auf der gegenüberliegenden Seite weist der Großwasser­ raum-Kessel eine Einstiegsöffnung auf, welche gleichfalls mit einem entsprechenden feuerfesten Material versehen ist und somit die notwendige Isolierung sichert.

Auf dieser Rückseite des Großwasserraum-Kessels ist die Abgasleitung vorgesehen, die sich unmittelbar im Bereich der Abgassammelkammer befindet und der, zur besseren bzw. weiteren Ausnutzung der Abgase, ein Wärmetauscher nach­ geschaltet werden kann.

Oberhalb des Großwasserraum-Kessels sind der Wasserzulauf und der Wasserablauf angeordnet, wobei der Wasserzulauf mit entsprechenden Einbauten innerhalb des Kessels ver­ sehen ist, welche positiv auf die Zirkulation des Wasser­ einlaufes wirken.

Mit dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel soll die Er­ findung näher erläutert werden.

Die dazugehörige Zeichnung zeigt in

Fig. 1 einen Gesamtaufbau des Großwasserraum-Kessels in schematischer Darstellung

Fig. 2 eine weitere Gesamtansicht des Großwasserraum- Kessels

Fig. 3 eine Schnittdarstellung A-A nach Fig. 1

Fig. 4 eine Schnittdarstellung B-B nach Fig. 1.

Der Großwasserraum-Kessel mit seinen erfinderischen Ein­ bauten ist in einer schematischen Darstellung aus der Fig. 1 zu ersehen.

Dabei besteht der Großwasserraum-Kessel aus einem zylindrischen Kesselmantel 1, in dem in horizontaler Lage die Umkehrbrennkammer 2 und der Rauchrohrzug 4 angeordnet sind. Seitlich ist der Kesselmantel durch die Rückwand 24 und die Vorderwand 25 sowie der schwenk­ baren Tür 6 verschlossen.

Auf der Rückseite des Großwasserraum-Kessels ist die Abgasaustrittsöffnung 7 vorgesehen, und gleichfalls be­ findet sich auf dieser Rückseite eine Eintrittsöffnung 5, welche z. B. mit wärmeisolierenden Schamotten ausgekleidet ist. Diese Eintrittsöffnung macht sich für Reparatur- und Reinigungsfälle notwendig.

Im Bereich der Rückseite des Großwasserraum-Kessels ist die Abgassammelkammer 8 vorgesehen, welche zwischen der Trennwand 26 und der Rückwand 24 vorgesehen ist. In diese Trennwand 26 münden die Rauchrohre 20 des Rauchrohrzuges 4, durch die Abgase von der Abgaswende­ kammer 12 in die Abgassammelkammer 8 gelangen. Über Ankerbolzen 23 ist die Umkehrbrennkammer 2 mit der Trennwand 23 und somit mit dem Kesselmantel 1 des Grob­ wasserraum-Kessels verbunden.

Die Abgaswendekammer 12 befindet sich auf der Vorder­ seite des Großwasserraum-Kessels und wird seitlich begrenzt durch die Umkehrbrennkammer 2 sowie den Rauch­ rohrabzug 4 und durch die Wasserkammer 11 sowie die Tür 6.

Eine Verbindung zwischen der Abgaswendekammer 12 und der Umkehrbrennkammer 2 besteht durch entsprechende Öffnungen 21, die bei diesem Ausführungsbeispiel als Schlitze ausgeführt sind und über die die Abgase aus der Umkehrbrennkammer 2 hindurchtreten können, um dann durch die Rauchrohre 20 des Rauchrohrzuges 4 geführt werden.

Die vordere Front des Großwasserraum-Kessels wird dabei durch die Vorderwand 25 und durch die Tür 6 verschlossen, wobei die Tür 6 gleichfalls mit einem feuerfesten Material innenseitig versehen ist und somit für eine gute Iso­ lierung sorgt. Die gleichfalls im vorderen Bereich des Großwasserraum-Kessels befindliche Wasserkammer 11 kühlt den vorderen Frontbereich der gesamten Anlage, daß heißt sowohl die Umkehrbrennkammer 2 als auch den Mantelschuß 10, in welchem die Brenneinrichtung 16 angeordnet ist.

Aus der Fig. 2 ist gleichfalls nochmals eine schematische Darstellung des Großwasserraum-Kessels dargestellt, wobei aus dieser Skizze die Anordnung der Brenneinrichtung 16 und die Nachordnung eines Wärmetauschers, im Anschluß an die Abgasaustragsöffnung angeordnet, ersichtlich sind. Im oberen Bereich des Großwasserraum-Kessels und in der äußeren Hülle des Kesselmantels 1 sind die Wasserein­ trittsöffnung 13 und die Wasseraustrittsöffnung 14 vorgesehen. Gleichfalls im äußeren Kesselmantel 1 vor­ gesehen ist ein Anschlußstück für ein Kontrollorgan 22. Die Wassereintrittsöffnung 13 ist dabei mit entsprechenden Einbauten 15 versehen, die positiv auf das Umströmungs­ verhältnis des einzufüllenden Kühlwassers wirken und eine gute Zirkulation des neu zufließenden Wassers er­ möglichen.

