-
Heizkessel zum Erhitzen von Wasser und Erzeugen von Dampf Die Erfindung
betrifft einen Heizkessel, beste und aus einem Heizraum, einem ersten Wasserbehälter,
der mit dem zu erhitzenden Wasser beladen ist, aus einem zweiten Wasserbehälter
für die Abgabe des erhitzten Wasser bzw. des erzeugten Dampfes, sowie aus Elementen
zur Bildung einer Wasserverbindung zwischen den beiden Behältern, wobei diese Elemente
Heizrohre umgeben, welche die Verbrennungsgase vom Heizraum in eine Gas-Sammelkammer
führen.
-
Heizkessel dieser Art werden heutzutage in Form von Wasserrohr-Boilern
gebraucht, bei denen das in Rohren zirkulierende Wasser Verbrennungsgasen ausgesetzt
wird, oder aber auch in Form von Heizrohr-Boilern, bei denen das Wasser in Behältern
eingeschlossen ist, durch welche sich Rohre erstrecken, durch die das Verbrennungsgas
strömt. Beide Arten von Heizkesseln weisen eine verhältnismäßig komplizierte Ausgestaltung
auf
und sind teuer in der Herstellung. Diese Nachteile betreffen die Wasserrohr-Boiler,
welche meist für Dämpfe mit höherem Druck verwendet werden. Außerdem müssen beide
Arten von Boilern für eine bestimmte Maximalkapazität dimensioniert werden und erbringen
somit den Nachteil, daß, wenn der Anfangs-Wirkungsgrad in einem höheren Maße im
Verhältnis zur Maximalkapazität gesenkt wird, Kondens-Erscheinungen als Folge von
einer zu niedrigen Temperatur in den Räumen auftreten, durch die die Verbrennungsgase
strömen, wobei die niedrige Temperatur bei Clbrennern gewöhnlich zeitweilig während
der Stillstandsperioden des ölbrenners auftreten und die Perioden in ihrer Dauer
durch den verminderten Wirkungsgrad zunehmen. Eine Kondensation führt bekanntlich
zu Korrosion der exponierten Oberflächen, insbesondere bei Verbrennung von schwefeligen
Brennstoffen.
-
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Heizkessel vorzusehen,
der einfach im Aufbau ist, insbesondere im verhältnis zu Wasserrohr-Boilern, und
der dennoch für sehr hohe Drükke ausgebildet werden kann. Der Heizkessel gemäß der
Erfindung ist im Gegensatz zu den bekannten Heizkessel-Arten geeignet, mit Hilfe
moderner und rationeller Methoden hergestellt zu werden, bei denen verschiedene
Stationen für das Zusammenfügen der Teile angewendet werden.
-
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen Heizkessel vorzusehen,
der innerhalb eines sehr weiten Kapazität-Bereiches
gesteuert werden
kann, ohne daß die Gefahr irgendwelcher Kondensations-Erscheinungen bei einem unteren
Wirkungsgrad auftritt.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Heizkessel gelöst, bei
dem die Elemente für die Wasserverbindung zwischen den beiden Behältern durch eine
Anzahl von Rohren gebildet sind, -die derart zusammen verbunden sind, daß sie eine
den Heizraum umgebende Ummantelung bilden.
-
Auf der Zeichnung sind Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise
dargestellt, und zwar zeigen: Fig. 1 einen vertikalen Querschnitt durch einen Heizkessel
gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; Fig. 2 ein Horizontalschnitt entlang
der Linie II-II aus Fig. 1; Fig. 3 eine Einzelheit im vergrößertem Maßstab in einem
Schnitt gemäß der Fig. 2; Fig. 4 ein vertikaler Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform
gemäß der Erfindung.
-
Wie aus den Figuren zu sehen ist, stellt die Hauptform des Heizkessels
einen aufrechten Zylinder dar. Eine Ummantelung um den Heizraum 1 wird durch eine
Anzahl von eng aneinander geschweißten, langen Rohren 2 gebildet, deren Achsen durch
den Umfang eines Kreises laufen.
-
Der Boden des Heizraumes 1 wird durch einen flachen, kreisförmigen
Wasserbehälter 3 gebildet, der einen Wassereinlaß 24 im Zentrum aufweist und an
seinem Rand mit den Rohren 2 durch kleiner Rohre 5 verbunden ist. In dem Bodenbehälter
3 sind eine Anzahl von Lamellen 14 angeordnet, um die Wasserströmung von dem Rohr
4 zu den Rohren 5 zu leiten (siehe Fig.
