DE2826048C3 - Arrangement for flue gas routing and flue gas extraction in a heating boiler - Google Patents
Arrangement for flue gas routing and flue gas extraction in a heating boilerInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Rauchgasführung und Rauchgasentnahme bei einem Wärmekessel, mit einem vom einem Wärmetransportmedium umspülten Brennraum und mehreren, ebenfalls vom Wärmetransportmedium umspülten Rauchgaszügen, die als Kühlilächen jeweils unterschiedlich großer Gesamtkühlfläche ausgebildet sind und von denen mindestens einer eine Durchlaßsteuerung aufweist und die die Rauchgase vom Brennraum zu einer Rauchgassammelkammer leiten und mit weiteren, als Kühlflächen ausgebildeten Rauchgaszügen, die die Rauchgase aus der Rauchgassammeikammer einem Abgaskamin zuführen, sowie mit einem zusätzlichen Rauchgasauslaß an der Sammelkammer, bei dem der Rauchgasaustritt steuerbar ist.The invention relates to an arrangement for flue gas guidance and flue gas extraction in a Heat boiler, with a combustion chamber surrounded by a heat transport medium and several, likewise Flue gas flues surrounded by the heat transport medium, each of which acts as a cooling surface of different size Total cooling surface are formed and of which at least one has a passage control and which direct the flue gases from the combustion chamber to a flue gas collecting chamber and with others as cooling surfaces trained flue gas flues that feed the flue gases from the flue gas collection chamber to a flue gas chimney, as well as with an additional flue gas outlet on the collecting chamber, where the flue gas outlet is controllable.
Bei herkömmlichen Wärmeerzeugern (Dampferzeugern oder Heiß- bzw. Warmwassererzeugern) ist es bekannt, Mehrzugerzeuger, vorzugsweise in Dreizugbauweise ausgeführt, zu verwenden (etwa entsprechend den »Technischen Richtlinien für Dampfkessel« TRD, oder »Dampfkessel Bestimmungen«, hrsg. von der V.d.T.Ü.V. Essen 1960, oder DIN4751, 4752 o.a.). Bei solchen bekannten Wärmeerzeugern war durch die angewendete Mehrzugbauweise eine relativ gute Ausnutzung der im Brennraum freiwerdenden Wärme zu erzielen.With conventional heat generators (steam generators or hot or warm water generators) it is known to use multi-pass generators, preferably designed in three-pass construction (roughly corresponding to the "Technical Guidelines for Steam Boilers" TRD, or "Steam Boiler Regulations", ed. of the V.d.T.Ü.V. Essen 1960, or DIN4751, 4752 o.a.). at such known heat generators was a relatively good one due to the multi-pass construction used To achieve utilization of the heat released in the combustion chamber.
Bei einer Vielzahl von technischen Verfahren, etwa bei thermochemischen Verfahren, bei Heizungen von Trocknern in der Holz- oder Oberflächenindustrie, für Spannrahmen in der Textilindustrie, für Trockner in der Mineralindustie o. a. hat es sich allerdings als notwendig erwiesen, mit Rauchgasen für direkte oder indirekte Beheizung in einem Temperaturbereich zwischen ca. 500° C und 900° C zu arbeiten. Zum Einsatz hierfür waren die aus herkömmlichen Wärmeerzeugungsanlagen austretenden Rauchgase nicht geeignet, da sie in ihrem Temperaturniveau (bis ca. 300° C) erheblich zu tief lagen. Es war also in diesen Fällen erforderlich, bei solchen Prozessen direkt Brenneranlagen einzusetzen, bei denen man die im Brennraum erzeugten Rauchgase hoher Temperatur dann entweder unter Zufuhr von Frischluft auf die gewünschten Temperaturen heruntermischte oder bei denen man nur einen Teilstrom der erzeugten Rauchgase benutzte. In beiden Fällen ging einIn a large number of technical processes, such as thermochemical processes, for heating from Dryers in the wood or surface industry, for stenter frames in the textile industry, for dryers in the Mineral industry o. However, it has proven necessary to use flue gases for direct or indirect Heating to work in a temperature range between approx. 500 ° C and 900 ° C. To use for this the flue gases emitted from conventional heat generation systems were not suitable because they were in their temperature level (up to approx. 300 ° C) were considerably too low. So in these cases it was necessary at to use burner systems directly for such processes, in which the smoke gases generated in the combustion chamber are used high temperature then either mixed down with the supply of fresh air to the desired temperatures or in which only a partial flow of the smoke gases generated was used. In both cases was received
M bemerkenswert großer Anteil der im Brennraum erzeugten Strahlungswärme und teilweise auch die in der Anlage erzeugte Konvektionswärme verloren. Der Wirkungsgrad solcher Anlagen war nicht zufriedenstel-M remarkably large proportion of the radiant heat generated in the combustion chamber and, in part, also that in the convection heat generated by the system is lost. The efficiency of such systems was not satisfactory.