Wie im hinteren Bereich des Großwasserraum-Kessels sind die Einbauten, daß heißt die Umkehrbrennkammer über Ankerbolzen 23 mit der Vorderwand 25 verbunden und sichern eine gute Lage der exzentrisch im Kesselmantel 1 angeordneten Umkehrbrennkammer 2.

Über eine Rezirkulationsleitung 9 ist die Abgassammel­ kammer 8 mit der Brenneinrichtung 16 verbunden, wobei die Rezirkulationsleitung 9 sichert, daß eine gewisse Teilabgasmenge, in Abhängigkeit des herrschenden Unter­ druckes, der Brenneinrichtung 16 zugeführt wird.

In dem Ausführungsbeispiel, Fig. 1 und 2, ist darge­ stellt, daß die Rezirkulationsleitung 9 unmittelbar mit dem Mantelschuß 10 verbunden ist, was eine vorteilhafte Ausführungsform darstellt, aber auch weitere Verbindungs- und Anschlußmöglichkeiten zur Brenneinrichtung 16 mit einschließt.

Die exzentrische Anordnung der Umkehrbrennkammer 2 inner­ halb des Kesselmantels 1 ist in der Fig. 3 dargestellt. Die Umkehrbrennkammer 2 ist dabei umfangsseitig mittels eines Flammrohrmantels 3 verschlossen und stirnseitig durch entsprechende Brennkammerböden.

Seitlich der Umkehrbrennkammer 2 ist der Rauchrohrzug 4, in der längs zur Umkehrbrennkammer 2 die Rauchrohre 20 angeordnet sind.

Sowohl die Umkehrbrennkammer 2 als auch der Rauchrohrzug 4 und die Abgaskammer 12 sind allseitig von Wasser umgeben, was besonders aus den Fig. 3 und 4 zu ersehen ist und in diesen Figuren das Kühlwasser als Wasserbad 19 bezeich­ net ist.

Die Fig. 4 zeigt eine weitere Schnittdarstellung nach Fig. 1 und zeigt deutlich, daß die Vorderfront der Umkehrbrennkammer 2 mit Wasser umgeben ist und somit gekühlt wird. In dieser Fig. 4 ist gleichfalls die exentrische Anordnung des Öffnungskanales 18 darge­ stellt, der sowohl zur Umkehrbrennkammer 2 als auch zum Kesselmantel 1, also zum gesamten Großwasserraum- Kessel, exentrisch angeordnet ist. In diesen Öffnungs­ kanal 18 ist der sogenannte Mantelschuß 10 vorgesehen, welcher gleichfalls umfangsseitig durch das vorhandene Wasserbad 19 gekühlt wird.

Unmittelbar auch dieser Fig. 4 ist ersichtlich, wie die Rezirkulationsleitung 9 in den Bereich der Brenn­ einrichtung 16 geführt ist und unmittelbar mit dem Mantelschuß 10 in Funktions- und Wirkverbindung steht.

Zum funktionellen Ablauf

Bei dem vorgeschlagen Großwasserraumkessel handelt es sich um einen sogenannten zweizügigen Flammrohr-Rauch­ rohr-Kessel, bei dem die Abgase, in der Fig. 1 mit entsprechenden Feilrichtungen dargestellt, in Längs­ richtung durch die Umkehrbrennkammer 2 streichen und an der Rückwand der Umkehrbrennkammer 2 umgelenkt werden und dann seitlich zur Abgaswendekammer 12 am Flammrohrmantel 3 zurückgleiten, über die Übergangs­ öffnung 21 in die vordere Abgaswendekammer 12 ge­ langen und von dort durch den Rauchrohrzug 4 weiter­ geführt werden. Die Abgase treten am Ende der Rauch­ rohre 20 über die Abgassammelkammer 8 aus. Ein Teil der Abgase verbleibt in der Abgassammelkammer 8 und wird, je nach vorherrschendem Unterdruck im Bereich der Brenn­ einrichtung 16, über die Rezirkulationsleitung 9 zur Brenneinrichtung transportiert.

Durch die seitliche Anordnung der Abgaswendekammer 12 kann der Sohlenbereich im zylindrischen Kessel­ mantel 1 unberohrt bleiben, wodurch die Zirkulation des Kesselwassers günstig beeinflußt wird.

Durch die gleichfalls exzentrisch eingesetzte Brenn­ einrichtung 16 in die Umkehrbrennkammer 2 wird eine überwiegend seitliche Rückströmung der Abgase nach vorn in den Bereich der Übergangsöffnung 21 ermöglicht. Da der vordere Bereich der Umkehrbrennkammer 2 mittels eines vorderen Bodens verschlossen ist, wird dieser durch das in dem Kesselmantel 1 befindliche Wasserbad 19 allseitig gekühlt, wodurch die thermische Belastung der Kesselfront erheblich verringert wird, was eine zusätz­ liche Kühlung der Flamme der Brenneinrichtung 16 im Wurzel­ bereich ermöglicht und was andererseits zur Reduzierung der NOx-Bildung führt.

