DE19854910A1 - Heizkessel - Google Patents

Abstract

Stehend angeordneter Heizkessel (1) für die Verbrennung von flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen mit einem Sturzbrenner (2), dessen Flamme in einen in Flammenausbreitungsrichtung offenen Flammenraum (3) gleitet, welcher von einem Wasserraum (4) umgeben ist und stromab in einen Umlenkraum (5) mündet, der mit einem Rauchgas-Sammelraum (21) über eine Rauchgaskanalausbildung (6) in Verbindung steht, welcher Heizkessel zur Vermeidung von Taupunktunterschreitungen und damit Korrosionsschäden bei einfacher Konstruktion und vereinfachter Wartung derart ausgebildet ist, daß der Wasserraum (4) in einen inneren Wasserraumbereich (9) und einen äußeren Wasserraumbereich (10) durch eine etwa vertikale Trennwand (8) unterteilt ist, die zwischen diesen Bereichen (9, 10) einen Wasserübertritt (11) im unteren Abschnitt (12) der Wasserkammer (4) und einen gedrosselten Wasserübertritt (14) im oberen Abschnitt (13) der Wasserkammer (4) freiläßt, und daß der innere Wasserraumbereich (9) an den Flammraum (3) angrenzt und von der Rauchgaskanalausbildung (6) durchgriffen ist, während sich der äußere Wasserbereich (10) zur Kesselaußenwandung (22) erstreckt.

Description

Die Erfindung betrifft einen stehend angeordneten Heizkessel für die Verbrennung von flüs­ sigen oder gasförmigen Brennstoffen mit einem oberstirnseitig angeordneten Brenner, des­ sen Flamme in einen in Flammenausbreitungsrichtung offenen Flammenraum geleitet ist, welcher von einem Wasserraum umgeben ist und stromab in einen Umlenkraum mündet, der über eine Rauchgaskanalausbildung mit einem Rauchgas-Sammelraum in Verbindung steht.

Ein Heizkessel der vorstehenden Art ist beispielsweise aus dem Patent DE 195 19 963.4-13 bekannt. Dort werden die von einem nach unten offenen Feuerraumeinsatz ausgehenden Rauchgase in eine Rauchgaskanalausbildung umgelenkt, die unmittelbar den Feuerraum­ einsatz umgreifend ausgebildet ist, an welche Rauchgaskanalausbildung sich radial aus­ wärts der Wasserraum anschließt. In die Rauchgaskanalausbildung ragen dabei Wärmetau­ scherrippen hinein. Dabei wird auf die EP 0 378 859 B1 verwiesen, wonach besonders nied­ rige Abgastemperaturen erreichbar und beherrschbar sind sowie Taupunktunterschreitung nicht zu Korrosionsschäden führen soll. Diese Kesselkonstruktionen sind verhältnismäßig aufwendig in ihrer Ausbildung und als Graugußgebilde ausgeführt, wobei durch die in die Rauchgaskanalausbildung ragenden Rippen die Reinigung erschwert ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Korrosionsschäden durch Vermeidung von Tau­ punktunterschreitungen bei einfacher Konstruktion und vereinfachter Wartung des Kessels sicherzustellen.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Wasserraum in einen inneren Wasser­ raumbereich und einen äußeren Wasserraumbereich durch eine etwa vertikale Trennwand unterteilt ist, die zwischen diesen Bereichen einen Wasserübertritt im unteren Abschnitt der Wasserkammer und einen gedrosselten Wasserübertritt im oberen Abschnitt der Wasser­ kammer freiläßt und der innere Wasserraumbereich an den Flammraum angrenzt und von der Rauchgaskanalausbildung durchgriffen ist, während sich der äußere Wasserraumbe­ reich zur Kesselaußenwandung erstreckt.

Durch die Unterteilung des Wasserraumes in einen inneren und einen äußeren Wasser­ raumbereich, welche beiden Bereiche im unteren Abschnitt des Wasserraumes sowie in dessen oberen Abschnitt, dort gedrosselt, miteinander in Verbindung stehen und der innere Bereich direkt den Flammraum umgibt, während der äußere Bereich radial außen der Kes­ selwandung benachbart verläuft, wird erreicht, daß das Wasser im inneren Wasserraumbe­ reich, der von der Rauchgaskanalausbildung durchgriffen ist, im Brennerbetrieb heißer ist, das Wasser im äußeren Wasserraumbereich dagegen kühler. Damit wird im unteren Kes­ selbereich eine kalte Zone vermieden bzw. zu Beginn einer Arbeitsphase des Brenners sehr schnell beseitigt und zugleich eine Überhitzung im oberen Kesselbereich verhindert.

