DE3908296C2 - Heizkessel - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Heizkessel mit interner Abgasrezirkulation für die Verbrennung von flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen mit einem stirnseitig angeordneten Brenner, dessen Flamme in einen in Strömungsrichtung offenen Feuerraumeinsatz geleitet ist, welcher von einem Wasserraum umgeben ist und stromab in einen Umlenkraum mündet, der mit einem Rauchgas-Sammel­ raum über eine Rauchgaskanalausbildung in Verbindung steht, die von dem Um­ lenkraum aus gesehen über einen ersten Abschnitt der Kanallänge zwischen der Außenwandung des Feuerraumeinsatzes und der Innenwandung eines zweiten Bereiches des Wasserraumes und anschließend durch einen Zwischenraum über einen zweiten Abschnitt der Kanallänge in mehrzügiger Form durch einen ersten Bereich bzw. außenseitig dieses ersten Bereiches des Wasserraumes verläuft, von welchem Zwischenraum ausgehend ein Rauchgasteilstrom abgezweigt ist, der dem Feuerraum über den Umfangsbereich des Brennerrohres aufgrund der Injektor­ wirkung der Flamme zugeführt wird.

Zur Erzielung einer guten Verbrennung unter geringerem Ausstoß an Schad­ stoffen, wie Stickoxiden, Kohlenmonoxiden, Kohlenwasserstoffen und Ruß ist dort davon ausgegangen worden, den Feuerraum in einer ersten, an den Brenner anschließenden Zone zu kühlen.

Bei der Verfeuerung von fossilen Brennstoffen entstehen neben anderen Ver­ brennungsprodukten auch Stickoxide NO_x. Die Stickoxide im Abgas bestehen zu etwa 95% aus Stickstoffmonoxid NO und etwa 5% aus Stickstoffdioxyd NO₂.

Die Entstehungsmechanismen für NO sind allgemein bekannt und können durch die folgenden Vorgänge

• - thermische NO-Bildung
• - prompte NO-Bildung und
• - NO-Bildung durch die Oxidation des atomar im Brennstoff enthaltenen Stick­ stoffes, des sogenannten Brennstoff NO, beschrieben werden.

Der Hauptanteil der Stickoxide bei Feuerungen ist insbesondere bei Verwendung von stickstofffreien bzw. -armen Brennstoffen, wie gasförmigen Brennstoffen und Heizöl EL, auf thermisches NO, das bei Temperaturen oberhalb von 1200°C in der Flamme durch Oxidation des von der Luft mitgeführten molekularen Stick­ stoffes N₂ mit dem Sauerstoff entsteht, zurückzuführen. Es ist grundsätzlich be­ kannt, durch Zurückführen eines Teilabgasstromes in den Verbrennungsprozeß insbesondere die Entstehung von thermischen NO zu reduzieren.

Durch das Zurückführen von Abgasteiimengen in den Verbrennungsvorgang wird einerseits eine Reduktion der Flammentemperatur und andererseits eine Minde­ rung des relativen Anteils des Sauerstoffes erzielt. Das Abgas weist aufgrund eines Gehaltes an Kohlendioxid und Wasserdampf eine verhältnismäßig große spezifische Wärmekapazität auf.

Eine Abgasrückführung kann man sich grundsätzlich auf zwei Arten vorstellen, nämlich die externe Abgasrückführung, d. h. das Abgas wird irgendwo außerhalb des Kessels auf dem Wege zum Kamin oder dergleichen entnommen und dem Verbrennungsprozeß zugeführt, beispielsweise durch Einführen in die Ver­ brennungsluft eines Brennergebläses, zum anderen kann man sich vorstellen, einen Teil des Abgases in der Brennerkammer selbst so zu rezirkulieren, daß das Abgas in die Flammenwurzel zurückgeführt wird.

Bei dem bekannten Heizkessel - DE 36 01 000 A1 - ist die Brennkammer hinsichtlich ihrer Längsausdehnung auf den ersten Abschnitt der Rauchgaskanalausbildung beschränkt, und deren zweiter Abschnitt verläuft in Form mehrerer Einzelzüge radial auswärts des ersten Abschnittes und in gleicher axialer Höhe wie dieser durch den Wasserraum unter Umkehrung der Strömungsrichtung in einen Rauch­ gas-Sammelraum, der auf der dem Brenner abgewandten Stirnseite des Heizkes­ sels angeordnet ist. Der im Zwischenbereich zwischen den Abschnitten abge­ zweigte Rauchgasteilstrom gelangt auf kurzem Weg entlang der gegenüber dem Brennraum isolierten brennerseitigen Stirnwandung zu dem Ausgangsbereich an die Peripherie des Brennerrohres.

