DE19649843A1 - Heizkessel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Heizkessel nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Derartige Heizkessel besitzen eine horizontale Brennkammer für Umkehrfeuerung mit darüberliegendem Rohrbündelwärmetauscher sowie einem umgebenden Wasserraum mit obenliegenden Vorlauf- und Rücklaufanschlußstutzen. Bezüglich der Wasserführung sind verschiedene Ausführungsformen bekannt, die alle das Ziel verfolgen, einen guten Wär­ metauscherwirkungsgrad zu erreichen und Kondensation mit nachfolgenden Korrosionserscheinungen am Wärmetauscher zu vermeiden. Kondensation kann durch Unterschreiten der Taupunkttemperatur auf der Heizgasseite entstehen, wenn kaltes Rücklaufwasser mit den Wärmetauscherwänden in Berührung kommt. Es bildet sich sau­ res Kondensat, das die Wände der Heizgaszüge oder der Brennkammer angreifen kann.

Um einen rücklauftemperaturunabhängigen Betrieb zu ermöglichen, kennt man beispiels­ weise aufwendig hergestellte mehrschalige Wärmetauscherrohre. Weiterhin gibt es Leit­ bleche zur Verteilung des kalten Rücklaufwassers. In der DE 33 10 223 C2 ist ein Leit­ blech offenbart, das den gesamten Wärmetauscher von oben her abschirmt und das Rücklaufwasser an die Längsseiten der Brennkammer bringt. Die DE 38 32 322 C2 zeigt ein Umlenkblech unter dem Rücklaufanschlußstutzen, damit das kalte Rücklaufwasser nicht direkt zum Vorlauf strömt und der gesamte Wasserinhalt des Kessels zirkuliert. Weiterhin wird versucht, die Temperatur des Rücklaufwassers durch Mischung mit war­ mem Vorlauf- bzw. Kesselwasser anzuheben. Entsprechende Ausführungsbeispiele sind in der DE 38 32 323 C2 und dem DE-GM 94 06 498 enthalten. Auch das DE-GM 296 02 075 zeigt ein Leitblech, das den oberen Bereich des Wärmetauschers unter dem Rück­ laufanschlußstutzen abschirmt, einen Teilstrom zum Vorlauf zuläßt und den Hauptstrom an die Längsseiten des Kesselmantels lenkt. Hier erfolgt die Dosierung des Rücklauf­ wassers über seitliche, sich stufenweise zur Kesselvorderwand hin vergrößernde Ausspa­ rungen.

Bei allen vorstehenden Ausführungen wird somit das kalte Rücklaufwasser schwerpunkt­ mäßig vom brennerseitigen Ende des Kessels her von oben über Wärmetauscher bzw. Brennkammer verteilt. Der Rücklaufanschlußstutzen befindet sich dabei überwiegend im vorderen Bereich des Kessels und die Entnahme des Vorlaufwassers erfolgt im hinteren oder mittleren Bereich. Es ergibt sich durch diese Anordnung ein nach dem Gleichstrom­ prinzip betriebener Rohrbündelwärmetauscher, weil Heizgas und umgebendes Kessel­ wasser gemeinsam von der Vorderseite zur Rückseite des Kessels strömen. Neben einem ungünstigen Wärmetauscherwirkungsgrad kann es durch die Einspeisung des Rücklauf­ wassers über wenige verschieden große Öffnungen zur Bildung kälterer Zonen im Kessel kommen. Der üblicherweise im hinteren Bereich liegende Vorlaufanschluß führt dazu, daß der kondensatgefährdete Bereich des Wärmetauschers mit den niedrigen Heizgastempe­ raturen immer mit Wasser durchströmt wird, welches auf dem Temperaturniveau des Vorlaufes liegt. Es tritt somit dort schon bei Vorlauftemperaturen in Höhe des theoreti­ schen Taupunktes Kondensation auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Heizkessel für Niedertemperaturbetrieb zu schaffen, der durch seinen Aufbau schädliche Kondensatbildung vermeidet und einen optimalen Wärmetauscherwirkungsgrad erreicht.

Erfindungsgemäß wird dies mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteil­ hafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Der Heizkessel besteht aus einer horizontalen Brennkammer mit darüberliegendem Rohrbündelwärmetauscher, der nach dem Gegenstromprinzip aufgebaut ist. Dabei wird das Rücklaufwasser durch eine von einem Leitblech gebildete Einströmkammer im wesentlichen in Richtung Kesselrückwand außen um die Zone mit den niedrigeren Abgastemperaturen gelenkt. Die Entnahme von Vorlaufwasser erfolgt am brennerseitigen Kesselende mit den höchsten Heizgastemperaturen, wobei entweder eine Direktströmung zwischen Rücklauf- und Vorlaufanschlußstutzen vermieden wird oder eine gezielte Beimischung erfolgt. Als Halbschale übergreift die Einströmkammer für das Rücklaufwasser von oben her den Rohrbündelwärmetauscher und besitzt an den Nahtstellen mit dem äußeren Kesselmantel an den beiden Längsseiten definierte, aneinandergereihte Einströmöffnungen von konstanter Größe. Die Anzahl der Einströmöffnungen ist in der Mitte der Einströmkammer, welche sich vorzugsweise über 4/5 der Kessellänge erstreckt, größer als in den beiden Endbereichen. Am brennerseiti­ gen Kesselende ist der Vorlaufanschlußstutzen etwa benachbart zum Rücklaufanschluß­ stutzen angeordnet.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird ein optimaler Wirkungsgrad des Rohrbün­ delwärmetauschers erreicht, weil das Kesselwasser entgegengesetzt zu den Heizgasen strömt. Das Wasser im vorderen Bereich des Wärmetauschers hat zwar Vorlauftem­ peraturniveau, jedoch wird Kondensatbildung an dieser Stelle durch die Übertemperatur der Heizgase vermieden. Im Bereich des Abgasaustritts, wo am Wärmetauscher wegen der nur geringen Übertemperatur Kondensationsgefahr besteht, wird die Heizfläche durch Abschirmung des Rücklaufwassers warm gehalten, so daß hier die Kesselwassertemperatur über dem Vorlauftemperaturniveau liegt. Dies ermöglicht auch in diesem Bereich den Einsatz von einschaligen, kostengünstig und einfach herstellbaren Wärmetauscherrohren.