Da also das Wasser im inneren Raumbereich fast immer warm, im äußeren Wasserraumbe­ reich dagegen kühler ist, wird eine Taupunktunterschreitung verhindert.

Das im inneren Wasserraumbereich befindliche, schnell aufgeheizte Wasser steigt auf und tritt im oberen Wasserraumabschnitt in durch Drosselung bestimmter Größenordnung in den mit kühlerem Wasser gefüllten äußeren Wasserraumbereich über, wodurch eine Vermi­ schung erfolgt. An den äußeren Wasserraumbereich und somit an dieses durch Vermi­ schung temperierte Wasser sind Vorlauf und Rücklauf des Heizsystems angeschlossen.

Durch die beiden Wasserraumbereiche entsteht eine Pufferwirkung, so daß die Abgastem­ peratur bei unterschiedlichen Rücklauftemperaturen des Wassers weniger abnimmt. Erreicht wird damit eine konstantere Abgastemperatur und Taupunktvermeidung. Dabei ist also im Kessel die Abgastemperatur dort am niedrigsten, wo die Vorlauftemperatur am höchsten ist.

In baulich bevorzugter Ausführung ist die Rauchgaskanalausbildung seitlich neben dem Flammraum angeordnet, so daß die vorzugsweise aus mehreren parallel verlaufenden Rauchgaskanälen bestehende Rauchgaskanalausbildung insgesamt in einen stirnseitig ne­ ben dem Brenneranschluß angeordneten Rauchgasabzug mündet. Die Rauchgaskanäle bestehen dabei vorzugsweise aus Rohren mit von Rippen oder dgl. in den Rohrinnenraum hineinragenden Vorsprüngen freier Innenwandung, insbesondere aus insgesamt glattwandi­ gen Rohren. Dadurch wird die Reinigung der Rauchzüge und des Kessels überhaupt erheb­ lich vereinfacht. In dieser Ausbildung ergibt sich eine im Horizontalschnitt längliche, insbe­ sondere ovale Umrißgestaltung des Heizkessels, der sich somit raumsparend neben ande­ ren Aggregaten anordnen läßt.

In weiterhin bevorzugter Ausführung ist der Übertrittsbereich zwischen den beiden Wasser­ raumbereichen im unteren Abschnitt des Wasserraumes einfach dadurch gestaltet, daß die Trennwand nach unten in diesen Abschnitt frei ausläuft. Weiterhin bevorzugt ist die Trenn­ wand im oberen Abschnitt des Wasserraumes hinsichtlich ihres Randes mit Ausnehmungen versehen, so daß Übertrittsöffnungen im Bereich dieser Ausnehmungen frei bleiben, wenn die obere Kante der Trennwand oben stirnseitig an die Stirnfläche des Kessels anschließt. Dabei bildet wiederum bevorzugt die Trennwand die Mantelwandung eines Hohlzylinders, der insbesondere aus Stahlblech besteht. Dadurch ist die Fertigung der Trennwand beson­ ders einfach und preiswert. Die Formgebung der Trennwand im Horizontalschnitt kann in Abhängigkeit von der räumlichen Verteilung der Rauchgaskanalausbildung in Relation zum Flammraum rund, vieleckig oder insbesondere oval berandet ausgeformt sein.

Wenn der gedrosselte Übertritt zwischen den Wasserraumbereichen, in bevorzugtem Aus­ führungsbeispiel also die Ausnehmungen, zu klein ist, tritt eine Überhitzung des Wassers im inneren Bereich auf. Ist dieser Übertrittsbereich dagegen zu großflächig, wird die Kondensat­ verhinderung beeinträchtigt. In weiterhin bevorzugter Ausführung wird daher der gedrosselte Übertritt einstellbar ausgebildet, insbesondere temperaturabhängig gesteuert, beispielsweise durch ein Bimetall, derart, daß die Durchströmfläche des Übertrittes - im Ausführungsbei­ spiel also die eine oder mehrere Ausnehmungen - mit Hilfe von einstellbaren Drosselein­ richtungen veränderbar ist.

Der Heizkessel ist vorzugsweise insgesamt aus Stahl gefertigt.

In weiterhin bevorzugter Ausführung untergreift der Wasserraum den Boden des die Rauch­ gase vom Flammraum in die Rauchgaskanalausbildung umleitenden Umlenkraumes.

