DE3218002A1 - Verfahren zum herstellen einer aus innen- und aussenschale bestehenden schwitzwasserfreien kesselheizflaeche und nach dem verfahren hergestellte heizflaeche - Google Patents

Description

8632/me/br

Patent- und Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

August Brötje GmbH & Go., Aügust-Erötje-Str. 17 ; 2902 Rastede 1

Verfahren zum Herstellen einer aus Innen- und Außenschale be- : stehenden schwitzwasserfreien Kesselheizfläche und nach dem Verfahren hergestellte Heizfläche

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer schwitzwasserfreien Kesselheizfläche, aus zueinander in einem vorbestimmten Abstand angeordneter Innen- und üUiienschale, sowie eine nach dem Verfahren hergestellte Kesselheizfläche.

Insbesondere beim Anfahren von Heizungskesseln liegen die Oberflächentemperaturen auf der Heizgasseite der Heizfläche unterhalb der Taupunkttemperatur der Verbrennungsprodukte, so daß sich Schwitzwasser bilden kann. Dieses wirkt auf die Kesselbaustoffe korrodierend. Schwitzwasserfrei arbeitende Heizflächen von Kesseln zur Erwärmung von Heizungswasser bieten deshalb korrosionstechnische und wirtschaftliche Vorteile.

Bei niedrigen Temperaturen des für Heizungszwecke aufzuwärmenden Wassers, die insbesondere beim Anfahren eines Heizungskessels vorhanden sind, kann die Heizflächenwärmebelastung durch konstruktive Maßnahmen extrem erhöht werden,

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um die Schwitzwasserbildung zu vermeiden bzw. zu reduzieren. Es ist jedoch auch möglich, die 7Järmeleitung der Heizfläche selbst so zu verschlechtern, daß sich auf der Heizgasseite eine Oberflächentemperatur einstellt, die über der Taupunkttemperatur der verfeuerten Verbrennungsprodukte liegt.

Extrem hohe Heizflächenbelastungen lassen sich jedoch nicht gleichmäßig überall im Heizkessel erreiche, wenn die den Kesselwirkungsgrad verschlechternden Abgas-Verluste gering gehalten werden sollen.

Andererseits sind Heizflächen mit geringer Wärmeleitung kostenintensiv in der Herstellung, oo sind z.B. bereits Heizkessel vorgeschlagen worden, deren Heizfläche aus zwei Schalen besteht, nämlich einer wasserseitigen Schale aus Stahlblech und einer heizgasseitigen Schale aus Gußeisen, wobei beide Schalen innig aneinanderliegen. Der Nachteil der vorgeschlagenen Konstruktion liegt neben dem großen fertigungstechnischen Aufwand darin, daß eine große Masse zu erwärmen ist, so daß letztlich doch eine Schwitzwasserbildung auftreten kann.

Durch das deutsche Patent 22 21 801 ist ein Heizungskessel bekannt, dessen Heizfläche aus zwei zueinander in einem Abstand angeordneten Schalen besteht, wobei die wasserbeaufschlagte Schale aus Stahl und die mit Abstand davor

2> angebrachte .heizgasbeaufschlagte Schale aus einem Metall hergestellt ist, welches einen gegenüber Stahl wesentlich

größeren Ausdehnungskoeffizienten hat. Die heizgasbeaufschlagte Innenschale erwärmt sich insbesondere beim Anfahren des bekannten Heizungskessels verhältnismäßig rasch, so daß auch schnell die unerwünschte Taupunkttemperatur überschritten wird. Bei weiterer Erwärmung der Innenschale nähert sie sich durch ihre größere Wärmedehnung der Außenschale. Zwischen der mit Abstand angeordneten wasserseitigen Schale und' der heizgasseitigen Schale der Heizfläche findet demzufolge beim Anfahren der Kesselfeuerung zunächst eine stärkere Wärmebeaufschlagung der Innenschale statt, so daß nur ein Wärmeaustausch im wesentlichen durch Strahlung zwischen den beiden Schalen stattfindet, mit geringer werdendem abstand zwischen der sich stärker ausdehnenden innenschale una der wasserseitigen Außenschale vergrößert sich der Wärmeaustausch durch Strahlung, so daß die heizgasbeaufschlagte Innenschale stärker gekünlt wird und' schließlich in einem bestimmten Abstand vor der wasserseitigen Schale verbleibt, bei dem sich Wärmezufuhr und -abfuhr im Gleichgewicht befinden. Im Grenzfäll kann sich die Innenschale auch an die Außenschale anlegen, so daß dann innerhalb' der Heizfläche die ",Värme ausschließlich durch Wärmeleitung an das zu erwärmende Heizungswasser übertragen' wird.