-
2). Der Raum zwischen dem Behälter 3 und den unteren Enden der Rohre
2 ist von einem ringförmigen Band 6 und einem Streifen 7 umgeben, die so ausgebildet
sind, daß sie an die durch die Rohre 2 gebildete Außenwand angepaßt sind. Die Abdeckung
des Heizraumes 1 wird durch einen oberen, ringförmigen Wasser-oder Dampf-Sammelbehälter
8 gebildet, der durch Rohre 9 mit den Rohren 2 verbunden ist und ein Ausgaberohr
23 aufweist. Das Ausgaberohr 23 des Behälters 8 dient der Abführung des erhitzten
Wassers bzw. des erzeugten Dampfes, wenn der Heizkessel als Dampfgenerator verwendet
wird. Der Behälter 8 und die Rohre 2 sind durch ein Zwischenstück 10 fest miteinander
verbunden.
-
In einer Mittelöffnung 11 in dem Behälter 8 ist über einen Flansch
12 ein Ölbrenner 13 befestigt, der irgendein herkömmlicher Brenner sein kann.
-
Eine Vielzahl von Rohren 15 erstrecken sich durch jedes der Rohre
2. Die unteren Enden der Rohre 15 enden in dem Heizraum 1 und die oberen Enden in
einer ringförmigen Sammelkammer f für die Verbrennungsgase, und zwar über einenlRaum
16,
der für jedes der Rohre 2 vorgesehen und von deren Innenraum getrennt ist, und über
ein Ventil 17, das mittels eines Hebels 24 und einer Betätigungsschiene 25 zwischen
einer offenen und einer geschlossenen Stellung betätigbar ist. Von der Sammelkammer
18 kann das Verbrennungagas über einen Abzugsstutzen abgesaugt werden. Entsprechend
dem gewünschten Bereich der Kapazitätsregulierung kann der Heizkessel mit Ventilen
17 entweder an allen Rohren 2 oder nur an manchen von diesen ausgerüstet sein. Bei
einem nur sehr kleinen Bedarf an Leistungsregulierung können die Ventile auch wegfallen.
-
Der Heizkessel ist durch eine äußere Umhüllung 20 vervollständigt,
die eine Isolation 21 einschließt. Außerdem können Füße 22 zum Tragen des Heizkessels
vorgesehen werden.
-
Der Heizkessel entsprechend der zweiten Ausführungsform entspricht
nahezu der ersten Ausführungsform. Gemäß der Fig. 4 ist der Mantel des Heizraumes
1 durch die langen, miteinander verbundenen Rohre 2 gebildet, durch welche die kleineren
Rohre 15 laufen, die - wie bei der ersten Ausführungsform - mit ihren unteren Enden
in dem Heizraum 1 und ihren oberen Enden in den Räumen 16 enden, in welchen Ventile
17 vorgesehen sind. Außerdem sind in der zweiten Ausführungsform die Außenhülle
20, 21, ein Band 6, ein Zwischenstück 7 und Verbindungsrohre 5 vorhanden.
-
In einer wichtigen Einzelheit unterscheiden sich jedoch die beiden
Ausführungsformen. Bei der Ausführungsform gemäß der Fig. 4 ist der obere Teil des
Heizraumes 1 mit einer Anzahl von Rohren 26 versehen, die mit Abständen zur Bildung
einer Käfigwicklung angeordnet sind und mit ihren unteren Enden in einen ringförmigen
Wasserbehälter 27 auslaufen, der an die Wasserräume in den Rohren 2 über die Verbindungsrohre
28 angeschlossen ist. Mit ihren oberen Enden gehen die Rohre 26 in einen Wasserbehälter
29 über, an den ebenfalls die Wasserräume der Rohre 2 mittels der Rohre 30 angeschlossen
sind.
-
Der Behälter 29 hat einen Ausgabestutzen 31.
-
Die andere Seite des Behälters 29 und der durch die oberen Teile
der Rohre 26 gebildete Käfig umschließen zusammen mit einem flachen Zwischenstück
32 einen Gas-Sammelraum 33, der mit den Räumen 16 über die Ventile 17 verbunden
ist.