Bei einem bekannten Zweizugkessel (GB-PS 12 45 167) werden die aus dein Brennraum austretenden Rauchgase über eine Wendekammer den beiden von Wärmetransportmedium gekühlten Gaszügen zugeführt, die ihrerseits beide in eine Abgaskammer münden, von der aus sie z. B. zu einem Kamin abgeleitet werden. Dabei sind die Austrittsquerschnitte des einen Rauchgaszuges in die Abgaskammer mittels einer beweglichen Klappe gemeinsam ganz oder teilweise verschließbar, wodurch ein Steuern der Mischgastemperatur innerhalb der Abgaskammer möglich wird, um sicherzustellen, daß stets ein Anheben der Gastemperatur in der Abgaskammer über den Taupunkt hinaus in ausreichendem Maße gewährleistet ist Die Erzeugung von Rauchgasen in einem Bereich von 5000C bis 9000C ist bei dieser bekannten Anordnung nicht möglich, da die in die Abgaskainmer eintretenden Gase selbst bei voller Öffnung des einzigen größeren Bypaß-Querschnitts noch immer eine unterhalb des betreffenden Temperaturbereiches liegende Temperatur aufweisen. Wollte man Abgase aus der Abgaskammer der bekannten Anordnung ableiten, so würde dabei der nicht abgeleitete Abgasanteil ungenutzt in den Kamin fortgeführt werden, was unwirtschaftlich ist. Eine plötzliche Öffnung des großen Bypaß-Querschnitts der bekannten Anordnung (zur Anhebung der Rauchgastemperatur in der Abgaskammer) würde weiterhin dazu führen, daß die rauchgasseitigen Druckverhältnisse in einer Weise verändert würden, daß Instabilität eintreten müßte. Die bekannte Anordnung kann deshalb aucL nur (bestimmungsgemäß) dann funktionieren, wenn die Mischgastemperatur nur in dem Temperaturbereich geregelt werden soll, der zur Vermeidung des Absinkens der Mischgastemperatur unter den Taupunkt erforderlich ist.In a known two-pass boiler (GB-PS 12 45 167) the flue gases exiting your combustion chamber are fed to the two gas flues cooled by the heat transfer medium via a reversing chamber. B. be derived to a chimney. The exit cross-sections of one flue gas flue into the flue gas chamber can be completely or partially closed by means of a movable flap, which enables the mixed gas temperature within the flue gas chamber to be controlled in order to ensure that the gas temperature in the flue gas chamber is always raised sufficiently above the dew point is ensured, the generation of flue gases in a range of from 500 0 C to 900 0 C is not, in this known arrangement is possible because the entering the Abgaskainmer gases still a lying even at full aperture of the single larger bypass cross-section below the relevant temperature range Have temperature. If one wanted to divert exhaust gases from the exhaust gas chamber of the known arrangement, then the exhaust gas fraction not diverted would be continued unused into the chimney, which is uneconomical. A sudden opening of the large bypass cross section of the known arrangement (to raise the flue gas temperature in the exhaust gas chamber) would furthermore lead to the fact that the pressure conditions on the flue gas side would be changed in such a way that instability would have to occur. The known arrangement can therefore only function (as intended) if the mixed gas temperature is only to be controlled in the temperature range that is necessary to avoid the mixed gas temperature falling below the dew point.
Bei einer anderen bekannten Anordnung (GB-PS 1195 195) werden die den Brennraum verlassenden Rauchgase in mehrere Teilströme aufgeteilt, die Teilströme über unterschiedlich stark wirkende Kühlstrecken geleitet und durch Zusammenführung von aus unterschiedlichen Kühlstrecken austretenden Teilströmen sodann ein Gasstrom einer bestimmten Mischtemperatur erzeugt, wobei auch hier die Mischtemperatur dieses Gasstromes so geregelt wird, daß der Taupunkt im Abgaskamin stets überschritten wird. Bei der bekannten Anordnung sind dabei zwei Rauchgas-Wendekammern vorgesehen, wobei zwischen der ersten und der zweiten Wendekammer eine Bypaß-Leiuing großen Querschnitts parallel zu den zwischen beiden Wendekammern angeordneten Rauchgaszügen vorgesehen ist, deren Auslaß in die zweite Wendekammer hinein regelbar ist. Treten abgasseitig im Teillastbereich unerwünschte tiefe Temperaturen auf, die zum Erreichen oder Unterschreiten des Taupunktes in der Abgas-Auslaßkammer führen würden, dann wird zunächst durch entsprechende Steuerung des Öffnungsquerschnitts der großen Bypaß-Leitung zwischen erster und zweiter Wendekammer eine Temperaturerhöhung in letzterer durch Einleiten heißerer Rauchgase dorthin bewirkt. Denn bei öffnen der Bypaß-Leitung treten bevorzugt die heißen Rauchgase aus der ersten Wendekammer über die Bypaß-Leitung in die zweite Wendekammer ein, da der Strömungswiderstand dieser Leitung erheblich geringer ist als der des anderen Rauchgaszuges mit vielen Röhren kleineren Querschnitts. Durch die Temperaturerhöhung in der zweiten Wendekammer treten dann in den letzten Rauchgaszug, der zum Kaminauslaß führt, Rauchgase höherer Ausgangstemperatur ein, so daß auch die in die Kaminkammer austretenden Rauchgase entsprechend wärmer sind und dadurch die gewünschte Temperaturerhohung erreicht werden kann. Wird jedoch selbst bei völligem öffnen besagter Bypaß-Leitung (etwa bei zu geringer Last) die Temperatur in der Kaminkammer nicht ausreichend stark angehoben, dann kann bei der bekannten Anordnung die Möglichkeit ergriffen werden, über eine Verbindungsleitung direkt aus der ersten Wendekammer heiße Abgase in den Kaminauslaß einzuleiten und damit letztlich doch dann die gewünschte Temperaturerhöhung sicherzustellen, öffnet man bei der bekannten Anordnung jedoch die Steuerventile für die Rauchgasführung, dann tritt auf der Primärseite eine derart starke Veränderung des Druckverhaltens auf, daß die Auslegedaten des Kessels (bezüglich Feuerraum und Konvektionsheizflächen, sowie auch dessen kesseltechnischer Widerstand) in einer Weise verändert werden, daß sich auch die gewählte Leistungsgröße so verändert, daß Instabilität beim Betrieb der Kammer eintreten kann. Bei öffnung eines oder beider Ventile findet ein Druckverlust statt, der dazu führt, daß der Brenner soviel Falschluft ansaugt, daß der Wirkungsgrad des Kessels nicht mehr bestimmbar ist. Durch solche Maßnahmen kann zwar erreicht werden, daß der Taupunkt abgasseitig vielleicht nicht unterschritten wird. Im Interesse einer wirtschaftlichen Nutzung eines solchen Kessels wäre allerdings der Einsatz eines eigenen kleinen Brenners im Abgaskamin zum Oberschreiten des Taupunktes sicherlich doch noch wirtschaftlicher. Der Abzug von Rauchgasen einer gewünschten Mischtemperatur innerhalb des wichtigen Temperaturbereiches von ca. 500° C bis ca. 900° C zu einem nachgeschalteten Verbraucher ist bei dieser bekannten Anordnung wirtschaftlich nicht möglich.In another known arrangement (GB-PS 1195 