Demgegenüber soll mit der Erfindung ein Heizkessel dieser Art zur Verfügung gestellt werden, bei welchem der von dem Ende der Wärmetauscherstrecke zwischen Rauchgaskanalausbildung und Wasserraum abgezweigte Rauchgasteil­ strom zur Kühlung der Flammenbildungszone umfassender, d. h. nicht nur durch die Beimischung zur Flamme, ausgenutzt ist.

Die errindungsgemäße Ausbildung des Heizkessels führt dazu, daß der von dem Feuerraumeinsatz umgebene Feuerraum vergleichsweise länger ausgebildet und hinsichtlich seiner Funktion unterteilt unterschiedlichen Temperaturverhältnissen angepaßt ist. Im Bereich des ersten Abschnittes der Rauchgaskanalausbildung wird eine heiße Ausbrandzone und im Bereich der Flammenbildung eine stärker gekühlte Zone definiert, in der der entsprechende Feuerraumeinsatzbereich von dem Rauchgasteilstrom umgeben ist, dessen Kanalquerschnitt entsprechend der Teilmenge des Rauchgases kleiner gehalten werden kann, was zu einer ver­ hältnismäßig dichten Beabstandung der Innenwandung des zweiten Bereiches des Wasserraumes von der Außenfläche des Feuerraumeinsatzes in diesem Bereich führt. Dadurch wird es möglich, nicht nur die Flamme selbst durch Zugabe des gekühlten Rauchgasteilstromes zu kühlen, sondern auch den Bereich der Flam­ menbildungszone des Feuerraumes von außerhalb des Feuerraumeinsatzes her durch den gekühlten Abgasteilstrom und die entsprechend nah dem Feuerraum­ einsatz anzuordnende Innenwandung des Wasserraumes in diesem Bereich.

Ausgehend von einem Kessel der eingangs beschriebenen Art wird im Rahmen der Erfindung die Abgasrückführung innerhalb des Kessels vorgenommen, also "kesselintern", und zwar derart, daß die Abschnitte der Rauchgaskanalausbidung und damit die Bereiche des Wasserraumes in Achsrichtung des entsprechend lang ausgebildeten Feuerraumeinsatzes vom Umlenkraum aus zu dem im brennerseiti­ gen Stirnbereich des Feuerraumeinsatzes angeordneten Rauchgas-Sammelraum gesehen aufeinanderfolgend angeordnet sind und daß der aus dem Zwischenraum zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt, der Rauchgaskanalausbildung abgezweigte Rauchgasteilstrom durch einen ein- oder mehrzügigen Ringraum zwischen der Innenwandung des ersten Bereiches des Wasserraumes und der Außenwandung des Feuerraumeinsatzes geleitet ist.

Weitere bevorzugte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, insbe­ sondere unter Bezugnahme auf daß in der Zeichnung wiedergegebene Aus­ führungsbeispiel, auf das besonders Bezug genommen wird und dessen nachfol­ gende Beschreibung die Erfindung näher erläutert.

Dabei wird von der Grundvorstellung ausgegangen, daß das dem Brennrohr entströmende Brennstoffgemisch, welches zur Flamme entzündet wird, mit einer bestimmten Geschwindigkeit in die Brennkammer übertritt und daher im Bereich vor der Mündung des Brennrohres einen Unter­ druck erzeugt (man spricht auch vom Flammenimpuls, d. h. die gerichtete Größe aus dem Produkt von Masse und Geschwindigkeit des Gases in Richtung von der Düsenmündung fort). Das aus der Brennkammer in den außerhalb dieser gelegenen Wärmetauscherbereich übertre­ tende Abgas gibt Wärme ab und erleidet Strömungswider­ standsverluste, so daß sich ein Druckgefälle einstellt. An einem Ort dieses Druckgefälles, bei dem der Druck stabil höher ist als der Unterdruck im Flammenbildungs­ bereich, wird ein Teil des Abgases entnommen und dem Flammenbildungsbereich aufgrund dieses Druckgefälles zugeführt, wodurch sich ein stabiler Strömungszustand einstellt. Die Abgasteilmenge, die zurückgeführt wird, kann nach der grundsätzlichen Vorstellung der Erfindung irgendwo im Bereich des Wärmetauscherweges außerhalb des Brennraumes bis einschließlich zum Sammelraum erfolgen, der an den Kamin angeschlossen ist. Wichtig ist in jedem Falle, daß ein zuverlässiges Druckgefälle vom Ort der Entnahme der Teilabgasmenge zum Unterdruck­ bereich im Entstehungsgebiet der Flamme sichergestellt ist. Es darf keine Gefahr gegeben sein, daß die heißen Gase aus dem Verbrennungs­ raum über die Abgasrückführleitung in den Wärmetauscher­ raum des Abgases gelangen, dies würde - abgesehen von den umweltschädlichen Einflüssen, die damit verbunden sein könnten, einen "thermischen Kurzschluß" bedeuten.