-
An den unteren Enden der Rohre 2 ist ein weiterer Gas-Sammelraum 34
vorgesehen, durch welchen sich die Rohre 5 erstrecken.
-
Die Wände des Raumes 34 werden durch einen Wasserbehälter 35 mit einem
Einlaßrohr 36, sowie durch das Band 6 und das Zwischenstück 37 gebildet. Der Gas-Sammelraum
34 ist mit einem Abzugsstutzen 38 versehen. Der Heizkessel besitzt außerdem einen
Boden 43.
-
Der Heizkessel gemäß Fig. 4 kann so angso-rdnet werden, daß er auf
verschiedene Wege befeuert werden kann. Beispielsweise
kann an
seinem oberen Teil ein Ölbrenner 44 vorgesehen werden, wie bei dem Heizkessel gemäß
der ersten Ausführungsform. Der Heizkessel kann aber ebenso mit festem Brennstoff
befeuert werden, wie dies aus Fig. 4 zu ersehen ist. Dazu muß der Raum im Zentrum
des ringförmigen Zwischenstückes 37 und des ringförmigen Wasserbehälters 35, sowie
der Boden 43 mit einer Auskleidung 39 versehen werden, die feuerfest ist. Auf der
Auskleidung 39 ist ein Feuerrost 40 angeordnet und der fragliche Raum ist von außen
durch eine Klappe 41 zugängich. Der für die Klappe 41 notwendige Raum wird durch
eine Öffnung in dem Wasserbehälter 35 und durch eine Anordnung der Rohre 2 hergestellt,
von denen eine Anzahl etwas kürzer ausgeführt sind, wie aus der Zeichnung ersichtlich
ist. Vor der Klappe 41 ist es nicht möglich, irgendwelche Verbindungsrohre 5 für
einen Anschluß an den Wasserbehälter 35 vorzusehen. Als Ausgleich dafür wird eine
Anzahl von Verbindungsrohren 42 angeordnet, die die kürzeren Rohre 2 mit den benachbarten
Rohren 2 mit normaler Länge verbindet.
-
Entsprechend der Art des Brennstoffes kann der Heizraum 1 am Boden
des Heizkessels auf verschiedene Weise angeordnet sein. Beispielsweise kann eine
Heizvorrichtung vorgesehen werden. Auch besteht die Möglichkeit, einen Ölbrenner
im unteren Teil des Heizkessels vorzusehen, wodurch der Ölbrenner 44 überflüssig
werden würde. Außerdem kann der Heizkessel danach ausgerichtet sein, abwechselnd
durch festen oder
flüssigen Brennstoff befeuert zu werden, und kann
somit mit einem Heizraum für festen Brennstoff sowie für einen Ölbrenner ausgebildet
sein, der entweder fest angeordnet ist oder der die Möglichkeit hat, aus seiner
Arbeitsstellung herausgeschwenkt zu werden.
-
Wenn der Heizkessel gemäß der ersten Ausführungsform befeuert wird,
richtet sich eine Flamme vom Ölbrenner 13 nach unten in den Heizraum 1. Die heißen
Gase schlagen gegen den Boden des Heizkessels, womit eine Vorheizung des Wassers
in dem Behälter 3 vorgenommen wird. Die Verbrennungsgase strömen anschließend durch
die Rohre 15 nach oben in die Räume 16 und durch die Ventile 17 nach außen in die
Sammelkammer 18 und werden über den Stutzen 19 abgegeben. Das Wasser wird durch
das Rohr 4 in den Heizkessel gegeben, zirkuliert unter Führung der Lamellen 14 im
Behälter 3 und steigt durch die Rohre 5 nach oben. Von den Rohren 5 strömt das Wasser
weiter durch die Rohre 2, umströmt die Feuerrohre 15 und gelangt über die Rohre
9 in den Behälter 8, von wo aus es über den Abgabestutzen als heißes Wasser oder
Dampf abgegeben wird.
-
Wie eben festgestellt worden ist, wird das Wasser in dem Behälter
3 zwar vorgeheizt, jedoch findet seine hauptsächliche Erhitzung in den Rohren 2
statt, in denen die Rohre 15 eine große Kontaktfläche zwischen den Verbrennungsgasen
und dem Wasser herstellen. Auch in dem Behälter 8 erfolgt noch eine Aufheizung des
Wassers.