195) are those leaving the combustion chamber Flue gases divided into several partial flows, the partial flows via cooling sections with different strengths guided and by bringing together partial flows emerging from different cooling sections then a gas flow of a certain mixing temperature is generated, the mixing temperature here as well this gas flow is regulated so that the dew point in the exhaust chimney is always exceeded. In the known arrangement two flue gas turning chambers are provided, with between the first and the second turning chamber has a bypass loop with a large cross-section parallel to the one between the two turning chambers arranged flue gas flues is provided, the outlet of which into the second turning chamber is adjustable. If undesirable low temperatures occur on the exhaust side in the partial load range, which are necessary to achieve or falling below the dew point in the exhaust gas outlet chamber, then will first by appropriate control of the opening cross-section of the large bypass line between the first and the second turning chamber, a temperature increase in the latter by introducing hotter flue gases into it causes. Because when the bypass line is opened, the hot flue gases preferentially emerge from the first Reversing chamber via the bypass line into the second reversing chamber, as the flow resistance of this Line is considerably smaller than that of the other flue gas flue with many tubes of smaller cross-section. As a result of the temperature increase in the second turning chamber, the last flue gas pass occurs, which leads to the chimney outlet, flue gases with a higher outlet temperature, so that the into the Flue gases escaping from the chimney are correspondingly warmer and thus the desired temperature increase can be reached. However, even if the said bypass line is fully opened (e.g. at too low load) the temperature in the chimney chamber is not raised sufficiently, then the known arrangement can be taken over a connecting line directly from the first Turning chamber to introduce hot exhaust gases into the chimney outlet and thus ultimately the desired one To ensure temperature increase, however, the control valves are opened in the known arrangement the flue gas flow, then such a strong change in pressure behavior occurs on the primary side, that the design data of the boiler (with regard to the combustion chamber and convection heating surfaces, as well as its boiler technology Resistance) can be changed in such a way that the selected output variable is also changed changed that instability can occur in the operation of the chamber. When one or both valves are opened there is a pressure loss, which leads to the burner sucking in so much false air that the efficiency of the boiler can no longer be determined. Such measures can be achieved that the The dew point on the flue gas side may not be undershot. In the interest of an economic use of a Such a boiler would, however, be the use of its own small burner in the exhaust chimney to exceed it the dew point is certainly more economical. The withdrawal of flue gases of a desired Mixing temperature within the important temperature range of approx. 500 ° C to approx. 900 ° C a downstream consumer is not economically feasible with this known arrangement.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß unter Beibehaltung eines Betriebes des Wärmekesseis als Wärmeerzeuger üblichen Einsatzbereiches gleichzeitig die Möglichkeit einer einfachen Entnahme von Rauchgasen beliebiger Temperatur innerhalb eines Temperaturbereiches von ca. 50C0C bis ca. 900° C für einen nachgeschalteten Rauchgasverbraucher bei stabilen Brennverhältnissen und großer Wirtschaftlichkeit möglich ist.Based on this, the invention has for its object to improve an arrangement of the type mentioned such that, while maintaining an operation of the Wärmekesseis as a heat generator usual field of application at the same time the possibility of easy removal of flue gases at any temperature within a temperature range of about 50C 0 C to approx. 900 ° C is possible for a downstream flue gas consumer with stable combustion conditions and great economic efficiency.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Anordnung zur Rauchgasführung und Rauchgasentnahme der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß alle vom Brennraum ausgehenden Rauchgaszüge über ganz oder teilweise zu- und abschaltbare Austrittsquerschnitte in die Sammelkammer enden, der Rauchgasverbraucher am zusätzlichen Rauchgasauslaß angeschlossen ist und die Steuerung des Rauchgasaustritts durch den zusätzlichen Rauchgasauslaß im wesentlichen unter Konstanthaltung des Rauchgasdruckes in der Sammelkammer erfolgt. Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht es, mit einfachen Mitteln aus den vorhandenen Rauchgasen einen Mischgasstrom innerhalb eines Temperaturbereiches von ca. 5000C bis ca. 900° C bei schneller Einstellbarkeit für die Speisung eines nachgeschalteten Rauchgasverbrauchers bereitzustellen, wobei sichergestellt ist, daß stets der gewünschte, den A'islegungsdaten des Brenners entsprechende Rauchgasdruck aufrechterhalten bleibt, somit die Druckverhältnisse im Rauchgasteil der Anlage den für einen kontinuierlichen Betrieb erforderlichen Pegel einhalten und damit unabhängig vom Bedarf des nachgeschaltetenThis object is achieved according to the invention with an arrangement for flue gas ducting and flue gas extraction of the type mentioned at the outset in that all flue gas flues emanating from the combustion chamber end via outlet cross-sections that can be wholly or partially switched on and off, the flue gas consumer is connected to the additional flue gas outlet and the control of the flue gas outlet takes place through the additional flue gas outlet essentially while keeping the flue gas pressure constant in the collecting chamber. The inventive arrangement makes it possible with simple means from the existing flue gases provide a mixed gas stream within a temperature range of about 500 0 C to about 900 ° C with rapid adjustability for the supply of a downstream flue gas consumer, it being ensured that always the desired, the flue gas pressure corresponding to the design data of the burner is maintained so that the pressure conditions in the flue gas part of the system maintain the level required for continuous operation and thus independent of the needs of the downstream