Bei geometrisch komplizierten Heizflächenformeii treten fertigungstechnische Schwierigkeiten auf, den vorbestimmten Abstand zwischen der wasserseitigen Schale und der heizgas-

seitigen Schale der Heizfläche überall so gleichmäßig einzuhalten, daß eine örtliche Berührung nicht auch schon bei kaltem, noch nicht angefahrenem Kessel stattfindet. Außerdem sinü konstruktive Lösungen für bei der Verarbeitung der unterschiedlichen Werkstoffe auftretenden Schwierigkeiten zu schaffen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu finden, mit dem sich zweischalige Heizflächen von Heizungskesseln mit optimaler Präzision hinsichtlich des Ab-Standes zwischen den beiden Schalen herstellen lassen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst worden, daß die Innenschale nach dem Zusammenbau mit der Außenschale durch statische Druckkraft bis über die Streckgrenze ihres Materials hinaus ausgebaucht und an die Außenschale angelegt wird.

Durch die erfindungsgemäßen LJaBnahm en lassen sich die hohen Anforderungen, welche an die Maßgenauigkeit der zu einer Kesselheizfläche zusammengesetzten Bauteile gestellt werden, wesentlich reduzieren. Bei einer geeigneten Geometrie der Schalen kann die Innenschale nach ihrem Zusammenbau mit der Außenschale druckdicht verschlossen werden und anschließend unter einen derart hohen Druck gesetzt werden, daß sich die Innenschale unter Überschreitung der Streckgrenze ihres Werkstoffes an die Außenschale 'anlegt, i^ach der Druckentlastung bildet sich dann durch die elastische Hückfederung ein kleiner und gleichmäßiger Abstand zwischen

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den beiden Schalen aus. Der Abstand zwischen den schalen ist dabei in vorteilhafter ,Veise so gering, daß sich die Schalen spätestens beim Erreichen der Zunaertemperatur der Innenschale berühren. Hierdurch wird erreicht, daß anfangs nur die geringe wasse der Innenschale relativ scrmell aufgeheizt wird und später die Wärmeleitung durch Berührung der beiden Schalen wesentlich verbessert ist. Das aufheizen der geringen Masse der Innenschale erfolgt verhältnismäßig rasen, so daß auch die für eine Schwitzwasserbildung verantwortliche Oberflächentemperatur der Innenschale die Taupunktgrenze,z.ü. beim Anfahren des Kessels, schnell überschreitet.

Each einer Weiterbildung wird mit Vorteil für Innen- und Außenschale ein gleicher Werkstoff verwendet. Diese Maßnahme bietet fertigungstechnische Vorteile, weil besondere Konstruktionsmaßnahmen für eine Zusammenfüguny von unterschiedlichen Werkstoffen in einem Bauteil der Heizfläche vernachlässigt werden können.

Um die beiden Schalen gegeneinander in einem vorbestimmten Abstand zu fixieren, ist nach.einer anderen Vv'eiterbildung vorgesehen, daß Innen- und Außenschale an wenigstens einer Stelle miteinander unlösbar verbunden werden.

Zum Zusammenbau von Innen- und Außenschale kann z.B. als unlösbare Verbindung an einer geeigneten Stelle eine

2> Schweißnaht angebracht werden. Vorzugsweise verbindet eine Schweißnaht eine der ilant;en, z.B. an der Stirnseite der

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beiden Schalen, so daß sich die bei Anfahren des Kessels stärker erwärmende Innschale in ihrer Ebene noch völlig frei ausdehnen kann. Weisen die Schalen eine gewölbte z.B. zylinderische Form auf, ändert sich bei Erwärmung der Innenschale lediglich deren ',Volbungsdurchmesser, so daß sie sich bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur, je nach gewähltem Abstand zwischen den beiden Schalen, letztlich an die Außenscha]e anlegen kann.