Die Tür 6 ist so ausgebildet, daß eine Demontage der Feuerung, daß heißt der Brenneinrichtung 16, oder auch der Brennstoffleitungen, die zur Brenneinrichtung geführt werden, beim Öffnen der Tür 6 zum Zwecke der Rauchrohrreinigung nicht notwendig ist, was durch die gewählte Ausführung der Umkehrbrennkammer 2 möglich wird. Weiter von Vorteil ist, daß durch die Kühlung des zylindrischen Mantelschusses 10 eine bisher übliche Ausmauerung dieses Bereiches entfallen kann, was wieder­ um die Verringerung der NOx-Bildung nach sich zieht.

Die der Wassereintrittsöffnung 13 zugeordneten Ein­ bauten 15 sind so ausgebildet, daß sie strömungstechnisch eine schnelle Durchmischung des kalten Zulaufswassers mit dem warmen Kesselwasser sichern.

Die vorgesehene Rezirkulationsleitung 9 verbindet nicht nur die hintere Abgassammelkammer 8 mit dem Bereich der Brenneinrichtung 16, sondern sichert gleichzeitig, da die Teilabgasmenge in diesen Bereich gekühlt gelangt, daß das Brennstoffluftgemisch im Bereich der Flammen­ wurzel mit bereits gekühltem Abgas vermischt wird, was sich mindernd auf die NOx-Bildung auswirkt.

Um den Wirkungsgrad des Großwasserraumkessels weiter zu erhöhen, ist mit dieser Anlage möglich, einen abgas­ seitig nachgeschalteten und wasserseitig vorgeschalteten Wärmetauscher, der unabsperrbar mit dem Kessel verbunden ist, in die Kesselgesamtanlage einzubeziehen.

Claims (5)

1. Großwasserraum-Kessel mit Umkehrbrennkammer und nachgeordnetem Rauchrohrzug, die in einer Kessel­ anlage eingebaut und von einem Wasserbad umgeben sind, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Umkehrbrennkammer (2), einen an ihrer Vorder­ seite außermittig und exzentrisch zur Achse der Umkehrbrennkammer (2) vorgesehenen Öffnungs­ kanal (18) aufweisend, exzentrisch im zylinderför­ mig gestalteten Kesselmantel (1) angeordnet ist,
• - seitlich zur Umkehrbrennkammer (2) ein mit Rauchrohren (20) bestückter Rauchrohrzug (4) und vor der Umkehrbrennkammer (2) sowie dem Rauchrohr­ zug (4) eine Abgaswendekammer (12) vorgesehen ist,
• - die Stirnseiten der Umkehrbrennkammer (2) mit festen und gekühlten Böden verschlossen sind, wobei
• - die Abgaswendekammer (12) im Übergangsbereich von der Umkehrbrennkammer (2) zu dem Rauchrohrzug (4) Übergangsöffnungen 21 besitzt, die vorzugsweise als Schlitze ausgeführt sind,
• - an den Rückseiten von der Umkehrbrennkammer (2) und dem Rauchrohrzug (4) sich eine Abgassammel­ kammer (8) befindet, die im oberen Bereich mit der Abgasaustrittsöffnung (7) in Wirkverbindung steht und
• - zwischen der Abgassammelkammer (8) und einer Brenn­ einrichtung (16) eine Rezirkulationsleitung (9) angeordnet ist.

2. Großwasserraum-Kessel nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Rückwand (24) im Austrittsbe­ reich der Rauchrohre (20) eine Abgasaustrittsöff­ nung (7) sowie eine Einstiegsöffnung (5) aufweist.

3. Großwasserraum-Kessel nach Ansprüchen 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß die im Frontbereich des zylin­ drischen Kesselmantels (1) vorgesehene Tür (6) der­ gestalt ausgebildet ist, daß ihre Betätigung ohne Demontage der auf der Frontseite des Kesselmantels (1) vorgesehenen Brenneinrichtung (16) und deren Zulei­ leitungen ermöglicht wird, wobei die Form der Tür (6) segmentartig ausgebildet ist und der Form der Flächen­ spiegel vom Rauchrohrzug (4) und der Abgaswendekam­ mer (12) entspricht.

4. Großwasserraum-Kessel nach den Ansprüchen 1-3 dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasaustrittsöff­ nung (7) ein Wärmetauscher (17) nachgeschaltet ist.

5. Großwasserraum-Kessel nach den Ansprüchen 1-4 dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Kessel­ mantels (1) ein mit Einbauten (15) versehene Wasser­ eintrittsöffnung (13) sowie eine Wasseraustritts­ öffnung (14) und ein, ein Kontrollorgan aufnehmen­ der Anschluß (22) vorgesehen sind.