Die Erfindung wird bevorzugt bei einem Kessel angewandt, der besonders dafür ausgelegt ist, am Abgasausgangsraum eine niedrige Abgastemperatur aufzuweisen, bei dem also im letzten Bereich der Wärmeabgabe eine große Fläche zum angrenzenden aufzuheizenden Wassermantel gegeben ist. Vorzugsweise wird erfindungsgemäß das Abgas vor dieser letzten flächenintensiven Wärmeüber­ gangsstrecke abgegriffen, das Abgas hat dort beispiels­ weise noch eine Temperatur von etwa 400°C, ist also deutlich kühler als die heißen Gase im Verbrennungsbe­ reich, die für die NO_x-Bildung verantwortlich sind.

Geht man von einem Heizkessel aus, wie er aus der EP-Patentanmeldung 292 580 bekannt ist, so wird in besonders einfacher Ausführung der vorzugsweise rohrför­ mig ausgebildete Feuerraumeinsatz, der den Brennraum umgreift, nach oben hin zur Brennerdüse verlängert ausgebildet, und zwar derart, daß die Mündung des Brennerrohres in den von dem Feuerraumeinsatz umschlos­ senen Innenraum (Brennkammer) eingreift. Dabei muß natürlich die zuzuführende Abgasteilmenge in das innere des die Brennkammer bildenden Feuerraumeinsatzes einströ­ men können, d. h. der Feuerraumeinsatz wird nicht bis zum Deckel an diesen anschließend hochgezogen, sondern mehr oder weniger davon beabstandet endend gehalten. Die Mündung des Brennerrohres kann allenfalls in der Öffnungsebene der damit definierten Brennkammer angeord­ net sein, vorzugsweise greift sie aber in den von dem Feuerraumeinsatz umgriffenen Brennkammerraum ein.

Bei der besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung im Rahmen eines Kessels mit besonders niedriger Abgas­ temperatur wird im Übergangsbereich von der ersten Wärmetauscherstrecke zu derjenigen mit der großen Wärmetauscherfläche der Schlußströmungsstrecke der Abgase ein gezielter Spalt zwischen dem Feuerraumeinsatz und der diese haltenden Innenwandung des Wassermantels geschaffen. Im Ausführungsbeispiel geschieht dies durch eine vorstehende, ringsum durchgehend oder unter­ brochen ausgebildete Rippe, an der über mehr oder weniger stabförmige oder bereichsweise kleine Abstüt­ zungen der rohrförmige Feuerraumeinsatz an der inneren Heizkesselwandung abgestützt ist.

Über die Größe der Spaltbildung in diesem Abstützbereich ist eine Einstellmöglichkeit für die Größenordnung der Teilstrommenge des abgegriffenen Abgases gegeben; der Abstand zwischen der oberen Kante des rohrförmigen Feuerraumeinsatzes und dem Deckel, der von dem Brenner­ kopf durchgriffen wird, bietet eine weitere Einstellmög­ lichkeit des Strömungswiderstandes und damit der zurück­ geführten Abgasteilmenge.

Es ist des weiteren möglich, die nach innen hin gerich­ tete Wandung des Wassermantels im oberen Bereich von dem Deckel beabstandet zu halten, so daß eine Abgasteil­ menge aufgrund der Sogwirkung der Flamme aus dem Ring­ kanal entnommen werden kann, der zu Ende der Wärmetau­ scherstrecke angeordnet ist und mit dem Kamin in Verbin­ dung steht. Anstelle eines ringförmigen Spaltes können hier auch Bohrungen oder dergleichen vorgesehen werden, die den Abgasringkanal mit dem Unterdruckbereich zu Beginn der Flammenbildung verbinden.