-
Wenn volle Leistung gewünscht wird, müssen alle Ventile 17 geöffnet
sein und die Wärmeübertragung von dem Gas auf das Wasser wird in allen Rohr-Anordnungen
2 und 15 durchgeführt. Wenn weniger Leistung gewünscht wird, kann eine entsprechende
Anzahl von Ventilen 17 geschlossen werden. Bei der mit 26 Rohren 2 gezeigten Ausführungsform
kann die Leistung schrittweise auf 1/26 der Gesamtleistung herunterreguliert werden,
und zwar theoretisch in dem Gesamtbereich von Volleistung bis 1/26 davon.
-
Durch die geschlossene Rohranordnung 2,15 kann kein Verbrennungsgas
laufen und dementsprechend kann auch in diesen Anordnungen keine Kondensation auftreten.
In dem Heizraum 1 ist die Temperatur so hoch, daß ebenfalls keine Kondensation erfolgt.
-
Wenn der Heizkessel gemäß der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform
durch einen Ölbrenner 44 beheizt wird, ist eine Flamme nach unten in den durch die
Röhre 26 gebildeten Käfig gerichtet, wodurch diese erhitzt werden. Im unteren Teil
des Heizraumes 1 kehren die Flammen um und die Gase strömen in die schmalen Bereiche
zwischen den Rohren 26 und die durch die Rohre 2 gebildete Wand. Damit wird ein
Teil der Wärme auf das Wasser in den Rohren 2 und in den Rohren 26 übertragen. In
dem Raum 33, in dem außerdem Wärme auf den Behälter 29 übertragen wird, werden die
Verbrennungsgase nach unten in die Räume 16 gerichtet, vorausgesetzt, daß die entsprechenden
Ventile 17 offen sind (oder, daß überhaupt keine Ventile 17 angeordnet sind, wie
oben erwähnt worden ist). Die Verbrennungsgase strömen durch die Rohre 15 und übertragen
Wärme auf die Umgebung in den Rohren 2, die das Wasser umschließen. Die Gase werden
in dem Raum 34 gesammelt und sodann durch den Stutzen 38 abgegeben.
-
Bei einer Befeuerung mit festem Brennstoff durch die Klappe 41 oder
durch einen in dem unteren Teil des Heizkessels eingesetztem Ölbrenner, strömen
die Verbrennungsgase nach oben, wodurch
ein bestimmter Teil nach
oben in den schmalen Bereich zwischen den Rohren 26 und der durch die Rohre 2 gebildeten
Wand entweicht und ein Teil nach oben in den Raum innerhalb des Käfigs strömt, der
durch die Rohre 26 gebildet ist, wobei dieser Teil zwischen den Rohren nach außen
in den Raum 33 entweicht. Dementsprechend werden die Verbrennungsgase in dem ringförmigen
Raum 33 gesammelt und setzen ihren Weg in der oben beschriebenen Weise fort.
-
Mit der Ausführungsform nach Fig. 4 wird der Vorteil erreicht, daß
der Heizkessel an seinem unteren Teil mit festem Brennstoff befeuert werden kann,
was bei der ersten Ausführungsform wegen der Strömungswege der Verbrennungsgase
nicht möglich ist. Außerdem ist der Weg, den die Verbrennungsgase durchlaufen müssen,
verlängert, womit insbesondere bei Brennstoffen mit langen Flammen ein besserer
Wirkungsgrad erreicht ist.
-
Vorliegende Erfindung erbringt den Vorteil, daß eine gesonderte,
den Brennraum umschließende Ummantelung entfällt, wobei die Wasserrohre die Wand
um den Feuerraum bilden. Dieser Vorteil erbringt niedrigere Herstellungskosten und
außerdem ist festzuhalten, daß die Heizraum-Ummantelung den Verbrennungsgasen nicht
direkt ausgesetzt ist, da zwischen deren Innenseite und Außenseite ein wassergefüllter
Raum eingeschlossen ist, der es mit sich bringt, daß die Ummantelung eine niedrige
Außentemperatur
erreicht, so daß die Isolation vermindert und
vereinfacht werden kann. Außerdem können bei dem Heizkessel gemäß der Erfindung
Anordnungen vorgesehen werden, die eine Leistungsregulierung innerhalb eines sehr
weiten Bereiches zulassen.
-
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte und beschriebene Ausführungsform
beschränkt. Beispielsweise kann der Heizkessel mit einem Zylinder erstellt werden,
der durch liegende Röhren2 gebildet ist.