DE19511185C2 - Großwasserraum-Kessel mit Umkehrbrennkammer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Großwasserraum-Kessel mit Umkehrbrennkammer für die Dampf- und Heißwassererzeugung unter Nutzung der durch Verbrennung von Brennstoffen 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 Großwasserraum-Kessel mit Umkehrbrennkammern bekannt, deren Flammrohre in einem zylindrischen Kesselmantel angeordnet sind und gekühlt werden. Die Mehrheit dieser Kesselanlagen hat jedoch den Nachteil, daß die Kesselvordersei­ ten, infolge einer nicht vorhandenen Kühlung bzw. einer nicht ausreichenden Kühlung, großflä­ chig von heißen Abgasen beaufschlagt werden und entsprechend großen thermischen Belastun­ gen unterliegen, und die Bildung von NOx wird begünstigt.

So wird in der DE-AS 10 49 038 ein Verfahren und eine Kesselführung zur Verfeuerung flüssi­ ger oder gasförmiger Brennstoffe in einem zylindrischen Feuerungsraum beschrieben, bei dem in der dargestellten Kesselfeuerung die Flamme vom Brenner unterhalb der Längsachse des Feuerungsraumes in den Feuerungsraum eingeblasen wird. Die Feuerbüchse ist hinten vollstän­ dig geschlossen, so daß die Heizgase am hinteren Ende der Feuerbüchse umgelenkt werden und das Brennerrohr unterhalb oder oberhalb der Längsachse der Kesselfeuerung angeordnet ist.

Weiterhin ist der Feuerungsraum an seinem vorderen Ende oben mit einem kammerartigen Aufsatz versehen, an den die einen Enden der Rauchrohre angeschlossen sind, während die an­ deren Enden der Rauchrohre in einen Economiser einmünden.

So wird in der DE-OS 31 30 483 ein Dampfkessel mit einer Rauchgaswendekammer beschrie­ ben, der aus einem horizontal angeordneten zylindrischen Kesselmantel besteht und mit Wasser gefüllt ist. In dem sich so ausbildenden 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 Wasserraum ein Rauchrohrbündel angeordnet, dessen Eintrittsende durch eine Trennwand, welche die Wendekammer an ihrer axial innen lie­ genden Stirnseite vom Wasserraum abteilt, an die Wendekammer angeschlossen und durch die­ se mit dem Austrittsende des Flammrohres verbunden ist. Die Wendekammer wird gleichzeitig von einem vollständig im Wasserraum liegenden Wendekammermantel umgeben, wobei die Wendekammer mit dem Ende des Kesselmantels durch einen entsprechenden Kesselboden ver­ schlossen ist.

An der axial außen liegenden, dem Kesselboden zugekehrten Stirnseite der Wendekammer ist diese Wendekammer gleichfalls an dem Kesselboden wasserdicht angeschlossen.

An dieser Stirnseite der Wendekammer ist eine den lichten Querschnitt der Wendekammer aus­ füllende wassergekühlte und gasdichte Wand angeordnet, die aus vertikal verlaufenden Flos­ senrohren besteht, welche in diamentralen Umfangsstellen in Rohrlängsrichtung verlaufende flossenartige Stege aufweisen.

Diese flossenartigen Stege, mit denen sich benachbarte Rohre berühren, verschließen die Ab­ stände zwischen den Rohren wandartig und übertragen die von den Rauchgasen beim Durch­ strömen 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 öffnungs­ verschließende 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 genann­ ten Nachteile auch bei dieser vorgeschlagenen Lösung auftreten.

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

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 herausgestellten Merkmale gelöst.

Besondere Ausgestaltungen und vorteilhafte Ausführungen der erfindungsgemäßen Lösung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird ein Großwasserraum-Kessel vorgestellt, der als kom­ binierter Flammrohr-Rauchrohr-Kessel ausgebildet und in horizontaler Bauweise ausgeführt ist.

Die Umkehrbrennkammer des Großwasserraum-Kessels ist exzentrisch im zylindrischen Kes­ selmantel angeordnet, der eine Abgaswendekammer zugeordnet ist, die vor und seitlich der Umkehrbrennkammer angeordnet ist. Gleichfalls seitlich der Umkehrbrennkammer ist der Rauchrohrzug angeordnet, in dem in horizontaler Richtung die Rauchrohre verlaufen. Sowohl die Umkehrbrennkammer als auch die Abgaswendekammer sind innerhalb des Kesselmantels vom Großwasseraum-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 exzen­ trisch zum gesamten Großwasserraum-Kessel angeordnet ist.