Das Abgas gelangt im Unterdruckbereich in die Brennkam­ mer, durchmischt sich mit der Flamme und setzt dadurch die Temperatur in diesem Flammenbereich aufgrund des zurückgeführten kühlen Abgases entsprechend herab. Diese "Abkühlung" liegt an der erhöhten relativen Wärmekapazität der Abgasteilmenge. Ein weiterer Effekt ist, daß die Temperaturspitzen im Verbrennungsbereich dadurch abgebaut werden, d. h. die Temperatur innerhalb der Flamme, die ohne eine solche Maßnahme hinsichtlich ihrer Verteilung sehr unterschiedlich sein kann, ver­ gleichmäßigt wird. In solchen Temperaturspitzenbereichen würde die NO_x-Bildung entsprechend begünstigt. Durch den Abbau dieser Spitzen aufgrund der hohen Temperatur­ differenzen zur Abgastemperatur werden diese Bildungs­ zonen entsprechend eingeschränkt.

In besonders bevorzugter Ausführung ist die "zweistufige" Ausgestaltung der Wasserkammer als einteiliges Gußstück ausgebildet, beispielsweise Grauguß, so daß die insbeson­ dere bei weit herabgekühlten Abgasen auftretenden Kondensatbildungen problemlos beherrscht werden. Das Gußstück bildet durch Aufnahme von Silikat eine sehr korrisionsbeständige Gußhaut, die wesentlich widerstands­ fähiger gegen Kondensat ist als Stahl. Voraussetzung dafür ist allerdings, daß die Gußhaut unverletzt bleibt. Gußhautverletzungen treten durch Bearbeitung und auch durch Reibbelastung auf. Aus diesem Grunde ist in bevorzugter Ausführung die Wandung der Wasserkammer einstückig durchgehend und zumindest im Begrenzungsbereich des Heizgaskanales unbearbeitet ausgebildet. Vorzugsweise besteht die Wasserkammer insgesamt aus einem einstückigen Gußteil.

Der untere stirnseitige Abschluß des Kessels wird durch einen Bodenisolierkörper gebildet, der den Umlenk­ raum nach unten hin begrenzt. Die Wärmetauscherflächen des Wassermantels verlaufen im Bereich des bzw. der Rauchgaskanäle vorzugsweise zumindest im wesentlichen vertikal, so daß sich im oben gelegenen Niedertemperatur­ bereich bildendes Kondensat nach unten hin in Richtung höherer Rauchgastemperatur abfließen und damit verdampfen kann. Eingehende Ausführungen dazu finden sich in der DE 35 46 368 A1.

Nach der EP 0 292 580 A1 kann im oberen Bereich des Rauchgaskanals die Wasserkammer derart ausgebildet sein, daß sie von dem Rauchgaskanal radial außen umgrif­ fen oder von diesem durchgriffen wird. In diesen Fällen liegt demnach eine aufzuheizende Innenwandung der Wasserkammer nahe dem vorzugsweise rohrförmig ausgebilde­ ten Feuerraumeinsatz. Das bedeutet, daß hier eine zum oberen Bereich (Flammenbildungsbereich) der Brennkam­ mer gerichtete Kühlung stattfindet, die insbesondere dann auf das rezirkulierte Abgas Einfluß hat, wenn dieses in diesem Bereich zwischen der Innenwandung der Wasserkammer und dem Feuerraumeinsatz nach oben hin abgezweigt gelenkt wird.

Die hier bevorzugt vorgesehene Abgasrückführung bei einem Kessel mit im oberen Bereich innengelegener Wasserkammer ist ganz grundsätzlich auf eine solche Kesselausbildung nicht beschränkt. Es ist nur erforder­ lich, eine Möglichkeit der Teilmengenabspaltung des der Flamme zugeführten Abgases vorzusehen. Im primitiv­ sten Falle könnten das auch Schlitze oder Bohrungen sein, die im oberen Ringraumbereich zwischen der Abgas­ sammelkammer mit Anschluß zum Kamin und dem Brennerkopf­ bereich vorgesehen werden. Anstelle einer Bohrung kann auch ein durchgehender Spalt zwischen der oberen Berandung der inneren Kesselwandung und dem Deckel vorgesehen sein. Die bevorzugte Abzweigung des rückge­ führten Teilstrombereiches des Abgases aus dem Übergangs­ bereich zwischen dem unteren und dem oberen Rauchgaska­ nalabschnitt kann jedoch den Vorteil haben, daß diese rückgeführte Abgasmenge nicht zu weit abgekühlt ist.

Die beiliegende Zeichnung zeigt zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kessels, dessen erstes Ausführungsbeispiel - Fig. 1 - die Abzweigung einer rückzuführenden Abgasteilmenge aus dem vertikalen Mittelbereich des Rauchgaskanales zeigt, während das andere Ausführungsbeispiel - Fig. 2 - die Möglichkeit der Abzweigung einer Teilmenge des Abgases aus dem Abgassammelraum unterhalb des Kesseldeckels wiedergibt. Die Schnittdarstellung ergibt sich jeweils schematisch aus der Schnittführung, die aus Fig. 3 ersichtlich ist.

