DE2221801C3

DE2221801C3 - Heizungskessel

Info

Publication number: DE2221801C3
Application number: DE19722221801
Authority: DE
Inventors: Georg 2902 Rastede Schmitz
Original assignee: FA AUGUST BROETJE 2902 RASTEDE
Current assignee: FA AUGUST BROETJE 2902 RASTEDE
Priority date: 1972-05-04
Filing date: 1972-05-04
Publication date: 1974-09-19
Also published as: DE2221801B2; DE2221801A1

Description

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Die Erfindung betrifft einen Heizungskessel mit einer Strahlungs- und einer nachgeschütteten Konvektionsheizfläche.

Dieser Kessel eignet sich ganz besonders für die Verfeuerung von Brennstoffen, deren Verbrennungsprodukte eine niedrige Taupunkttemperaiur aufweisen (z. B. Gase mit einem hohen Wasserstoffanteil). Solange bzw. sobald die Oberflächentemperatur auf der Heizgasseite der Strahlungsheizfläche einen Wert aufweist, der niedriger als die Taupunkttemperatur der Verbrennungsprodukte ist, bildet sich Schwitzwasser. Entstandenes Schwitzwasser muß aufgefangen und abgeführt werden. Schwitzwasser wirkt auf die Kessei'baustoffc korrodierend, insbesondere dann, wenn es noch Schwefel aus dem Brennstoff enthalt.

Die Bildung von Schwitzwasser muß tunlichst durch betriebliche und/oder konstruktive Maßnahmen vermieden werden. Durch eine genügend hohe Kesselwassertemperatur findet eine Schwitzwasserbildung nicht statt. Bei Heizungskesseln sind die Werte der Vor- und Rücklauftemperatur aber durch die notwendige Eintrittstemperatur und durch die Austrittstemperatur an den Wärmeverbrauchern festgelegt. Höhere Werte der Vor- und Rücklauftcmperaturen am Kessel im Vergleich zu den Ein- und Austrittstemperaturen an den Wärmeverbrauchern können durch den Einsatz von Mischarmaturen erzielt ti/prrlpn

uiese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß die Strahlun-sheizfläche aus einer Wasserraumwand und einer mit Abstand davon angeordneten dem Verbrennungsraum zugewandten Bewehrung gebildet ist und daß der Werkstoff der Bewebrun« einen höheren Ausdchnungskoeffizenten aulweist als der Werkstoff der Wasserraumwand.

Der Abstand zwischen Wasserraumwand und Bewehrung wird mit stärker werdender Wärmebeaufschlagung der Bewehrung selbsttätig kleiner. Dieser Effekt wird durch die geometrische Form der Heizfläche in Verbindung mit den unterschiedlichen Temperaturen von Wasserraumwand und Bewehrung er/ielt Die Bewehrung dehnt sich unter dem Einfluß ihrer höheren Temperatur mehr als die Wasserraumwand Setzt sich die Heizfläche aus Zylinder- oder Kuoelobcrflüchenabschnitten zusammen, und hat die Bewehrung den kleineren Radius, so findet die Annähcrnno von Wasserraumwand und Bewehrung bei Heizgas"und/oder Strahlungsbeaufschlagung der Bewehrung statt. Der beschriebene Effekt kann noch dadurch vergrößert werden, indem die Bewehrung aus einem Werkstoff hergestellt wird, der einen größeren Ausdehnungskoeffizienten aufweist als der Werkstoff für die Wasserraumwand. Ferner ist es im Hinblick auf einen geringen Wärmeinhalt der Bewehrung vorteilhaft, wenn deren Werkstoff eine geringe spezifische Wärme und eine geringe Dicke aufweist.

Zwischen der mit Abstand angeordneten Wasserraumwand und Bewehrung findet mit dem Beginn der Hcizgasbeaufs:hlagung der Bewehrung zunächst nur ein "Wärmeaustausch im wesentlichen durch Strahlung, zum Teil aber auch durch Konvektion statt. Mit geringer werdendem Abstand zwischen Wasserraumwand und Bewehrung vergrößert sich der Wärmeaustausch durch Strahlung, so daß die Bewehrung stärker gekühlt wird und schließlich in einem bestimmten Abstand vor der Wasserraumwand harrt. Im Grcnzfall kann sich die Bewehrung auch an die Wasserraumwand anlegen, so daß innerhalb der Heizfläche die Wärme ausschließlich durch Leitung übertragen wird.
Bei geometrisch komplizierten Heizflacnenformen

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kann es fertigungstechnisch schwierig sein, den vorgesehenen Abstand zwischen Wasser raumwand und Bewehrung überall so gleichmäßig einzuhalten, daß eine örtliche Berührung nicht schon vor einer Heizgasbeaufschlagung der Bewehrung stattfindet. Um dieser Schwierigkeit aus dem Wege zu gehen, wird im weiteren vorgeschlagen, den Abstand zwischen Bewehrung und Wasserraumwand zum Teil mit einem schwach wärmeleitenden Material auszufüllen.

Ein Ausführupgsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.

Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch den Feuerraum eines Heizungskessels gemäß der Linie I-l in F i g. 2,

Fig.2 einen Schnitt durch einen Heizungskessel entlang der Linie H-II in F t g. 1.

