DE3940165C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Heizkessel zum Verbrennen flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe gemäß dem Oberbe­ griff des Hauptanspruches.

Heizkessel der genannten Art sind allgemein bekannt und in Benutzung und bedürfen insoweit keines besonderen druckschriftlichen Nachweises. Zwecks Reduzierung des sogenannten NOX-Anteiles in den Abgasen, der neben an­ deren schädlichen Gasanteilen die Umwelt belastet, ist es bereits bekannt, einen Teil der Abgase abzuzweigen, dem Brenner wieder zuzuführen und der Verbrennungsluft beizumischen. Siehe hierzu den Aufsatz "Rauchgasrezirkula­ tionsanlage" der Firma Elring GmbH und DEPA GmbH in der DE-Z "Chemie-Anlagen + Verfahren" 1986, November, und den Sonderdruck aus der DE-Z "Gaswärme international", Band 32, Heft 1, 1983, Seiten 40-46. Insbesondere nach dem erstgenannten Aufsatz ist es bereits bekannt, einen Teil der Abgase mit einem Zusatzgebläse abzusaugen und diese den Feuerraumge­ bläsen bzw. der Feuerung wieder zuzuführen, um damit die Verbrennungstemperaturen und den NOX-Anteil der entstehenden Abgase zu reduzieren. Abgesehen davon ge­ schieht die Abgasrückführung bisher auch in der Weise, daß man eine äußere, gut wärmeisolierte Leitung außer­ halb des Kessels vorsieht, die den Gasabzugsbereich des Kessels mit der Saugseite des Brennergehäuses verbin­ det. Ähnliche Abgasrückführungen beschreiben auch folgende Druckschriften: DE-GM 87 08 656, DE-GM 87 16 240 und DE-GM 88 12 090.

Allen diesen bekannten Ausführungsformen ist gemeinsam, daß mehr oder weniger lange Abgasrückführleitungen vor­ gesehen werden müssen, daß - soweit Gebläse für die Rückführung vorgesehen sind - es sich dabei um zusätz­ liche Gebläse mit Separatantrieb handelt, und daß schließlich die Abgase direkt in die Zuluftöffnung oder das Brennermischrohr eingeleitet werden und damit der eigentliche Brenner mit seinem Düsenstock mit dem zuge­ führten Abgas belastet wird. Beim DE-GM 88 12 090 ist außerdem in Betracht gezogen, offenbar um eine solche Brennerbelastung zu vermeiden, die Ausmündung der Ab­ gasrückführleitung in den Flammbereich des Brenners zu richten. Für Heizkessel der eingangs genannten Art, also solche mit horizontal angeordneter Längsachse des Feuerraums, um den herum oder über dem Abgaszugrohre von einer Umlenkkammer aus zur Abgassammelkammer füh­ ren, sind diese bekannten Einrichtungen zur Abgas­ rückführung jedoch nicht ohne weiteres geeignet, da hierbei der Brenner einerseits und die Abgassammelkammer ande­ rerseits sich gerade an den entgegengesetzten Enden des Kessels befinden. Für solche Kessel ist es zwar bereits be­ kannt, die am höchsten liegenden Abgaszugrohre nicht als solche, sondern ausschließlich als Abgasrückfüh­ rungskanälen zu nutzen. Das wird aber mit einem Verlust entspre­ chender Heizfläche erkauft.

Bei einem Heizkessel nach der CH-Z HLH Bd. 40 (1989) Nr. 2, Seiten 78, 79, bei dem es sich um einen Mehr­ zugkessel mit nach hinten offener Brennkammer handelt, die allein wassergekühlt ist, ist im oberen, noch sehr heißen Bereich eine besondere Abgasrückführleitung vor­ gesehen, in der zwangsläufig der aus der Rauchgassam­ melkammer abgezogene Abgasanteil wieder eine unerwünschte Aufwärmung erfährt.

Ausgehend von einem Heizkessel der eingangs genannten Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, mit ein­ fachsten Mitteln und unter Ausnutzung der konstruktiven Gegebenheiten derartiger Kessel mit geringstmöglichen konstruktiven Änderungen für eine Abgasrückführung sor­ gen zu können.

Diese Aufgabe ist mit einem Heizkessel der eingangs ge­ nannten Art nach der Erfindung durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angeführten Merkmale gelöst.