Das Ausführungsbeispiel orientiert sich an dem der EP 0 292 580 A1. Im Satz zu den dortigen Ausführungsbeispielen ist der Wassermantel nach den Aus­ führungsbeispielen der Erfindung als einstückiges Gußteil ausgebildet, wodurch die insbesondere aus der DE 35 46 368 A1 diesem Zusammenhang dargelegten Vorteile erreicht werden.

Fig. 1 zeigt durch einen Pfeil angedeutet die Teilabgasmenge, die aus dem Rauchgaszwischenraum 18 durch den zwischen der Innenwandung des oberen Bereiches der Wasserkammer und der Außenwandung des oberen Abschnittes des Feuerraumeinsatzes gebildeten ringförmigen Kanal 40 abgezogen wird.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt nach der Linie III-III in den Fig. 1 und 2.

Die Ausführungsbeispiele zeigen einen stehend angeordne­ ten Heizkessel 1, an dessen oberer Stirnseite ein Brenner als Sturzbrenner angeordnet ist; der Brenner ist in den Fig. 1 und 2 nur mit seinem Brennerrohr 2 angedeutet wiedergegeben. Der Heizkessel 1, der einen im wesentlichen kreisrunden Querschnitt aufweist, ist in seinem Zentrum mit einem Feuerraum 3 versehen, der sich nahe der Innenseite der oberen Stirnwand etwa von der Mündung des Brennerrohres 2 ausgehend bis in den Bodenbereich des Kessels erstreckt und dort offen in einem Umlenkraum 4 mündet. Die in dem Feuerraum 3 durch die Verbrennung entstehenden heißen Rauchgase strömen somit abwärts, werden in dem Raum 4 umgelenkt und seitlich des Feuerraumes in Gegenrichtung weitergeführt.

Der Feuerraum 3 weist eine im Anschluß an die obere stirnseitige Begrenzung des Feuerraumes 3 angeordnete erste Zone auf, in der sich die Flamme bildet und die hier daher Flammenbildungszone 5 genannt wird. An diese Zone 5 schließt sich über den Rest des Feuer­ raumes 3 nach unten hin gesehen eine weitere Zone an, in der die Flamme ausbrennt und daher als Flammenaus­ brandzone 6 bezeichnet ist. Der Feuerraum 3 und damit die Flammenbildungszone 5 und die Flammenausbrandzone 6 wird von einer als Stahlrohr ausgebildeten Wandung eines Feuerraumeinsatzes 7 begrenzt. Der insgesamt mit 8 bezeichnete Wasserraum ist in zwei Wasserraumbe­ reiche, nämlich einen ersten Bereich 11 und einen zweiten Bereich 9 unterteilt, die miteinander durch einen mehrteiligen Übergangsbereich 14 in Verbindung stehen. Der zweite Bereich 9 umfaßt mit seiner Innen­ wandung 10 unter Bildung eines hohlzylinderförmigen Raumes mit Abstand den Feuerraumeinsatz 7 im Bereich der Zone 6, während der erste Bereich 11 mit seiner Innenmantelwandung 12 den Feuerraumeinsatz 7 im Bereich der Zone 5 umgreift. Ein insgesamt mit 15 bezeichneter Rauchgaskanal erstreckt sich von der unten liegenden Umlenkkammer 4 außerhalb des Feuerraumes 3 bis in einen im oberen stirnseitigen Bereich des Kessels ausgebildeten Rauchgas-Sammelraum 19, der über einen Ausgang 20 an einen nicht weiter dargestellten Kamin angeschlossen ist. Der Rauchgaskanal 15 weist in dieser Rauchgas-Strömungsrichtung besehen einen ersten Abschnitt 16 auf, der sich in dem hohlzylindrischen Raum zwischen dem Feuerraumeinsatz 7 und der Innenwandung 10 des zweiten Wasserraumbereiches 9 erstreckt, und pflanzt sich in einem zweiten Abschnitt 17 fort, der hier durch eine Vielzahl von Durchgangshohlräumen 35 gebildet ist, die über den Umfang gleichmäßig verteilt und parallel verlaufend so angeordnet sind, daß sie den ersten Wasserraumbereich 11 mit Abstand von dessen Innenwandung 12 durchgreifen. Die beiden Abschnitte 16 und 17 des Rauchgaskanales 15 stehen über einen Rauchgaszwischenraum 18 miteinander in Verbindung, wie dies die Fig. 1 und 2 erkennen lassen.