Verbrauchers stets ein wirtschaftliches, kontinuierliches Arbeiten des Kessels sichergestellt ist. Gleichzeitig wird aber auch dafür Sorge getragen, daß die nicht an den nachgeschalteten Rauchgasverbraucher abgeleiteten Anteile des Mischgasstromes weiter zur Aufheizung des Kesselwassers eingesetzt werden können, wodurch keine unerwünschten Verluste durch Ausleitung zu heißer Rauchgase in den Kamin auftreten. Für die konventionelle Wärmeerzeugung des Kessels steht somit die volle erzeugte Strahlungswärme und die benötigte Konvektionswärme zur Verfugung, wobei gleichzeitig Rauchgase der gewünschten bzw. benötigten Temperatur innerhalb des vorgegebenen Temperaturbereiches laufend für den nachgeschalteten Rauchgasverbraucher abgezogen werden können. Im Vergleich zu herkömmlichen Anlagen, bei denen zur Erzeugung der Rauchgase mit den benötigten Temperaturen zusätzlich für den nachgeschalteten Verbraucher ein eigener Brenner eingesetzt wird, wird bei der erfindungsgemäßen Anordnung durch die Kombination von üblichem Wärmeerzeuger und gleichzeitigem Rauchgas-Lieferanten die Gesamtemission durch Wegfall einer Feuerstelle stark vermindert. Gleichzeitig wird eine besonders hohe Wirtschaftlichkeit gewährleistet, da die von der erzeugten Flamme abgegebene volle Strahlungswärme für die konventionelle Wärmeerzeugung ebenso wie für die benötigte Konvektionswärme ausgenutzt werden kann. Selbst die nicht für den nachgeschalteten Rauchgasverbraucher benötigten Rauchgas-Restanteile werden bis zu ihrer Einleitung in den Rauchgaskamin noch zur Wärmeabgabe für die Wärmeerzeugungsseite des Kessels herangezogen. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß zur Steuerung des Rauchgasaustritts aus der Sammelkammer durch den zusätzlichen Rauchgasauslaß eine in diesem angeordnete Drosselklappe und eine weitere, der Einleitstelle der Rauchgase in den Ablaßkamin vorgeschaltete Drosselklappe vorgesehen sind, wobei beide Drosselklappen sich gegensinnig zueinander verstellend miteinander gekoppelt sind. Hierdurch kann in einfacher und leichter Weise der abgasseitige Gesamtwiderstand, der für einen ordnungsgemäßen Betrieb des gesamten Brenners wichtig ist, im gewünschten Bereich gehalten und dadurch sicher vermieden werden, daß bei Anschluß eines größeren Rauchgasverbrauchers womöglich ein unerwünschter Druckzusammenbruch im Abgasbereich eintrittConsumers always an economical, continuous operation of the boiler is ensured. At the same time will but also made sure that the not diverted to the downstream flue gas consumer Portions of the mixed gas flow can be used further to heat the boiler water, whereby there are no undesirable losses due to the discharge of excessively hot flue gases into the chimney. For the conventional heat generation of the boiler stands thus the full generated radiant heat and the The required convection heat is available, with smoke gases of the desired or required type at the same time Temperature within the specified temperature range can be continuously deducted for the downstream flue gas consumer. In comparison to conventional systems in which the smoke gases are generated at the required temperatures If a separate burner is also used for the downstream consumer, the Arrangement according to the invention through the combination of conventional heat generator and simultaneous Flue gas suppliers have greatly reduced overall emissions by eliminating a fireplace. At the same time will A particularly high level of economic efficiency is guaranteed, since the full flame emitted by the flame generated Radiant heat for conventional heat generation as well as for the required convection heat can be exploited. Even those not required for the downstream flue gas consumer Residual flue gas is still used to give off heat for the flue gas until it is introduced into the flue gas chimney Heat generation side of the boiler used. A particularly advantageous embodiment of the invention Arrangement is that to control the escape of smoke from the collection chamber through the additional flue gas outlet a throttle valve arranged in this and another, the introduction point of the Flue gases are provided in the discharge chimney upstream throttle valve, both throttle valves are coupled to one another so as to adjust in opposite directions to one another. This makes it easier and easier Way the total resistance on the exhaust gas side, which is necessary for the correct operation of the entire burner It is important to keep it in the desired area and to avoid that when connecting a larger flue gas consumer possibly an undesirable pressure collapse in the flue gas area entry
Eine weitere, vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß zum teilweisen oder ganzen Zu- oder Abschalten der vom Brennraum ausgehenden Rauchgaszüge eine in der Rauchgassammeikammer angeordnete Klappe vorgesehen ist, durch welche die Einlaßöffnungen jedes Rauchgaszuges in die Sammelkammer ganz oder teilweise verschließbar sind. Dabei kann diese Klappe so angeordnet werden, daß mit ihr der Austritt von Rauchgasen aus den einzelnen Kühlflächen, je nach Stellung der Klappe, vollständig verschlossen oder kontinuierlich geöffnet wird, wobei durch eine geeignete Anordnung der Klappe mit dem öffnen eines Rauchgaszuges ein gleichzeitiges entsprechendes Schließen des anderen verbunden und dadurch ein kontinuierliches Zusammenmischen bei jedem beliebigen Mischungsverhältnis leicht möglich ist. Vorteilhafterweise erfolgt das Zu- und Abschalten der vom Brennraum ausgehenden Rauchgaszüge in Abhängigkeit von einer voreinstellbaren Ranchgastemperatur in der Sammelkammer automatisch.Another advantageous embodiment of the arrangement according to the invention is that for partial or complete switching on or off of the flue gas passages emanating from the combustion chamber one in the Rauchgassammeikammer arranged flap is provided, through which the inlet openings each Flue gas in the collecting chamber can be fully or partially closed. This flap can be like this be arranged that with it the escape of smoke gases from the individual cooling surfaces, depending on Position of the flap, completely closed or opened continuously, with a suitable Arrangement of the flap with the opening of a flue gas a simultaneous corresponding Closing the other connected and thereby a continuous mixing together at any one Mixing ratio is easily possible. Advantageously, the switching on and off takes place from Combustion chamber outgoing flue gas depending on a presettable ranch gas temperature in the collection chamber automatically.
Von Vorteil ist es weiterhin, wenn bei einer erfindungsgemäßen Anordnung die Rauchgassammelkammer als vom Wärmetransportmedium des Wärmekesseis vollständig umspülte, an einem Ende des Kessels angeordnete Wendekammer für die Rauchgase ausgebildet ist.It is also advantageous if, in an arrangement according to the invention, the smoke gas collecting chamber as completely washed around by the heat transfer medium of the heating boiler, at one end of the boiler arranged reversing chamber is designed for the flue gases.