An der hinteren Seite des Großwasserraum-Kessels befindet sich eine Abgassammelkammer, in die die einzelnen Rauchrohre des Rauchrohrzuges münden und welche über eine Rezirkula­ tionsleitung 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 Um­ kehrbrennkammer zum Rauchrohrzug mit Öffnungen versehen ist und somit eine Verbindung zwischen diesen beiden Bauelementen herstellt, die beispielhaft als Schlitz ausgebildet sein können, durch die die Abgase aus der Umkehrbrennkammer über die Abgaswendekammer zum Rauchrohrzug gelangen 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 entsprechenden 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 umschließt umfangseitig den Mantel­ schuß der Brenneinrichtung, welcher sowohl in der Stirnwand als auch in der Umkehrbrenn­ kammer des Großwasserraum-Kessels angeordnet ist und für die notwendige Kühlung der im Mantelschuß angeordneten Brenneinrichtung sorgt.

Auf der gegenüberliegenden Seite weist der Großwasserraum-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 nachgeschaltet werden kann.

Oberhalb des Großwasserraum-Kessels sind der Wasserzulauf und der Wasserablauf angeord­ net, wobei der Wasserzulauf mit entsprechenden Einbauten innerhalb des Kessels versehen ist, welche positiv auf die Zirkulation des Wassereinlaufes wirken.

Mit dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel soll die Erfindung 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 Einbauten 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. Seit­ lich 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 befindet sich auf dieser Rückseite eine Eintrittsöffnung 5, welche z. B. mit wär­ meisolierenden Schamotten ausgekleidet ist. Diese Eintrittsöffnung macht sich für Reparatur- und Reinigungsfälle notwendig.

Im Bereich der Rückseite des Großwasserraum-Kessels ist die Abgassammelkammer 8 vorge­ sehen, welchen 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 Abgaswendekammer 12 in die Abgassammelkammer 8 gelangen.

Über Ankerbolzen 23 ist die Umkehrbrennkammer 2 mit der Trennwand 26 und somit mit dem Kesselmantel 1 des Großwasserraum-Kessels verbunden.

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

Eine Verbindung zwischen der Abgaswendekammer 12 und der Umkehrbrennkammer 2 be­ steht durch entsprechende Öffnungen 21, die bei diesem Ausführungsbeispiel als Schlitze aus­ geführt sind und über die die Abgase aus der Umkehrbrennkammer 2 hindurch treten können, um dann durch die Rauchrohre 20 des Rauchrohrzuges 4 geführt zu 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 innen­ seitig versehen ist und somit für eine gute Isolierung sorgt. Die gleichfalls im vorderen Bereich des Großwasserraum-Kessels befindliche Wasserkammer 11 kühlt den vorderen Frontbereich der gesamten Anlage, daß heißt, sowohl die Umkehrbrennkammer 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 Wassereintrittsöffnungen 13 und die Wasseraustrittsöffnung 14 vor­ gesehen. Gleichfalls im äußeren Kesselmantel 1 vorgesehen ist ein Anschlußstück für ein Kon­ trollorgan 22. Die Wassereintrittsöffnung 13 ist dabei mit entsprechenden Einbauten 15 verse­ hen, die positiv auf das Umströmungsverhältnis des einzufüllenden Kühlwassers wirken und eine gute Zirkulation des neu zufließenden Wassers ermöglichen.

Wie im hinteren Bereich des Großwasserraum-Kessels sind die Einbauten, daß heißt, die Um­ kehrbrennkammer 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 Abgassammelkammer 8 mit der Brenneinrichtung 16 verbunden, wobei die Rezirkulationsleitung 9 sichert, daß eine gewisse Teilabgasmenge, in Ab­ hängigkeit des herrschenden Unterdruckes, der Brenneinrichtung 16 zugeführt wird.

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

Die exzentrische Anordnung der Umkehrbrennkammer 2 innerhalb des Kesselmantels 1 ist in der Fig. 3 dargestellt. Die Umkehrbrennkammer 2 ist dabei umfangseitig mittels eines Flamm­ rohrmantels 3 verschlossen und stirnseitig durch entsprechende Brennkammerböden. Seitlich der Umkehrbrennkammer 2 befindet sich der Rauchrohrzug 4, in dem längs zur Um­ kehrbrennkammer 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 bezeichnet ist.

Die Fig. 4 zeigt eine weitere Schnittdarstellung nach Fig. 1 und verdeutlicht, daß die Vor­ derfront der Umkehrbrennkammer 2 mit Wasser umgeben ist und somit gekühlt wird. In dieser Fig. 4 ist gleichfalls die exzentrische Anordnung des Öffnungskanals 18 dargestellt, der so­ wohl zur Umkehrbrennkammer 2 als auch zum Kesselmantel 1, also zum gesamten Großwas­ serraum-Kessel, exzentrisch angeordnet ist. In diesem Öffnungskanal 18 ist der sogenannte Mantelschuß 10 vorgesehen, welcher gleichfalls umfangseitig durch das vorhandene Wasserbad 19 gekühlt wird.

Unmittelbar aus dieser Fig. 4 ist auch ersichtlich, wie die Rezirkulationsleitung 9 in dem Be­ reich der Brenneinrichtung 16 geführt ist und unmittelbar mit dem Mantelschuß 10 in Funk­ tions- und Wirkverbindung steht.