Der Umlenkraum 4 ist nach unten hin durch einen Bodeniso­ lierkörper 21 abgeschlossen, der an dem als Gußteil ausgebildeten zweiten Wasserraumbereich 9 angeordnet ist. Die obere Stirnwand des Heizkessels 1 ist durch einen Deckel 23 gebildet, der zum Kesselinneren hin eine Isolierung aufweist und sich über die gesamte Kesselstirnseite hinweg erstreckt. Der Deckel 23 ist in nicht näher dargestellter Weise aufklappbar bzw. abnehmbar, so daß durch die entstehende Öffnung eine Reinigung des Feuerraumes und der Rauchgaskanalabschnitte ermöglicht wird.

Die beiden Wasserraumbereiche 9 und 11 stehen mittels des in Umfangsrichtung von den Rauchgasübergängen zu den Durchgangshohlräumen 35 unterbrochenen Übergangs­ bereiches 14 miteinander in Verbindung. Das über einen Wassereinlaß 24 in den zweiten Wasserraumbereich 9 eingeführte Wasser tritt somit in den ersten Wasserraum­ bereich 11 über und gelangt von dort über einen Wasser­ auslaß 25 wieder nach außerhalb des Kessels.

Die Flammenbildung findet in der vom Brenner 2 aus gesehen ersten Zone 5 des Feuerraumes 3 statt und entfaltet große Hitze. In dieser Zone 5 ist zwischen dem Feuerraumeinsatz 7 und der wassergekühlten Innen­ wandung 12 des ersten Wassermantelbereichs 11 ein verhältnismäßig kleiner radialer Abstand freigelassen, so daß Wärme abgeführt wird, wodurch ein Betrag zur Verringerung der Bildung von NO_x geleistet wird. Die Flamme tritt in die Zone 6 des Feuerraums ein, die aufgrund des radial angrenzenden, größer bemessenen und das heiße Rauchgas aufnehmenden ersten Abschnittes 16 des Rauchkanals 15 verhältnismäßig heiß ist, so daß ein guter Ausbrand der Flamme erfolgt, wodurch die Bildung von Schadstoffen wie Kohlenmonoxid, Kohlen­ wasserstoffen und Ruß wesentlich reduziert wird.

Das Rauchgas durchtritt ausgehend von dem Umlenkraum 4 nacheinander die Abschnitte 16 und 17 des Rauchgaska­ nales sowie den diese verbindenden mehrteiligen Rauch­ gaszwischenraum, wobei im ersten Abschnitt ein Großteil der Wärme des Rauchgases über die Innenwandung 10, die mit Rippen 28 versehen ist, an das Wasser in dem Wasserraumbereich 9 abgegeben wird. Im Bereich des Rauchgaszwischenraumes 18 herrscht durch Strahlungswärme aus dem oberen Bereich der Zone 6 eine Temperatur, die die Ansammlung von Kondensat behindert. Danach wird das Rauchgas über die Strömungsstrecke entlang der Außenwandung 13 des ersten Wasserraumbereiches 11 gekühlt und verläßt somit mit nur noch geringer Wärme den Kessel über den Rauchgassammelraum 19 und den Ausgang 20. Während der zweite Wasserraumbereich 9 ausschließlich der Aufheizung über das heiße Rauchgas und die von dem Feuerraumeinsatz 7 ausgehende Strahlungs­ wärme dient, hat der erste Wasserraumbereich 11 die Aufgabe, die Umgebung der Zone 5 und das Rauchgas in dem Abschnitt 17 des Rauchgaskanals zu kühlen. Auf diese Weise wird eine gedrungene Bauweise bei gleichzeitig gutem Ausbrand der Flamme erreicht.