Eine weiterhin vorzugsweise Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß jederA further preferred embodiment of the arrangement according to the invention is that each
ίο der Rauchgaszüge aus einer Vielzahl nahe beeinanderliegender, parallel zueinander angeordneter Einzelrohre jeweils gleichen Querschnitts besteht, wodurch ein einfacher Aufbau durch den Einsatz preisgünstiger handelsüblicher Rohre ermöglicht ist. Je nach Einsatzzweck kann es sich jedoch auch als vorteilhaft erweisen, anstelle von Rohren Kühlflächen anderer geometrischer Ausgestaltung zu verwenden und anstelle einer Vielzahl einzelner, nebeneinander angeordneter Einzelkühlflächen eine einzige große Kühlfläche einzusetzen.ίο the flue gas passages from a large number of closely spaced, individual tubes arranged parallel to one another each have the same cross-section, whereby a simple construction is made possible by the use of inexpensive commercially available tubes. Depending on the purpose However, it can also prove to be advantageous, instead of tubes, cooling surfaces of other geometrical shapes Design to use and instead of a large number of individual, side by side individual cooling surfaces to use a single large cooling surface.
Bei der Erfindung wird die Rauchgastemperatur und der Rauchgasdruck dort, wo die Zusammenmischung der Gase erfolgt, so geregelt, daß die Temperatur nach den Bedürfnissen des nachgeschalteten Rauchgasverbrauchers und der Rauchgasdruck nach den erforderlichen Mengen dieses Verbrauchers eingestellt werden. Dabei empfiehlt es sich, die Regelung der Temperatur der Druckregelung vorzuschalten bzw. überzuordnen. Die vom nachgeschalteten Rauchgasverbraucher benötigten Rauchgasmengen werden nach der Zusammen-In the invention, the flue gas temperature and the flue gas pressure are where the mixing the gases are regulated so that the temperature according to the needs of the downstream flue gas consumer and the flue gas pressure can be set according to the required quantities of this consumer. It is advisable to switch the temperature control upstream or overrule the pressure control. The flue gas quantities required by the downstream flue gas consumer are
jo führung der aus den verschiedenen Kühlstrecken ankommenden, abgekühlten Rauchgase abgezogen; sie treten somit nicht mehr in die letzte Kühlstrecke (zum Abgaskamin) ein und können dort keine Wärme mehr abgeben. Beim Abschalten dieses Verbrauchers erfolgt dann allerdings die volle Rauchgasführung wie im Falle eines herkömmlichen Mehrzug-Wärmeerzeugers, so daß dann die ganze verfügbare Energie für die Wärmeerzeugung (Dampferzeugung, Heißwassererzeugung o. ä.) zur Verfügung steht.jo guiding the from the various cooling lines incoming, cooled flue gases extracted; they no longer enter the last cooling section (to Exhaust gas chimney) and can no longer give off any heat there. When this consumer is switched off then, however, the full flue gas flow as in the case of a conventional multi-pass heat generator, see above that then all the available energy for heat generation (steam generation, hot water generation or similar) is available.
Bei einer weiteren Anordnung zur Rauchgasführung und Rauchgasentnahme bei einem Wärmekessel mit einem vom Wärmetransportmedium umspülten Brennraum und mehreren, ebenfalls vom Wärmetransportmedium umspülten Rauchgaszügen zur Lösung derselben Aufgabe sind die Rauchgase vom Brennraum aus sowohl einer Rauchgassammeikammer zuleitbar, als auch durch als Kühlflächen ausgebildete Rauchgaszüge einem Abgaskamin zuführbar, wobei weiterhin ein zusätzlicher Rauchgasauslaß an der Sammelkammer vorgesehen ist, bei dem der Rauchgasaustritt steuerbar ist. Bei Ausbildung des Wärmekessels als Zwangsdurchlaufkessel wird erfindungsgemäß die Rauchgassammelkammer am Ende des Brennraumes derart angeordnet, daß ein Teil der erzeugten Rauchgase direkt in sie nach Verlassen des Flammbereiches ungekühlt und ohne Umströmen von Heizflächen einleitbar ist, und es ist weiterhin eine Einrichtung vorgesehen, über die Abgase aus dem Kamin in die Sammelkammer einleitbar sind, wobei für beide Gasströme in die Sammelkammer jeweils eine Steuerung vorgesehen und an die Sammelkammer der Rauchgasverbraucher angeschlossen istWith a further arrangement for flue gas routing and flue gas extraction with a heating boiler one combustion chamber surrounded by the heat transport medium and several, also with the heat transport medium Flue gas flues surrounded by flushing to solve the same task are the flue gases from the combustion chamber can be fed to a flue gas collection chamber as well as through flue gas flues designed as cooling surfaces can be fed to an exhaust chimney, with an additional smoke gas outlet on the collecting chamber is provided in which the flue gas outlet is controllable. When the heating boiler is designed as a once-through boiler according to the invention, the flue gas collecting chamber is arranged at the end of the combustion chamber in such a way that that part of the smoke gases generated enter them directly after leaving the flame area without cooling and without Can be introduced around heating surfaces, and there is also a device provided over the exhaust gases can be introduced from the chimney into the collecting chamber, with gas flows in the collecting chamber for both a control is provided and connected to the collecting chamber of the flue gas consumer is
Bei dieser erfindungsgemäßen Anordnung wird bereits hinter dem Rammbereich ein Teil der dort vorhandenen Rauchgase ohne weiteres Kühlung (oder nur wenig durch die Umgebung gekühlt) sogleich in die Sammelkammer geleitet und dort unter Beimischung viel kühlerer Abgase aus dem Abgaskamin auf dieIn this arrangement according to the invention, a part of the there is already behind the ramming area Existing flue gases without further cooling (or only slightly cooled by the environment) immediately into the Passed collecting chamber and there with the admixture of much cooler exhaust gases from the exhaust chimney to the
gewünschte Mischtemperatur gebracht; alsdann wird das Misch-Rauchgas vollständig zum nachgeschalteten Verbraucher abgeleitet. Die restlichen Rauchgase werden im Gegenstrom an den Kühlschlangen (mit Wärmetransportmedium) vorbeigeführt und nach Abkühlung in den Abgaskamin eingeleitet.desired mixing temperature brought; then the mixed flue gas is completely connected to the downstream Consumer derived. The remaining flue gases are countercurrent to the cooling coils (with Heat transport medium) and, after cooling, introduced into the exhaust gas chimney.