Mit besonderem Vorteil ist es jedoch auch möglich, zwei einander gegenüberliegende Stirnseiten der Schalen jeweils durch Schweißnähte miteinander zu verbinden, '/,■eisen die Schalen Zylinderi'orm auf, wird sich die Innenschale bereits bei wesentlich niedrigeren Temperaturen durch die bei vVärinedehnung entstehenden Spannungen ausbeulen und sich bereits bei geringer Erwärmung an die Außenschale anlegen.

Eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Kesselheizfläche ist dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Innenschale und Außenschale kleiner ist als die bei Zundertemperatur sich einstellende wärmedehnung der Innenschale.

Beide Schalen bestehen aus Stahl, so daß auf einfachste ','.'eise die beiden Schalen zylinderisch ausgebildet werden können und beide Zylinder zur Herstellung der Xessel-

21/ heizfläche ineinandersetzbar sind. An den Stirnseiten werden die beiden Zylinder miteinander verschweißt.In der Kähe dei· geschweißten Verbindungsstellen ist dann noch der

ursprüngliche kleine Abstand zwischen Außen- und Innenschale vorhanden. Bei Erwärmung der Innenschale, z.B. wenn der Heizkessel anläuft, formt sich die Innenschale schwach tonnenförmig aus, wobei die tonnenförmige. Ausbeulung letztlich zum Anlegen an der Außenschale führt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus dem sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, ist in der Zeichnung dargestellt.

In der Zeichnung ist schematisch ein Heizkessel im Schnitt dargestellt. Im Plörper 1 des Heizkessels befindet sich, das zu erwärmende Kesselwasser 2. Durch den Eaum 4-strömen bei der Verbrennung der Brennstoffe entstehende Heizgase. Der ".Raum 4- wird durch die zylinderische Innen-, schale -j> begrenzt. In einem geringen Abstand umgibt eine Außenschale 3 die Innenschale. Zur Herstellung der Kesselheizfläche werden zylinderiscfce gewölbte Schalen j> und $ ineinander gesetzt, ^ur Anpassung der geometrischen Formen von ÄUÜen- und Innenschale unter Nahrung eines kleinen Abstandes 6 zwischen den beiden Schalen, wird die Innenschale durch Platten 7 stirnseitig verschlossen und unter hohen Druck gesetzt, in dem z.B. Wasser über die Zuführungsleitung δ eingedrückt wird. Ist der Druck hoch genug, legt sich die Innenschale an die Außenschale an, wobei eine plastische und teilweise elastische Verformung auftritt, die bei Druckentlastung dazu fuhrt, daß sich zwischen der

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Innenschale und der Außenschale der Abstand 6 mit gewünschter Größenordnung einstellt. Bei Anordnung von nur einer Verbindungsstelle 10 zwischen Innen- und Außenschale kann sich die Innenschale in Längsrichtung frei ausdehnen, so daß lediglich die bei Wärmedehnung entstehende Durchmesseränderung genutzt wird, um Innenschale und Außenschale einander zu nähern. Wird eine zweite Verbindungsstelle 9 vorgesehen, so wölbt sich die Innenschale bei Wärmebeaufschlagung schwach tonnenförmig aus, wozu bereits eine ge-

1U ringere Erwärmung der Innenschale ausreicht.

Claims (2)

1. Ansprüche;

   jJVerfahren zum Herstellen einer schwitzwasserfreien Kesselheizfläche aus zueinander in einem vorbestimmten Abstand angeordneter Innen- und Außenschale, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenschale (5) nach deia Zusammenbau mit der Außenschale (3) durch statische Druckkraft über die Streckgrenze ihres Materials hinaus ausgebaucht und an die Außenschale angelegt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für Innen- und Außenschale (3,5) gleicher Werkstoff verwendet wird.

   3^ Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Innen- und Außenschale (3,5) an wenigstens einer Stelle (9 und/oder 10) miteinander unlösbar verbunden werden.

   4/Each dem Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 3 hergestellte Heizfläche aus zueinander in einem Abstand angeordneter Innen- und Außenschale, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (6) zwischen Innen- und Außenschale (3»5) kleiner ist als die bei Zundertemperatur sich einstellende Wärmedehnung der Innenschale (5).

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   <j_ Heizfläche nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Innen- und Außenschale (3,5) aus gleichem Werkstoff, vorzugsweise Stahl, bestehen.

   §jl Heizfläche nach einem der Ansprüche 4 und 5». dadurch gekennzeichnet, daß Innen- und Außenschale (i>>5) zylinderische Form aufweisen.