Durch die gezielte Verteilung der Anzahl an Einströmöffnungen wird die Zufuhr des kalten Rücklaufwassers in die einzelnen Bereiche des Wärmetauschers genau dosiert. Zur Kesselrückwand hin gelangt weniger Rücklaufwasser durch die über die Anzahl verringer­ ten Einströmquerschnitte. Ebenso wird dadurch an der Vorderseite der Einströmkammer ein höherer Widerstand aufgebaut, um eine Direktströmung zwischen Rücklauf- und Vorlaufanschluß zu vermeiden. Erfolgt an dieser Stelle eine gezielte Beimischung von kaltem zu warmem Wasser, so hebt sich das Temperaturniveau des gesamten Wasserraumes. In der Mitte der Einströmkammer ist die Öffnungsanzahl, d. h. somit auch der Einströmquerschnitt, größer. Es erfolgt eine gleichmäßige, den Temperaturverhält­ nissen angepaßte Verteilung und Vorwärmung des Rücklaufwassers durch definierte Ein­ speisung über einen Großteil der Kessellänge.

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Es zeigt:

Fig. 1 einen senkrechten Längsschnitt durch einen Heizkessel und

Fig. 2 einen Querschnitt eines Heizkessels.

Der Heizkessel besteht im wesentlichen aus einer horizontalen Brennkammer 1 mit darü­ berliegendem Rohrbündelwärmetauscher 2. Beide werden vom Wasserraum 3 des Kesselmantels 4 eingeschlossen. Das Heizgas durch strömt den Rohrbündelwärmetau­ scher 2 von der Kesselvorderseite her in Richtung Abgassammler. Im Gegenstrom ge­ langt das kalte Rücklaufwasser über den Rücklaufanschlußstutzen 5 in die Einström­ kammer 6. Diese besitzt an den beiden am Kesselmantel 4 liegenden Längsseiten defi­ nierte Einströmöffnungen 7 zur Dosierung des Rücklaufwassers. Es wird mit dem erwärm­ ten Kesselwasser vermischt und strömt zum Vorlaufanschlußstutzen 8 im vorderen, obe­ ren Bereich des Wasserraumes 3.

Besonders unterhalb der Einströmöffnungen 7 fällt das kalte Rücklaufwasser am Kessel­ mantel 4 abwärts und trifft auf erwärmtes, aufsteigendes Kesselwasser. Zur Vermeidung von Kondensation bzw. Direktströmung zum Vorlaufanschlußstutzen 8 ist die Anzahl der Einströmöffnungen 7 in den beiden Endbereichen der Einströmkammer 6 kleiner gewählt als in der mittleren Zone.

Claims (5)

1. Heizkessel mit einer horizontalen Brennkammer, einem darüberliegenden Rohrbündelwärmetauscher, einem umgebenden Wasserraum mit obenliegenden Vorlauf- und Rücklaufanschlußstutzen sowie einer Einströmkammer zur Verteilung des Rücklaufwassers, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrbündelwärmetauscher (2) nach dem Gegenstrom­ prinzip aufgebaut ist, wobei das Rücklaufwasser durch die Einströmkammer (6) im we­ sentlichen in Richtung Kesselrückwand in die Zone mit den niedrigen Abgastemperaturen gelenkt wird und die Entnahme von Vorlaufwasser am brennerseitigen Kesselende mit den höchsten Heizgastemperaturen erfolgt.

2. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einströmkammer (6) für das Rücklaufwasser als Halb­ schale von oben her den Rohrbündelwärmetauscher (2) übergreift und an den beiden am äußeren Kesselmantel (4) liegenden Längsseiten definierte, aneinandergereihte Ein­ strömöffnungen (7) von konstanter Größe besitzt.

3. Heizkessel nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Einströmöffnungen (7) in der Mitte der Ein­ strömkammer (6) größer ist als in den beiden Endbereichen.

4. Heizkessel nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Einströmkammer (6) vorzugsweise von der Kessel­ rückwand her über 4/5 der Kessellänge erstreckt.

5. Heizkessel nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorlaufanschlußstutzen (8) am brennerseitigen Kesselende etwa benachbart zum Rücklaufanschlußstutzen (5) auf der Oberseite ange­ ordnet ist.