Die erfindungsgemäßen Anordnungen ermöglichen in überraschend einfacher Weise bei hoher Wirtschaftlichkeit den Einsatz von Wärmekesseln gleichzeitig zur konventionellen Wärmeerzeugung wie zur Bereitste!- in lung von Abgasen jeder gewünschten Temperatur innerhalb eines Temperaturbereiches von ca. 5000C bis ca. 900° C, wobei problemlos und schnell sowohl nachgeschaltete Rauchgasverbraucher zu- und abgeschaltet werden können, als auch eine gewünschte Änderung der Rauchgastemperatur für diese Verbraucher rasch, ohne große Umstellung und funktionssicher erfolgen kann.The inventive arrangements allow in a surprisingly simple manner at high efficiency using heat boilers simultaneously to conventional heat generation as to Bereitste - in development of exhaust gases at any desired temperature within a temperature range of about 500 0 C to about 900 ° C, easily and Both downstream flue gas consumers can be switched on and off quickly, and a desired change in the flue gas temperature for these consumers can take place quickly, without major changes, and in a functionally reliable manner.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielshalber im Prinzip noch näher erläutert. Es zeigtIn the following, the invention is explained in more detail by way of example with reference to the drawing. It shows
F i g. 1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung;F i g. 1 shows a schematic diagram of an inventive Arrangement;
Fi g. 2 einen Querschnitt durch die (Prinzip-)Darstellung eines Wärmekessels aus einer erfindungsgemäßen 2r. Anordnung;Fi g. 2 shows a cross section through the (principle) representation of a heating boiler from a 2 r according to the invention. Arrangement;
F i g. 3 eine weitere Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung bei Ausbildung als Zwangdurchlaufkessel. F i g. 3 shows a further basic illustration of an arrangement according to the invention when configured as a once-through boiler.
In F i g. 1 ist in prinzipieller Darstellung ein Wärmekessel 1 gezeigt, der mit einem Wärmetransportmedium 2 (Wasser, Dampf oder ein geeignetes anderes Medium) gefüllt ist. Innerhalb des Kessels 1 ist ein Brennraum 3 angeordnet, an dessen (in F i g. 1: rechter) einer Seite ein Brenner 4 schematisch dargestellt ist, der » über ein Gebläse 5 die zur Verbrennung erforderliche Luft und über eine Leitung 6 den erforderlichen Brennstoff zugeführt erhält. Die innerhalb des Brennraumes 3 erzeugten heißen Rauchgase strömen längs des Brennraumes, werden an dessen anderem Ende (vgl. w Pfeildarstellung) umgeleitet und treten im Gegenstrom in zwei Rauchgaszüge 7 und 8 ein, die in F i g. 1 nur prinzipiell gezeigt sind und wobei die Darstellung nichts über eine geeignete Ausgestaltung dieser Rauchgaszüge besagen soll. Die Rauchgaszüge selbst sind durch eine Vielzahl parallel zueinander verlaufender, kleinerer oder größerer Rohre dargestellt (vgl. F i g. 2) und sollen dabei so ausgebildet sein, daß die jeweils vorhandene Gesamtkühlfläche eines Rauchgaszuges von der jedes anderen Rauchgaszuges, der vom Brennraum 3 ausgeht, unterschiedlich ist. Dies führt dazu, daß der Anteil von Rauchgasen, der etwa in die Kühlstrecke bzw. den Rauchgaszug 7 eintritt, in anderem Maße abgekühlt wird als der Anteil der Rauchgase, der in einen anderen Rauchgaszug (etwa Rauchgaszug 8) eintritt Die Rauchgaszüge sind dabei, wie aus Fig. 1 entnehmbar, ihrerseits über ihre volle Länge vom Wärmetransportmedium 2 vollständig umspült Am Ende jedes Rauchgaszuges treten die abgekühlten Rauchgase dann in eine Rauchgassammeikammer 9 ein, die auch (in so Fig. 1 nicht dargestellt) ihrerseits als eine voD vom Wärmetransportmedium 2 umströmte Wendekammer für die Rauchgase ausgebildet sein kann. Ober eine in der Rauchgassammeikammer 9 angeordnete Drosselklappe 12 lassen sich die einzelnen Volumenströme der aus den verschiedenen Rauchgaszügen austretenden abgekühlten Rauchgase so steuern, daß innerhalb der Rauchgassammeikammer 9 die gewünschte Mischtemperatur eingestellt werden kann. Aus der Rauchgassammelkammer 9 tritt ein Teil der zusammengeführten Rauchgase mit der neuen Mischtemperatur über einen zusätzlichen Rauchgasausgang 15, der über eine Drosselklappe 13 verschlossen bzw. geöffnet werden kann, zu einem Verbraucher 16 aus, während der Restanteil der Rauchgase aus der Rauchgassammelkammer 9 in einen letzten Rauchgaszug 10 (letzte Kühlstrecke) eintritt und von diesem über eine Drosselklappe 14 in einen Abgaskamin 11 eingeleitet wird. Dabei sind die Drosselklappen 13 und 14 so miteinander gekoppelt, daß in der Rauchgassammelkammer 9 stets ein gewünschter Rauchgasdruck aufrechterhalten bleibt, damit die Druckverhältnisse im Rauchgasteil der Anlage den für einen kontinuierlichen Betrieb erforderlichen Pegel einhalten.In Fig. 1 shows a basic representation of a heating boiler 1 which is filled with a heat transport medium 2 (water, steam or another suitable medium). A combustion chamber 3 is arranged inside the boiler 1, on one side of which (in FIG. 1: right) a burner 4 is shown schematically, which supplies the air required for combustion via a fan 5 and the required fuel via a line 6 receives fed. The hot flue gases generated within the combustion chamber 3 flow along the combustion chamber, are diverted to the other end thereof (see FIG. W arrow view) and occur in counter-current in two flue gas drafts 7 and 8 which g in F i. 1 are only shown in principle and the representation is not intended to say anything about a suitable design of these flue gas ducts. The flue gas flues themselves are represented by a large number of smaller or larger pipes running parallel to one another (see Fig. 2) and should be designed in such a way that the total cooling surface of a flue gas flue is different from that of every other flue gas flue emanating from combustion chamber 3 , is different. This leads to the fact that the proportion of flue gases that enters the cooling section or the flue gas 7 is cooled to a different extent than the proportion of the flue gases that enters another flue gas (such as flue 8) from Fig. 1, in turn completely surrounded over their full length by the heat transport medium 2 At the end of each flue gas pass, the cooled flue gases then enter a flue gas collecting chamber 9, which in turn (not shown in FIG Reversing chamber can be designed for the flue gases. Via a throttle valve 12 arranged in the flue gas collection chamber 9, the individual volume flows of the cooled flue gases emerging from the various flue gas flues can be controlled so that the desired mixed temperature can be set within the flue gas collection chamber 9. From the flue gas collection chamber 9, part of the combined flue gases with the new mixed temperature exits via an additional flue gas outlet 15, which can be closed or opened via a throttle valve 13, to a consumer 16, while the remainder of the flue gases from the flue gas collection chamber 9 into a last Flue gas flue 10 (last cooling section) enters and is introduced from this via a throttle valve 14 into an exhaust gas chimney 11. The throttle valves 13 and 14 are coupled to one another in such a way that a desired flue gas pressure is always maintained in the flue gas collecting chamber 9 so that the pressure conditions in the flue gas part of the system maintain the level required for continuous operation.