Wie die Figuren erkennen lassen, sind die den gesamten Wasserraum 8 umfassenden Wandungen, d. h. einschließlich der Übergänge im Bereich des Rauchgaska­ nals 15 von dessen ersten Abschnitt 16 zu dessen zweiten Abschnitt 17 in Form mehrerer paralleler Durchführungs­ kanäle sowie einer Aufnahmeausbildung für den Boden­ isolierkörper 21 und einer Teileinfassung des Rauchgaska­ nales 19 als einstückiges Gußteil, insbesondere Grauguß­ teil, ausgebildet. Es bedarf daher keiner Bearbeitung der Graugußflächen im Bereich der Rauchgasführung vor allem in deren zur Kondensatbildung neigenden Bereich. Wie die Fig. 1 und 2 erkennen lassen, sind an der Innenwandung 10 des zweiten Wasserraumbe­ reiches 9 radial nach innen vorstehende Rippen 28 ausgebildet, die der Erhöhung der Wärmetauscherfläche im ersten Abschnitt 16 des Rauchgaskanals 15 dienen. Die Größe der Wärmeübergangsfläche im Bereich des zweiten Abschnittes 17 des Rauchgaskanals 15 läßt sich durch die Anzahl und/oder Formgebung der Durchgangs­ kanäle 35 beeinflussen.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 wird der hohl­ zylinderförmige Raum 40 zwischen der Außenwand des Feuerraumeinsatzes 7 im Bereich der Flammenbildungszone 5 und der Innenwandung 12 des ersten Wasserraumbereiches 11 als Kanal für die Leitung einer aus dem Rauchgaszwi­ schenraum 18 abgezweigten Rauchgasteilmenge hin zum Raum zwischen dem Deckel 23 und der oberen Stirnkante des Feuerraumeinsatzes 7 geleitet. Die obere Stirnkante des Feuerraumeinsatzes 7 ist mit einem Abstand 39 von der Innenwandung des Deckels 23 beabstandet, so daß die Rauchgasteilmenge entsprechend dem links gezeig­ ten Pfeil in die obere Stirnseite des Feuerraumeinsatzes 7 eintreten kann, und zwar über den Bereich der Fläche 41. Das Brennerrohr 2 ragt etwas in den von dem rohrför­ migen Feuerraumeinsatz 7 umgriffenen Raum hinein. Durch die Austrittsgeschwindigkeit der dem Brennerrohr 2 entströmenden, zur Flammenbildung führenden Brennstoffe oder Brennstoffgemische wird ein Unterdruck erzeugt, der die abgezweigte Rauchgasteilmenge ansaugt und der Flamme im Bildungsbereich zuführt.

Oberhalb des Rauchgaszwischenraumes 18 ist von der Wandung 12 nach radial innen abstrebend eine in Umfangs­ richtung durchlaufende oder unterbrochen ausgebildete Rippe 42 ausgeformt, an der Vorsprünge 43 abgestützt sind, die in Umfangsrichtung verteilt an der Außenwandung des Feuerraumeinsatzes 7 ausgebildet, beispielsweise angeschweißt, sind. Die Abmessungen sind derart getrof­ fen, daß sich zwischen der Rippe 42 und den Vorsprüngen 43 ein mehr oder weniger unterteilter, im übrigen aber hinsichtlich des Gesamtquerschnittes entsprechend zu bemessener Spalt 44 bildet, der die Menge des abge­ zweigten Rauchgasteiles bestimmt. Von dem Rauchgaszwi­ schenraum 18 ausgehend durchströmt die bereits entspre­ chend abgekühlte Rauchgasteilmenge den hohlzylinderför­ migen Kanal 40 und wird dabei durch das Entlangstreichen an der wassergekühlten Innenwandung 12 des ersten Wasserbereiches 11 gekühlt bzw. hinsichtlich der Aufhei­ zung vom Feuerraumeinsatz 7 im Bereich der Zone 5 her gesehen begrenzt. Damit wird eine Kühlwirkung auf die Flammenbildungszone 5 des Feuerraumes 3 ausgeübt, die neben der Zuführung der Rauchgasteilmenge einer Bildung von NO_x entgegenwirkt. Die Kühlwirkung dieser Rauchgasteilmenge kann durch einstückig an der Innenwan­ dung 12 in den Kanal 40 vorspringende Rippen noch erhöht werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 wird der von der Innenseite des Deckels 23 beabstandete obere Randbereich des Feuerraumeinsatzes 7 mit einer kegelför­ migen Erweiterung 45 versehen, was der besseren Einlei­ tung der Rauchgasteilmenge dient, die in diesem Ausfüh­ rungsbeispiel aus dem Rauchgassammelkanal 19 abgezweigt wird, und zwar durch eine Bemessung der Innenwandung 12 des ersten Wasserbereiches 11 derart, daß deren obere Berandung einen ringförmigen Spaltabstand 46 zur Innenwandung des Deckels 23 aufweist. Durch die Größenordnung dieses Spaltabstandes 46 und/oder aber auch dessen Unterbrechung läßt sich wiederum eine Mengenbestimmung der abgezweigten, der Flammenbildungszo­ ne unter Unterdruck zuzuführenden Rauchgasteilmenge vornehmen.