Mit anderen Worten anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles wird dem Flamm­ raum und der Rauchgaskanalausbildung auf der hydraulischen Seite eine Trennwand über­ gestülpt, die den Wasserraum in zwei Bereiche teilt. Der innere Bereich zwischen der Trennwand und dem Flammraum - ggf. mit reduziertem Wasserinhalt - weist Überströmöff­ nungen im oberen Abschnitt des Wasserraumes auf und wird nur aufgrund der Auftriebs­ kräfte des heißen Kesselwassers durchströmt, ist also insoweit unabhängig von der dem Heizkreis aufgeprägten Zwangsströmung. Der Auftrieb ist beim Anfahren bzw. niedriger Wassertemperatur klein, woraus ein niedriger Volumenstrom resultiert und somit ein schneller Temperaturanstieg der Wärmetauschflächen erfolgt. Mit steigender Wassertempe­ ratur erhöht sich der Auftrieb und dadurch der Volumenstrom. Durch den reduzierten Volu­ menstrom erwärmt sich das Wasser wesentlich schneller und stärker als in dem äußeren Wasserraumbereich, der zwischen der Trennwand und dem Kesselaußenmantel liegt und vom Heizwasser durchströmt ist. Die Erwärmung erfolgt durch Beimischung über die ge­ drosselten Überströmöffnungen der Trennwand vom inneren Wasserraumbereich her und Wärmeabgabe der erwärmten Trennwand.

Die Erfindung wird anhand des in der beiliegenden Zeichnung wiedergegebenen Ausfüh­ rungsbeispieles nachstehend näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1, einen Vertikalschnitt durch den Kessel gemäß Ausführungsbeispiel;

Fig. 2, eine perspektivische Sprengansicht etwa des Beispieles gemäß Fig. 1;

Die Vertikalschnittzeichnung nach Fig. 1 zeigt einen insgesamt mit 1 bezeichneten stehend angeordneten Heizkessel, der mittels eines bei 2 angeordneten Brenners beheizt wird, der nur hinsichtlich seines Flammrohres angedeutet ist und als sogenannter Sturzbrenner an der oberen Stirnseite - hier gebildet durch einen Stirndeckel 18 für den Brenneranschluß - des Kessels 1 mit Flammenausbreitungsrichtung nach unten in einen Flammraum 3 des Heiz­ kessels 1 angeordnet ist. Der Flammraum 3 ist von einem Wasserraum 4 umgeben und mündet nach unten offen in einen Umlenkraum 5, über den die in der Brennkammer 3 er­ zeugten heißen Rauchgase in eine insgesamt mit 6 bezeichnete Rauchgaskanalausbildung geleitet werden.

Die Rauchgaskanalausbildung 6 wird durch ein Bündel paralleler Rauchgaszüge in Form innen- und außenseitig glatter Rohre 7 gebildet, durch die die Rauchgase in Gegenrichtung zur Flammenausbreitung im Flammraum 3 nach oben in einen Rauchgas-Sammelraum 21 geleitet werden, der von einem Rauchgasabzug 17 begrenzt ist, der die Rauchgase in einen nicht dargestellten Kamin oder dergleichen abführt. Die Rauchgaszüge können grundsätzlich um den Flammraum 3 herum verteilt ausgebildet sein; im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Bündel parallel verlaufender Rohre 7 als Rauchgaszüge radial in einer seitlichen Rich­ tung neben dem Flammraum 3 angeordnet, so daß der Außenumriß des Heizkessels 1 im Horizontalschnitt insgesamt eine ovale Gestalt aufweist, der auch entsprechend polygonal bzw. vieleckig gestaltet sein kann.

Der insgesamt mit 4 bezeichnete Wasserraum ist mittels einer etwa parallel zur Mantelwan­ dung - Kesselaußenwandung 22 - des Heizkessels 1 verlaufenden Trennwand 8 in einen inneren Wasserraumbereich 9 und einen äußeren Wasserraumbereich 10 insoweit unterteilt, als diese Wasserraumbereiche 9 und 10 zum einen in einen unteren Abschnitt 12 und einen oberen Abschnitt 13 in Verbindung stehen.