Aus dem Wärmekessel 1 wird (in Fig. 1: oben dargestellt) das erhitzte Wärmetransportmedium 2 über eine Transportleitung 23 einem Verbraucher 24 zugeführt, und von diesem über eine Transportleitung 25 wieder in den Wärmekesse! 1 zurückgeleitet. In der Rauchgassammeikammer 9 ist weiterhin eine Einrichtung 18 angebracht, über die in den Mischbereich der Sammelkammer ggf. weiteres, zusätzliches Kühlgas eingebracht werden kann, das — bei dem in F i g. 1 gezeigten Beispiel — direkt dem Abgaskamin 11 über eine Leitung 17 entnommen wird.From the boiler 1 (in Fig. 1: above shown) the heated heat transport medium 2 via a transport line 23 to a consumer 24 supplied, and from this via a transport line 25 back into the heating boiler! 1 returned. In the Flue gas collection chamber 9 is also a device 18 attached via which in the mixing area of the Collection chamber, if necessary, further, additional cooling gas can be introduced, which - in the case of the one shown in FIG. 1 Example shown - directly to the exhaust chimney 11 over a line 17 is removed.
Zur Steuerung der Drosselklappen 13 und 14 und damit zur Regelung des abgasseitigen Druckniveaus ist weiterhin eine Druckregeleinrichtung 19 vorgesehen, die bei Regelabweichungen sogleich eine entsprechende Verstellung der Drosselklappen 13 und 14 bewirkt.To control the throttle valves 13 and 14 and thus to regulate the pressure level on the exhaust gas side a pressure control device 19 is also provided, which immediately generates a corresponding pressure control device in the event of control deviations Adjustment of the throttle valves 13 and 14 causes.
Die aus der Rauchgassammeikammer 9 über den zusätzlichen Rauchgasausgang 15 zu dem Rauchgas-Verbraucher 16 geleiteten Rauchgase werden nach ihrer Ausnutzung dann ebenfalls dem Abgaskamin 11 zugeführt.From the flue gas collection chamber 9 via the additional flue gas outlet 15 to the flue gas consumer 16 are conducted flue gases are then also the exhaust chimney 11 after they have been used fed.
In F i g. 2 ist eine prinzipielle Schnittdarstellung eines Wärmekessels der Art nach F i g. 1 gezeigt, aus der die Lage und Anordnung der einzelnen Rauchgaszüge gut ersichtlich ist:In Fig. 2 is a principle sectional view of a Heating boiler of the type according to FIG. 1 shows from which the position and arrangement of the individual flue gas ducts is good can be seen:
Innerhalb des Wärmekessels 1 ist der Brennraum 3 von einem Flammrohr 26 umschlossen. Unterhalb dieses Flammrohres ist ein erster Rauchgaszug 7 erkennbar, der aus einer Vielzahl einzelnen nahe beieinander angeordneter Rohre 20 gieichen, relativ kleinen Querschnittes besteht Unterhalb des Rauchgaszuges 7 ist dann der zweite Rauchgaszug 8 erkennbar, der seinerseits aus einer Vielzahl einzelner Rohre 21 besteht, die nahe beieinander angeordnet sind, jedoch einen merklich größeren Durchmesser als die Rohre 20 des Rauchgaszuges 7 aufweisen. Der Rauchgaszug 10, der von der Sammelkammer 9 (Fig. 1) zum Abgaskamin 11 (Fig. 1) führt besteht bei der Darstellung nach Fi g. 2 aus einer Vielzahl von Rohren 22 relativ kleinen Durchmessers, die wiederum eng beieinander angeordnet sind. Anstelle der gezeigten Rauchgaszüge könnten jedoch auch noch mehr Rauchgaszüge innerhalb des gegebenen Platzes vorgesehen sein, etwa zwischen den Rauchgaszügen 7 und 8 mit Rohrdurchmessern, die zwischen denen der Rohre 20 und 21 liegen. Auch kann die Lage der Rohre anders ausgeführt sein, etwa derart daß das Flammrohr 26 nicht oben, sondern seitlich im Wärmekessel 1 angeordnet und die verschiedenen Rauchgaszüge ebenfalls seitlich daneben vorgesehen sind.Within the heating boiler 1, the combustion chamber 3 is enclosed by a flame tube 26. Below this Flame tube a first flue gas 7 can be seen, which consists of a large number of individual ones close to one another arranged pipes 20 are the same, there is a relatively small cross section below the flue gas flue 7 the second flue gas duct 8 can then be seen, which in turn consists of a large number of individual tubes 21 which are arranged close to one another, but a considerably larger diameter than the tubes 20 of the flue gas 7 have. The flue gas 10 leading from the collecting chamber 9 (Fig. 1) to the exhaust chimney 11 (Fig. 1) leads consists in the representation according to Fi g. 2 from a plurality of tubes 22 relatively small Diameter, which in turn are arranged close together. Instead of the flue gas ducts shown, could However, even more flue gas ducts can be provided within the given space, for example between the Flue gas flues 7 and 8 with pipe diameters which are between those of the pipes 20 and 21. Also can the position of the tubes may be designed differently, for example in such a way that the flame tube 26 is not above, but laterally in the Arranged heating boiler 1 and the various flue gas passages also provided laterally next to it are.
