DE3612910A1 - Heizkessel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Heizkessel für flüssige oder gasförmige Brennstoffe gemäß Oberbegriff des Haupt­ anspruches.

Derartige Heizkessel sind nach der DE-PS 29 06 362 be­ kannt, bei welchem vorbekannten Kessel die Umkehrbrenn­ kammer durch einen einfach in dem Freiraum zwischen den Rippenenden einschiebbaren, topfartigen Einsatz gebildet ist, was bedeutet, daß diese topfartige Brennkammer nur im unteren Bereich zu wenigen Rippen in Wärmeleitkontakt steht, was auch beabsichtigt war, um eine möglichst heiße Brennkammerwand während des Kesselbetriebes zu erzielen und damit die Brennstoffe möglichst optimal auszunutzen. Dabei wurde noch keine Rücksicht auf die damit verbunde­ ne sogenannte NOX-Bildung genommen, die bekanntlich mit höheren Temperaturen im Kessel zunimmt, die aber in Rück­ sicht auf die heutigen Umweltbelastungsprobleme nicht mehr ohne weiteres vertretbar erscheint.

Es besteht zwar die Möglichkeit, derartige Kessel nicht mehr so hoch, wie bisher üblich, zu belasten und damit die Temperatur der topfartigen Brennkammer und damit auch die NOX-Bildung zu reduzieren, was aber dazu führt, daß derartige Kessel in bezug auf die reduzierte Leistung an sich zu teuer sind oder aber, man müßte den Kessel insgesamt vergrößern, um eine entsprechend vergrößerte Brennkammer unterbringen zu können, die dann nicht mehr so heiß würde, wie bei der bisher üblichen Betriebsweise.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen Heizkessel der eingangs genannten Art dahingehend umzu­ bilden und im Hinblick auf eine anzustrebende NOX-Redu­ zierung zu verbessern, daß sich auch bei normaler Belas­ tung der Brennkammer diese nicht mehr so stark aufheizt und damit die Brennkammer während des Betriebes als "war­ me" Brennkammer am Wärmeübertragungsvorgang beteiligt ist.

Diese Aufgabe ist mit einem Heizungskessel der eingangs genannten Art nach der Erfindung durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angeführten Merkmale gelöst. Vorteil­ hafte Weiterbildungen ergeben sich nach den Unteransprü­ chen.

Bei dieser erfindungsgemäßen Lösung fällt also die bisher üblicherweise eingesetzte topfartige Brennkammer weg und wird, von einer besonderen Ausführungsform abgesehen, vom Gußkörper selbst mit gebildet. Im Gegensatz zu bisher üblicherweise eingesetzten, topfartigen Brennkammern, die in der Regel aus relativ dünnem Edelstahlblech gebildet sind, besteht also bei der vorliegenden Lösung eine unmit­ telbare Verbindung zwischen der den Brennraum von den Heizgaszügen trennenden Wand zu den Verbindungsstegen des Gußkörpers, über die die im Brennraum erzeugte Wär­ me unmittelbar abfließen kann, wodurch die Temperatur dieser "Trennwand" herabgesetzt wird und sich eine deut­ liche Reduzierung der NOX-Werte in den Abgasen ergibt, ohne daß sich dabei durch extremen Wärmeabfluß, wie er bei unmittelbar gekühlten Brennkammern vorliegt, insge­ samt ungünstige Betriebsverhältnisse für den Kessel er­ geben, wie das beispielsweise bei einem Kessel nach der DE-GM 19 81 985 der Fall ist, der zwar auch ohne einge­ setzte, topfförmige Brennkammer auskommt, wobei aber ein extremer Wärmeabfluß durch eine unmittelbar mit einem wassergekühlten, rohrförmigen Einsatz verbundene Verrippung erfolgt, der nicht zweischalig ausgebildet ist. Insofern ist die an sich bekannte zweischalige Ausbildung des rohrförmigen Ein­ satzes in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Lösung ebenfalls wesentlich.

Der Gußkörper, die Verbindungsstege und die durchmesser­ kleinere Wand können selbstverständlich als einheitli­ cher Gußkörper ausgebildet werden, was allerdings dazu führt, daß ein derartiges Gebilde nicht mehr "grün" ausgeformt werden kann, sondern bei der Herstellung ei­ nes derartigen Gußkörpers müssen in die Gießform zur Ausbildung der Heizgaszugkanäle Kerne eingesetzt werden. Dieser Mehraufwand wird allerdings durch den Wegfall der Fertigung einer topfförmigen und einschiebbaren Brennkammer wieder weitgehend kompensiert.