Im oberen Abschnitt 13 des Wasserraumes 4 sind die beiden Wasserraumbereiche 9 und 10 über einen gedrosselten Wasserübertritt 14, d. h. über Ausnehmungen 23 im oberen Rand 16 der Trennwand 8, verbunden, während der Wasserübertritt 11 zwischen den Wasser­ raumbereichen 9 und 10 im unteren Abschnitt 12 des Wasserraumes 4 durch das in den unteren Teil des Wasserraumes 4 frei auslaufende Ende 15 der Trennwand 8 gebildet ist. Damit ist die Trennwand 8 als zylinderförmiger Mantel ausgebildet, der im Horizontalschnitt gesehen oval oder auch entsprechend nachzeichnend polygonal gestaltet und damit entsprechend einfach - insbesondere aus Stahlblech - herstellbar ist. Bevorzugt ist die gesamte Kesselkonstruktion aus Stahlblech hergestellt.

Am Boden 19 der Umlenkkammer 5 ist nach unten in den Wasserraum 4 abragend umfäng­ lich eine Strömungsschirmwand 20 festgelegt, die verhindert, daß aufgrund des nach unten vorgewölbten Bodens 19 des Umlenkraumes 5 bei Erwärmung des Heizwassers im inneren Wasserraumbereich 9 demgegenüber kaltes Wasser zu schnell nachströmt. Die Strömungs­ schirmwand 20 ist über ihren Umfang hinweg mit - hier vertikalen, schlitzförmigen - Ab­ strömöffnungen 24 versehen, um Stauwasserbereiche zu vermeiden.

In bekannter Weise ist der Wasserraum 4 - hier der äußere Wasserraumbereich - mit Anschlüssen für den Vorlauf 25 und den Rücklauf 26 des Heizwassers versehen. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, können für den wahlweisen Anschluß beidseitig Anschlüsse für den Vor- und Rücklauf 25 bzw. 26 vorgesehen sein.

Zu Beginn einer Betriebsphase des Brenners 2 wird die Wandung des Flammraumes 3 und die der Rauchgaskanalausbildung 6 in Form der Rohre 7 sehr schnell erwärmt; das angren­ zende Wasser im inneren Wasserraumbereich 9 strömt aufgrund thermischen Auftriebes entsprechend schnell aufwärts, so daß eine Taupunktunterschreitung im Bereich des unte­ ren Abschnittes 12 des inneren Wasserraumbereiches 9 sehr schnell verhindert wird. Das Nachströmen kalten Wassers aus dem äußeren Wasserraumbereich 10 in den inneren Wasserraumbereich 9 wird durch die Drosselwirkung des Wasserübertrittes 14 im oberen Abschnitt 13 des Wasserraumes 4 gesteuert, und zwar in erster Linie durch die Bemessun­ gen der Ausnehmungen 23 im oberen Rand 16 der Trennwand 8. Die Strömungsschirm­ wand 20 im Umfangsbereich des Bodens 19 des Umlenkraumes 5 verhindert zudem im tau­ punktgefährdeten unteren Kesselbereich den schnellen Übertritt von kaltem Wasser von dem äußeren Wasserraumbereich 10 zum inneren Wasserraumbereich 9, so daß die beab­ sichtigte schnelle Erwärmung des Wassers im inneren Wasserraumbereich 9 im besonders gefährdeten unteren Abschnitt 12 des Wasserraumes 4 sichergestellt wird.

Im oberen Stirnwandbereich des Heizkessels 1 kann durch den benachbarten Kaltwasserbe­ reich des äußeren Wasserraumbereiches 10 und der verhältnismäßig niedrigen Temperatur im Rauchgas-Sammelraum 21 ebenfalls die Gefahr der Taupunktunterschreitung gegeben sein. Dem kann man durch eine im dargestellten Ausführungsbeispiel nicht wiedergegebene Querschnittssteuerung, z. B. durch entsprechende Schieber, Rechnung tragen, die insbe­ sondere thermostatisch gesteuert sind. Im übrigen können Ausnehmungen 23' auch unter­ halb des oberen Randes 16 der Trennwand 8 vorgesehen werden.

Fig. 2 zeigt insoweit eine perspektivische Ansicht der Hauptbaugruppen des Heizkessels 1, aus der anschaulich hervorgeht, daß die Herstellung dieser Baugruppen und deren Zusam­ menbau jeweils besonders einfach und kostengünstig ist. Vor allem auch die Bildung der Rauchgaskanalausbildung als glattwandige Rohre 7 ist besonders wartungsfreundlich.

Durch die Unterteilung des Wasserraumes 4 in zwei Wasserraumbereiche 9 und 10 durch die konstruktiv besonders einfach ausgestaltete Trennwand 8 wird eine Pufferwirkung erzielt, so daß die Abgastemperatur bei unterschiedlichen Rücklauftemperaturen weniger beein­ trächtigt wird, was der Taupunktvermeidung zu Gute kommt. Im Ergebnis wird nicht nur eine Korrosionsvermeidung, sondern auch eine konstantere Abgastemperatur erzielt. Erreicht wird insgesamt die Vermeidung kalter Zonen im unteren Abschnitt des Wasserraumes und eine Überhitzung im oberen Abschnitt.