Da die Figuren nur prinzipielle Darstellungen vermitteln sollen, wurde davon abgesehen, allgemein üblicheSince the figures are only intended to convey basic representations, it was decided not to use the common ones
und jedem Fachmann bekannte Einrichtungen, wie etwa Steuer- und Regeleinrichtungen für die Brennstoffzuleitung 6 o. ä., eigens darzustellen; es versteht sich von selbst, daß solche Einrichtungen zum ordnungsgemäßen Funktionieren der Anlage stets vorzusehen sind und in jeder herkömmlichen Form eingesetzt werden können.and devices known to those skilled in the art, such as control and regulating devices for the fuel supply line 6 or similar, to be shown separately; it goes without saying that such facilities are used for proper Functioning of the system must always be provided and can be used in any conventional form.
Die Darstellung nach Fig.3 zeigt eine weitere Ausführungsform für eine Anordnung, die hier als Zwangsdurchlaufkessel ausgebildet ist. Bei dieser Anordnung sind um den Bereich der Flamme herum, vorzugsweise schraubenförmig, mit im wesentlichen gleichem Abstand zur Flamme Reihen von Rohrführungen T und — mit noch größerem Abstand zur Flamme — Rohrführungen 8' angeordnet, durch die^ laufend Wärmetransportmedium zwangsweise durchgepumpt wird. Die freigesetzte Strahlungsenergie wie auch die Konvektionsenergie werden hier auf das in den Rohrführungen 7' und 8' strömende Wärmetransportmedium übertragen. Dabei werden die Rauchgase, wie durch Pfeillinien dargestellt, nach Durchlaufen der Brennstrecke zunächst axial umgelenkt, dann entlang der Rohrführungen T geleitet und sodann nach erneuter axialer Umlenkung, also wieder im Gegenstrom, längs der Rohrführungen 8' geführt, um schließlich in einen Abgaskamin 11' einzutreten.The illustration according to FIG. 3 shows a further embodiment for an arrangement which is designed here as a once-through boiler. In this arrangement, rows of pipe guides T and - with an even greater distance from the flame - pipe guides 8 'are arranged around the area of the flame, preferably helically, at essentially the same distance from the flame, through which the heat transport medium is continuously pumped. The released radiation energy as well as the convection energy are here transferred to the heat transport medium flowing in the pipe guides 7 'and 8'. As shown by arrow lines, the flue gases are initially deflected axially after passing through the combustion path, then guided along the pipe guides T and then, after a renewed axial deflection, i.e. again in countercurrent, guided along the pipe guides 8 'to finally enter an exhaust gas chimney 11' to enter.
Ein Teil der erzeugten Rauchgase wird jedoch nicht über die Rohrführungen 7' und 8' geleitet, wo eine stetige Abkühlung der Rauchgase bis zu deren Eintritt in den Kamin 1Γ erfolgt, sondern vielmehr direkt am Ende des Brennraums über einen Kanal 31 in eine Rauchgassammeikammer 9' eingeführt. Eine Verbindungsleitung 30 vom Abgaskamin 11' zu der Rauchgassammelkammer 9' läßt es zu, daß die erheblich abgekühlten Abgase den heißeren Rauchgasen in der Rauchgassammeikammer so zugemischt werden können, daß zur Ableitung an einen nachgeschalteten Rauchgasverbraucher Rauchgase einer gewünschten Temperatur in einem Bereich von ca. 5000C bis ca. 9000C zur Verfügung stehen. Dabei ist (was in den Figuren nicht gezeigt ist) sowohl der Rauchgasstrom durch den Kanal 31, wie auch der Volumenstrom der aus dem Abgaskamin U' über die Leitung 30 der Rauchgassammeikammer 9' zuführbaren Abgase jeweils steuerbar, um die für den nachgeschalteten Rauchgasverbraucher erwünschte Temperatur der abzuziehenden Rauchgase leicht einstellen zu können. Einfache Ausgestaltungen für den Mischmechanismus innerhalb der Rauchgassammeikammer 9' können analog den in F i g. 1 dargestellten Einrichtungen eingesetzt werden.However, some of the flue gases generated are not passed through the pipe guides 7 'and 8', where the flue gases are continuously cooled until they enter the chimney 1Γ, but rather directly at the end of the combustion chamber via a channel 31 into a flue gas collection chamber 9 ' introduced. A connecting line 30 from the flue gas chimney 11 'to the flue gas collecting chamber 9' allows the considerably cooled flue gases to be mixed with the hotter flue gases in the flue gas collecting chamber in such a way that flue gases of a desired temperature in a range of approx. 500 for discharge to a downstream flue gas consumer 0 C to approx. 900 0 C are available. In this case (which is not shown in the figures) both the flue gas flow through the channel 31 and the volume flow of the flue gases which can be fed from the flue gas chimney U 'via the line 30 to the flue gas collecting chamber 9' can each be controlled to the temperature desired for the downstream flue gas consumer to be able to adjust the fumes to be withdrawn easily. Simple configurations for the mixing mechanism within the flue gas collection chamber 9 'can be analogous to those shown in FIG. 1 are used.
Claims (7)
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