Zum funktionellen Ablauf

Bei dem vorgeschlagenen Großwasserraum-Kessel handelt es sich um einen sogenannten zwei­ zügigen Flammrohr-Rauchrohr-Kessel, bei dem die Abgase, in der Fig. 1 mit entsprechenden Pfeilrichtungen dargestellt, in Längsrichtung durch die Umkehrbrennkammer 2 streichen, an der Rückwand der Umkehrbrennkammer 2 umgelenkt werden und dann seitlich zur Abgaswen­ dekammer 12 am Flammrohrmantel 3 zurückgleiten, über die Übergangsöffnung 21 in die vor­ dere Abgaswendekammer 12 gelangen und von dort durch den Rauchrohrzug 4 weitergeführt werden. Die Abgase treten am Ende der Rauchrohre 20 über die Abgassammelkammer 8 aus. Ein Teil der Abgase verbleibt in der Abgassammelkammer 8 und wird, je nach vorherrschen­ dem Unterdruck im Bereich der Brenneinrichtung 16, über die Rezirkulationsleitung 9 zur Brenneinrichtung transportiert.

Durch die seitliche Anordnung der Abgaswendekammer 12 kann der Sohlenbereich im zylindri­ schen Kesselmantel 1 unberohrt bleiben, wodurch die Zirkulation des Kesselwassers günstig beeinflußt wird.

Durch die gleichfalls exzentrisch eingesetzte Brenneinrichtung 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 befindli­ che Wasserbad 19 allseitig gekühlt, wodurch die thermische Belastung der Kesselfront erheb­ lich verringert wird, was eine zusätzliche Kühlung der Flamme der Brenneinrichtung 16 im Wurzelbereich ermöglicht und was andererseits zur Reduzierung der NOx-Bildung führt.

Die Tür 6 ist so ausgebildet, daß eine Demontage der Feuerung, daß heißt, der Brenneinrich­ tung 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 ge­ wählte 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 wiederum die Verringerung der NOx-Bildung nach sich zieht.

Die der Wassereintrittsöffnung 13 zugeordneten Einbauten 15 sind so ausgebildet, daß sie strö­ mungstechnisch eine schnelle Durchmischung des kalten Zulaufwassers mit dem warmen Kes­ selwasser sichern.

Die vorgesehene Rezirkulationsleitung 9 verbindet nicht nur die hintere Abgassammelkammer 8 mit dem Bereich der Brenneinrichtung 16, sondern sichert gleichzeitig, da die Teilabgasmen­ ge 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 Großwasserraum-Kessels weiter zu erhöhen, ist mit dieser Anlage möglich, einen abgasseitig nachgeschalteten und wasserseitig vorgeschalteten Wärmetauscher, der unabsperrbar mit dem Kessel verbunden ist, in die Kesselgesamtanlage einzubeziehen.

Claims (4)

1. Großwasserraum-Kessel mit Umkehrbrennkammer und nachgeordnetem Rauchrohrzug, die in einer Kesselanlage eingebaut und von einem Wasserbad umgeben sind, bei dem

• 1. die Umkehrbrennkammer (2) einen an ihrer Vorderseite außermittig und exzentrisch zur Achse der Umkehrbrennkammer (2) vorgesehenen Öffnungskanal (18) aufweist,
• 2. seitlich zur Umkehrbrennkammer (2) ein mit Rauchrohren (20) bestückter Rauchrohr­ zug (4) und vor der Umkehrbrennkammer (2) sowie dem Rauchrohrzug (4) eine Ab­ gaswendekammer (12) vorgesehen ist,
• 3. die Stirnseite der Umkehrbrennkammer (2) mit festen und vom Wasserbad gekühlten Böden verschlossen sind, wobei
• 4. die Abgaswendekammer (12) im Übergangsbereich von der Umkehrbrennkammer (2) zu dem Rauchrohrzug (4) Übergangsöffnungen (21) besitzt,
• 5. an den Rückseiten von der Umkehrbrennkammer (2) und dem Rauchrohrzug (4) sich eine Abgassammelkammer (8) befindet, die im oberen Bereich mit der Abgasaustritts­ öffnung (7) in Wirkverbindung steht und
• 6. zwischen der Abgassammelkammer (8) und einer Brenneinrichtung (16) eine Rezir­ kulationsleitung (9) angeordnet ist.

2. Großwasserraum-Kessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückwand (24) im Austrittsbereich der Rauchrohre (20) eine Abgasaustrittsöffnung (7) sowie eine Einstiegsöffnung (5) aufweist.

3. Großwasserraum-Kessel nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasaustrittsöffnung (7) ein Wärmetauscher (17) nachgeschaltet ist.

4. Großwasserraum-Kessel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Kesselmantels (1) eine mit Einbauten (15) versehene Wassereintrittsöff­ nung (14) und ein, ein Kontrollorgan aufnehmender Anschluß (22) vorgesehen sind.