Abgesehen davon kann aber der Heizkessel auch derart aus­ gebildet werden, und dies betrifft die vorerwähnte be­ sondere Ausführungsform, daß die durchmesserkleinere Wand als separate Hülse im Freiraum zwischen den Verbin­ dungsstegen angeordnet und mit allen Stegenden des Guß­ körpers wärmeleitend verbunden ist. Hierbei kann also, bei der bisher üblichen Fertigung der Gußkörper bleibend, der Gußkörper mit seinen Verbindungsstegen "grün" ausge­ formt werden, in den dann, nach spanabhebender Bearbei­ tung der freien Endränder der Verbindungsstege, in den Freiraum die entsprechend bearbeitete Hülse derart ein­ gesetzt wird, daß sich zwischen Hülse und Verbindungsste­ gen eine wärmeleitende Verbindung ergibt. Diese Hülse ist natürlich in ihrer Wandstärke im Vergleich zum bisher dünnen Blech einsetzbarer Brennkammertöpfe wesentlich stärker gehalten. Die wärmeleitende Verbindung zwischen der Hülse und den bearbeiteten Endrändern der Verbin­ dungsstege wird bspw. dadurch erzielt, daß man den Guß­ körper mit seinen Verbindungsstegen entsprechend tempe­ riert und die Hülse ggf. vorgekühlt in den Gußkörper einsetzt und das Ganze wieder zusammenschrumpfen läßt.

Insbesondere wenn eine Ausformung des Gußkörpers mit Ker­ nen vorgesehen ist, besteht die Möglichkeit einer Aus­ bildung dahingehend, daß mindestens einseitig an den Flanken der Verbindungsstege Strömungsleitelemente und diese in Strömungsrichtung gegen die innere Schale ge­ neigt angeordnet sind. Durch die Anordnung derartiger Strömungsleitelemente werden die durch die Kanäle strö­ menden Heizgase mehr oder weniger von der den Brennraum und die Heizgaszüge voneinander trennenden Wand abgelenkt, was ebenfalls mit dazu beiträgt, daß sich diese den Brenn­ raum umschließende Wand nicht so stark aufheizt.

Vorteilhaft wird der Gußkörper in bekannter Weise in Form mehrerer Einzelringe ausgebildet, die dicht aneinanderge­ reiht im rohrförmigen Einsatz sitzen. Diese an sich be­ kannte Ausbildung des Gußkörpers ist im vorliegenden Fall insofern besonders vorteilhaft, als damit die Kerne für den Guß der Heizgaszugkanäle entsprechend kurz gehal­ ten werden können.

Der erfindungsgemäße Heizkessel wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigt schematisch

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Heizkessel;

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Kessel längs Linie II-II in Fig. 1 und

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Heizkessel im Sinne der Fig. 2 in anderer Ausführungsform.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, besteht der Heizkessel aus einem wasserführenden Gehäuse 12 mit einem die Flamme und die heizgasführenden Innenraum, der von einem das wasserführende Gehäuse 12 durchgreifenden, rohrförmigen Einsatz 1 umschlossen ist, wobei die gasseitige, mit sich in Strömungsrichtung erstreckenden, rippenartigen Über­ tragungsflächenvergrößerungen versehene Fläche des Ein­ satzes 1 zweischalig ausgebildet und im Innenraum die Umkehrbrennkammer 8 durch eine Wand von den diese umge­ benden Heizgaszügen getrennt ist. Zur Abzugsseite hin ist die Umkehrbrennkammer 8 durch einen Boden 13 aus ge­ eigentem und formangepaßtem Material verschlossen, so daß die Heizgase aus der Brennkammer in den vorderen Um­ lenkbereich 14 zurück- und in die Heizgaszüge 7 einströ­ men. Da für den vorliegenden Fall nicht wesentlich, ist das wasserführende Gehäuse 12 nur schematisch angedeu­ tet und zwar unter Verzicht auf die zu einem solchen Ge­ häuse gehörenden Elemente, wie Verschlußtüren, Vor- und Rücklaufanschlußstutzen usw. Dieser Kessel ist nun der­ art ausgebildet, daß die innere Schale aus mindestens einem an den rohrförmigen Einsatz 1 angepaßten Gußkörper 2 besteht, der aus zwei durchmesserunterschiedlichen Wän­ den 3, 4 gebildet und der Zwischenraum 5 zwischen den Wänden 3, 4 durch rippenartige Verbindungsstege 6 in die Heizgaszüge 7 gegliedert ist. Die durchmesserklei­ nere Wand 4 des Gußkörpers 2 bildet dabei die Trennwand zwischen dem Brennraum 8 und den Heizgaszügen 7, d.h. eine einschiebbare, topfartige Brennkammer ist hier nicht mehr vorhanden. Beim in Fig. 1 dargestellten Aus­ führungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Aus­ führungsform, nämlich derart, daß der Gußkörper 2 aus mehreren Einzelringen 2′ gebildet ist, die dicht anein­ andergereiht innerhalb des rohrförmigen Einsatzes 1 an­ geordnet sind.

Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich, sind bei dieser Ausführungsform der Gußkörper 2, die Verbindungsstege 6 und die durchmesserkleinere Wand 4 als einheitlicher Gußkörper ausgebildet, wofür beim Gießen in der Gußform zur Ausbildung der kanalartigen Heizgaszüge 7 selbstver­ ständlich entsprechende Kerne vorgesehen werden müssen. Dabei können in den Kernen und zwar im Bereich der Sei­ tenflanken nutartige Ausnehmungen vorgesehen werden, so daß sich beim Guß an den Flanken 10 der Verbindungsstege 6 Strömungsleitelemente 11 ergeben, die in Strömungs­ richtung (siehe Strömungspfeile) gegen die Wand 3 geneigt angeordnet sind, wie dies ebenfalls aus Fig. 1 ersichtlich ist.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 handelt es sich eben­ falls um einen Gußkörper bzw. Gußring 2′, an den die Ver­ bindungsstege 6 ebenfalls mit angegossen sind. Die in­ nere, durchmesserkleinere Wand bildet hierbei jedoch kein integrales Bestandteil des Gußkörpers, sondern diese Wand ist als separate Hülse 4′ mit ausreichender Wandstärke ausgebildet, so daß eine spanabhebende Bear­ beitung ihrer Oberfläche möglich ist, damit diese im Freiraum 9 zwischen den ebenfalls entsprechend bearbei­ teten Stegenden 6′ der Verbindungsstege 6 angeordnet und mit diesen wärmeleitend bspw. durch einen Dehnungs­ und Schrumpfvorgang verbunden werden kann. Dabei ist es durchaus möglich, auch bei Ausbildung des Gußkörpers in Form von Einzelringen 2′ eine alle im rohrförmigen Ein­ satz angeordneten Ringe erfassende durchgehende Hülse 4′ anzuordnen.

Im Falle einer nicht konzentrierten Zuordnung der beiden Wände 3, 4 zueinander, die beim Guß ohne weiteres vorgesehen werden kann, erfolgt die exzentrische Zuordnung der beiden Wände 3, 4 derart, daß sich im oberen Bereich im Querschnitt kleinere Heizgaszugkanäle ergeben.

Claims (6)

1. Heizkessel, bestehend aus einem wasserführenden Gehäuse mit einem die Flamme und die Heizgase führenden Innen­ raum, der von einem das wasserführende Gehäuse durch­ greifenden, rohrförmigen Einsatz umschlossen ist, wo­ bei die gasseitige, mit sich in Strömungsrichtung er­ streckenden, rippenartigen Übertragungsflächenvergrö­ ßerungen versehene Fläche des Einsatzes zweischalig ausgebildet und im Innenraum die Umkehrbrennkammer durch eine Wand von den diese umgebenden Heizgaszügen getrennt ist, dadurch gekennzeich­ net, daß die innere Schale aus mindestens einem an den rohrförmigen Einsatz (1) angepaßten, an sich be­ kannten Gußkörper (2) besteht und dieser aus zwei durch­ messerunterschiedlichen Wänden (3, 4) gebildet und der Zwischenraum (5) zwischen den Wänden (3, 4) durch rip­ penartige Verbindungsstege (6) in Heizgaszüge (7) ge­ gliedert ist und die durchmesserkleinere Wand (4) des Gußkörpers (2) die Trennwand zwischen Brennkammer (8) und Heizgaszügen (7) bildet.

2. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Gußkörper (2), die Verbindungsstege (6) und die durchmesserkleinere Wand (4) als einheitlicher Gußkörper ausgebildet sind.

3. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die durchmesserklei­ nere Wand (4) als separate Hülse (4′) im Freiraum (9) zwischen den Verbindungsstegen (6) angeordnet und mit allen Stegenden (6′) des Gußkörpers (2) wärmeleitend verbunden ist.

4. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß min­ destens einseitig an den Flanken (10) der Verbindungs­ stege (6) Strömungsleitelemente (11) und diese in Strö­ mungsrichtung gegen die Wand (3) geneigt angeord­ net sind.

5. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Gußkörper (2) in bekannter Weise aus mehreren Einzel­ ringen (2′) gebildet ist.

6. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die beiden Wände (3, 4) konzentrisch zueinander angeord­ net sind.