Um eine gleichmäßige Zufuhr der abgezweigten Teilmenge des Rauchgases sicherzustellen, müssen stabile Druckver­ hältnisse angestrebt werden. Diese sind beim Abzweig der Rauchgasteilmenge aus dem Rauchgaszwischenraum 18 eher gegeben als bei dem Abzweig aus dem Rauchgassam­ melraum 19 am Ende des Rauchgaskanals 15, so weit dieser mit dem Ausgang zum Kamin hin entsprechende Druckschwankungen erfährt. Aus diesem Grunde und wegen der besseren Kühlung der Flammenbildungszone 5 durch die Teilmengenströmung des Rauchgases im Kanal 40 wird daher die Ausführung gemäß Fig. 1 bevorzugt. Grundsätzlich könnte man die beiden unterschiedlichen Abzweigungen der Rauchgasteilmenge nach den Fig. 1 und 2 auch nebeneinander vorsehen.

Claims (9)

1. Heizkessel mit interner Abgasrezirkulation für die Verbrennung von flüssi­ gen oder gasförmigen Brennstoffen mit einem stirnseitig angeordneten Brenner, dessen Flamme in einen in Strömungsrichtung offenen Feuerraumeinsatz (7) ge­ leitet ist, welcher von einem Wasserraum (8) umgeben ist und stromab in einen Umlenkraum (4) mündet, der mit einem Rauchgas-Sammelraum (19) über eine Rauchgaskanalausbildung (15) in Verbindung steht, die von dem Umlenkraum (4) aus gesehen über einen ersten Abschnitt (16) der Kanallänge zwischen der Außenwandung des Feuerraumeinsatzes (7) und der Innenwandung (10) eines zweiten Bereiches (9) des Wasserraumes (8) und anschließend durch einen Zwischenraum (18) über einen zweiten Abschnitt (17) der Kanallänge in mehr­ zügiger Form durch einen ersten Bereich (11) bzw. außenseitig dieses ersten Be­ reiches (11) des Wasserraumes (8) verläuft, von welchem Zwischenraum (18) ausgehend ein Rauchgasteilstrom abgezweigt (40) ist, der dem Feuerraum (3) über den Umfangsbereich des Brennerrohres (2) aufgrund der Injektorwirkung der Flamme zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte (16-18) der Rauchgaskanalausbidung (15) und damit die Be­ reiche (9, 11) des Wasserraumes (8) in Achsrichtung des entsprechend lang aus­ gebildeten Feuerraumeinsatzes (7) vom Umlenkraum (4) aus zu dem im brenner­ seitigen Stirnbereich des Feuerraumeinsatzes (7) angeordneten Rauchgas-Sam­ melraum (19) gesehen aufeinanderfolgend angeordnet sind und daß der aus dem Zwischenraum (18) zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt (16, 17) der Rauchgaskanalausbildung (15) abgezweigte Rauchgasteilstrom durch einen ein- oder mehrzügigen Ringraum (40) zwischen der Innenwandung (12) des ersten Bereiches (11) des Wasserraumes (8) und der Außenwandung des Feuerraumein­ satzes (7) geleitet ist.

2. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sturzbrenner mit von oben nach unten gerichteter Flammenausbreitung vorgesehen ist.

3. Heizkessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der beidseitig offene Brennkammereinsatz flammeneintrittsseitig in einem Abstand 20 bis 50 mm, vorzugsweise 30 mm, von der Innenwandung des Kessel­ deckels angeordnet eine Fläche zwischen dem Deckel und dem Feuerraum bildet, über die ein Abgasteilstrom in die Flamme zurückgeführt wird.

4. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennkammereinsatz in einem Abstand von 10 bis 30 mm, vorzugsweise 15 mm, zur Innenwandung des Kesseloberteils angeordnet einen freien Ringquer­ schnitt zwischen dem Abgaszwischensammelraum und dem Kesseloberteil bildet.

5. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennkammereinsatz im Bereich des Abgassammelraumes mit einem Ab­ stand zur Wassermantelwandung ausgebildet wird.

6. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feuerrauminnenwand im Bereich des Abgassammelraumes mit einem Abstand zum Kesseldeckel ausgebildet ist.

7. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennkammereinsatz im Bereich des Flammenaustritts mit vergrößertem Durchmesser kegelig ausgebildet ist.

8. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennrohr des Brenners in die Mündung des Brennkammereinsatzes hin­ einragt.

9. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der der Flamme zugeführte Abgasteilstrom aus einem Mittelbereich des Ab­ gaszuges abgezweigt wird.