Bezugszeichenliste

1

stehend angeordneter Heizkessel

2

Brenner (sogenannter Sturzbrenner an der oberen Stirnseite)

3

Flammraum

4

Wasserraum

5

Umlenkraum

6

Rauchgaskanalausbildung (Kanäle)

7

Rohre

8

Trennwand

9

innerer Wasserraumbereich

10

äußerer Wasserraumbereich

11

Wasserübertritt

12

unterer Abschnitt (von

4

)

13

oberer Abschnitt (von

4

)

14

gedrosselter Wasserübertritt (Ausnehmungen)

15

unteres freies Ende (von

8

)

16

oberer Rand (von

8

)

17

Rauchgasabzug

18

Stirndeckel für Brenneranschluß

19

Boden der Umlenkkammer

20

Strömungsschirmwand

21

Rauchgas-Sammelraum

22

Kesselaußenwandung

23

,

23

' Ausnehmungen

24

Abströmöffnungen (in

20

)

25

Vorlauf

26

Rücklauf

Claims (15)

1. Stehend angeordneter Heizkessel (1) für die Verbrennung von flüssigen oder gas­ förmigen Brennstoffen mit einem oberstirnseitig angeordneten Brenner (2), dessen Flamme in einen in Flammenausbreitungsrichtung offenen Flammenraum (3) geleitet ist, welcher von einem Wasserraum (4) umgeben ist und stromab in einen Umlenkraum (5) mündet, der mit einem Rauchgas-Sammelraum (21) über eine Rauchgaskanalausbildung (6) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserraum (4) in einen inneren Wasserraumbereich (9) und einen äußeren Was­ serraumbereich (10) durch eine etwa vertikale Trennwand (8) unterteilt ist, die zwischen die­ sen Bereichen (9, 10) einen Wasserübertritt (11) im unteren Abschnitt (12) der Wasserkam­ mer (4) und einen gedrosselten Wasserübertritt (14) im oberen Abschnitt (13) der Wasser­ kammer (4) freiläßt, und daß der innere Wasserraumbereich (9) an den Flammraum (3) an­ grenzt und von der Rauchgaskanalausbildung (6) durchgriffen ist, während sich der äußere Wasserraumbereich (10) zur Kesselaußenwandung (22) erstreckt.

2. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgaskanalausbildung (6) seitlich neben dem Flammraum (3) angeordnet ist.

3. Heizkessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgaskanalausbildung (6) aus mehreren parallel verlaufenden Rauchgaskanälen besteht.

4. Heizkessel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgaskanäle aus Rohren (7) mit von Rippen oder dergleichen in den Rohrinnen­ raum hineinragenden Vorsprüngen freier Innenwandung gebildet sind.

5. Heizkessel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgaskanäle insgesamt aus glattwandigen Rohren (7) bestehen.

6. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (8) in den unteren Abschnitt (12) des Wasserraumes (4) frei endend ausgebildet ist.

7. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der gedrosselte Übertritt (14) in Form von Ausnehmungen (23) im oberen Randbereich der Trennwand (8) gebildet ist.

8. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (8) als Mantelwandung eines Hohlzylinders, insbesondere aus Stahl­ blech, ausgebildet ist. .

9. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (8) - und damit insoweit der Kessel - je nach Rauchgaskanalausbildung (6) bzw. der Zuordnung der diese bildenden Rohre (7) im Außenumfang vieleckig oder rund, insbesondere ovalförmig ausgebildet ist.

10. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der gedrosselte Übertritt (14) einstellbar ausgebildet ist.

11. Heizkessel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellbarkeit temperaturabhängig gesteuert ausgebildet ist, beispielsweise durch ein Bimetall gesteuert.

12. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß er insgesamt als Stahlkonstruktion ausgebildet ist.

13. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserraum (4) den Boden (19) des Umlenkraumes (5) untergreifend ausgebildet ist.

14. Heizkessel nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß in den Wasserraum unterhalb des Umlenkraumes (5) eine dessen Boden (19) umran­ dende Strömungsschirmwand (20) hineinragt.

15. Heizkessel nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsschirmwand (20) von Abströmöffnungen (24) durchgriffen ausgebildet ist.