Die Strahlungsheizfläche 1 ist von einem ringzylindrischen Wasserraum 2 umgeben. In Richtung der aufströmenden Verbrennungsprodukte ist der Strahlungsheizfläche eine Konvektionsheizfläche 3 nachgeschaltet. Die Strahlungsheizfläche umschließt einen Verbrennungsraum 4, in dem die Feuerung 5 angeordnet ist. Die Strahlungsheizfläche L besaht aus der heizwasserbeaufschlagten Wasserraurnwandö und der mit Abstand davon angeordneten Bewehrung?. Wasserraumwand und Bewehrung sind zylinderförmii: ausgebildet; die Bewehrung hat gegenüber der Wasserraumwand den kleineren Radius. Bei Strahlungs- und oder Heizgasbeaufschlagumj dehnt sich die Bewehrung infolge ihrer höheren Temperatur stärker als die Wasserraumwand, wodurch der Abstand zwischen Wasserraumwand und Bewehrung kleiner wird. Die anfangs schwächer strahlungsgekühlte Bewehrung erwärmt sich so schnell, daß Wasserdampf aus den Verbrennungsprodukten nicht kondensiert. Mit kleiner werdendem Abstand zwischen Bewehrung und Wasserraumwand wird der Strahlungswärnieaustausch zwischen diesen die Strahlungsheizfläche bildenden Elementen immer größer. Ohne weiteres kann deshalb durch einen geeigneten Ausgangsabstand zwischen Wasserraumwand und Bewehrung dafUr gesorgt werden, daß die

Bewehrung infolge zu hoher Temperatur nicht verzundert. Im Grenzfall kann die Bewehrung sich an die Wasserraumwand anlegen, wodurch die Wärme durch Leitung innerhalb der Heizfläche übertragen wird. Der Wärmedurchgang wird dadurch größer.

ίο Damit ist gleichzeitig eine Abkühlung der Bewehrung verbunden, die sich damit wieder von der Wasserraumwand entfernt. Bei Gleichheit von Wärmezufuhr zur Bewehrung und Wärmeabfuhr von der Wasserraumwand verharrt die Bewehrung in einem bestimmten Abstand von der Wasserraumwand.

Bei komplizierter geometrischer Form des Verbrennungsraumes kann es schwierig sein, den erforderlichen Abstand zwischen Wasserraumwand und Bewehrung mit ausreichend kleiner Toleranz herzu-

stellen. Unter Umständen kann es bei größeren fertigungstechnischen Ungenauigkeitcn vorkommen, daß die Bewehrung die Wasserraumwi-.vd schon dann ortlich berührt, wenn die Feuerung noch nicht in Betrieb ist. Örtliche Schwitzwasserbildung ist dann nach dem Inbetriebgehen der Feuerung möglich. Um diesen Nachteil zu vermeiden, kann der Luftschicht zwischen Bewehrung und Wasserraumwand eine Schicht 8 aus schwach wärmeleitendem Material, z. B. Asbest, hinzugefügt werden.

Die Bewehrung? geht im obeien Teil der Strahlungsheizfläche 1 in einen Schacht 9 über, der von den die Konvektionsfläche 3 bildenden heizwasserdurchflossenen und außen berippten Rohren quer zur Strömungsrichtung der Heizgase durchstoßen wird. Der Schacht 9 ist mit den Rohren wärmeleitend verbunden. Durch einen ausreichenden Anteil \on indirekter Heizfläche in Form von Rippen wird eine Schwitzwasserbildung an den Rohren vermieden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

2221 8Oi Patentansprüche:

1. Heizungskessel mit einer Strahlung»- und einer nachgeschalteten Konvektionsheizfla'che, S dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsheizfläche (1) aus einer Wasserraumwand (6) und einer mit Abstand davon angeordneten, dem Verbrennungsraum (4) zugewandten Bewehrung (7) gebildet ist und daß der Werk- u> stoff der Bewehrung (7) einen höheren Ausdehnungskoeffizienten aufweist als der Werkstoff der Wasserraumwand (6).

2. Heizungskessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserraumwand (6) und die Bewehrung (7) aus zylinderförmigen Abschnitten zusammengesetzt sind.

3. Heizungskessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserraumwand (6) und die Bewehruag (7) aus kugelförmigen Ab- ao schnitten zusammengesetzt sind.

4. Heizungskessel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Bewehrung (7) und der Wasserraumwand (6) eine den Zwischenraum teilweise ausfüllende as Schicht (8) aus schwach wärmeleitendem Material angeordnet ist.

5. Heizungskessel nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß als schwach wärmeleitendes Material Asbest ν jrgesehen ist.

6. Heizungskessel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, adß die Bewehrung (7) oberhalb der Strahlung heizflache (1) bis über die Konvektionsheizfläche (3) geführt ist.

Konstruktive Maßnahmen zur Sehwtzwasservermeidung sind in Form einer starken Vernppung der direkten Heizflächen bekannt. Die von den Rippen aufgenommene Wurme wird der direkten Heizfläche zuRefUhrt, deren Oberflächenteraperatur sich da-S auf der Heizgasseite erhöbt Eine hohe spezif,-sche Heizleistung der direkten Heizfläche ist die Folge Im Bereich des Verbrennungsraumes stört eine Verrippung der Heizfläche unter Umstanden den Ausbrand. Außerdem können die zusmhch durch Konvektion beaufschlagten Rippensp.tzen thennisch überbelastet werden. Zur Vermeidung diese? Nachteile werden glattflächig ausgeführte Verbrennungsräume außen mit Kühlrohre? versehen. HTe durch entstehen in den Bächen orthch abwechselnd kalte und heiße Bereiche, die starken Spannungen unterworfen sind, abgesehen davon, daß sich in den direkt gekühlten Bereichen mit dem Anfahren der Feuerung zumindest für e.ne sc*-«<* Zeit Schwitzwasser bildet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ke,selheizfläche zu schaffen, die bei allen BemebN-zuständen einen schwitzwasserfreien Betrieb gewahrleistet und zudem nur geringe Herstellkosten verur-