Mit der Erfindung wird der Umstand ausgenutzt, daß zwecks Optimierung der Wärmeübertragung aus den Abgas­ zügen zum Kesselwasser die Abgaszugrohre der­ artiger Kessel in der Regel mit sog. Verdrängungskör­ pern versehen sind, um damit zu erreichen, daß die Abgase an den Abgasrohrwänden entlangstreichen, wobei in der Re­ gel derartige Abgaszüge im Freiraum zwischen den Ver­ drängungskörpern und der Rohrwand mit Längsrippen ver­ sehen sind. Da es sich dabei um reine Verdrängungs­ körper handelt, nehmen diese an der Wärmeübertragung nicht teil. Nach der Erfindung wird nun ein solcher Verdrängerkörper für die Abgasrückführung verwendet, indem dieser als beidendig offenes Rohr ausgebildet ist, dessen hinteres Ende offen in der Ab­ gassammelkammer ausmündet und dessen anderes Ende an eine Anschlußöffnung des Feuerraumverschlusses ange­ schlossen und von da aus mit dem Brenner verbunden ist. Der einzige, dafür erforderliche konstruktive Eingriff besteht also lediglich in einer entsprechend anderen Gestaltung des Verdrängerkörpers in Form eines Rohres, das nur etwas länger gehalten werden muß, um das Rohr an die Anschlußöffnung im Feuerraumverschluß an­ schließen zu können. Unter der Maßgabe, daß das Rohr von der Anschlußöffnung aus mit dem Brenner verbunden sein soll, ist dabei nicht eine etwaige entsprechende Verlängerung des Rohres zu verstehen, sondern eine da­ von unabhängige Verbindung, die außerhalb des Feuerrau­ mes zum Brenner führt. Zweckmäßig und vorteilhaft ist dabei bevorzugt vorgesehen, die Verbindung mittels ei­ nes hinter der Anschlußöffnung des Feuerraumverschlus­ ses saugseitig angeordneten Gebläses herzustellen, das druckseitig mit dem Brenner in Verbindung steht. Um die rückgeführten Abgase nicht unmittelbar in den Brenner einzuleiten und diesen damit zu belasten, ist das die Abgase ansaugende Gebläse mit einer die Mischkammer des Brenners umgebenden, ringförmigen, im Bereich der Brennermündung ausmündenden Abgaszufuhrkammer verbun­ den.

Da es sich beim Feuerraumverschluß in der Regel um eine abschwenkbare Kesselverschlußtür handeln wird, besteht eine vorteilhafte Weiterbildung darin, daß das feuer­ raumverschlußseitige Ende des mindestens einen rohrför­ mig ausgebildeten Verdrängerkörpers nach innen eingezo­ gen ist und damit in die mit einer ringförmigen Weich­ dichtung versehenen Anschlußöffnung des Feuerraumver­ schlusses eingreift. Dies ist problemlos zu bewältigen, da Feuerraumverschlußtüren regelmäßig mit einem Wärme­ isolationsblock versehen sind, in dem ohne weiteres eine entsprechende Öffnung mit einer Aufnahme für einen Dichtungsring vorgesehen werden kann. Die vorgesehene Einziehung des Rohrendes kann dabei abgerundet, aber auch kegelförmig gestaltet sein und richtet sich mit dem Grad ihrer Einziehung nach dem in diesem Bereich zu beachtenden Schwenkradius des Öffnungsrandes.

Der aus dem betreffenden Abgaszugrohr herausragende und bis zum Feuerraumverschluß reichende Teil des Ab­ gasrückführrohres wird nicht etwa isoliert, sondern diesbezüglich ist der Kessel vorteilhaft derart ausge­ bildet, daß das mindestens eine Abgasrückführrohr die Umlenkkammer vom Feuerraum zu den Einmündungen der Ab­ gaszugrohre mit seinem feuerraumverschlußseitigen Be­ reich durchgreift. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, daß die zurückströmenden Abgase aufgewärmt in das Ge­ bläse und damit in den Brenner gelangen, womit der Ge­ fahr begegnet ist, daß die Abgase im Gebläse bzw. im Brenner kondensieren können, was diese Elemente im Laufe der Zeit entsprechend schädigen würde.

Um das Abgasgebläse und den Brenner räumlich kompakt auf der äußeren Frontfläche des Feuerraumverschlusses anordnen zu können, ist das Abgasrückführrohr in demjenigen Abgaszugrohr an­ geordnet, das sich mittig über dem Feuerraum er­ streckt. Ebenfalls unter dem gleichen Gesichtspunkt, aber auch dem zusätzlichen einer möglichst kurzen Über­ leitungsstrecke vom Abgasgebläse zum Brenner, steht die Maßgabe, daß sowohl das Abgasansauggebläse als auch das Brennergebläse achsparallel zur Feuerraumachse am Feu­ erraumverschluß angeordnet sind.

Abgesehen von der konstruktiv wenig aufwendigen Abgas­ rückführung, die sich lediglich auf den Ersatz eines Verdrängerkörpers durch ein Abgasrückführrohr be­ schränkt, hat also die erfindungsgemäße Lösung noch den Vorteil, daß die rückgeführten Abgase den Flammbereich, den es ja zwecks NOX-Reduzierung zu kühlen gilt, nicht zu kalt erreichen und aufgrund ihrer Temperatur einen Kondensatanfall im Bereich des Brenners mit Sicherheit verhindern.

Diese Art der Abgasrückführung mit Hilfe eines durch ein Rohr ersetzten Verdrängerkörpers hat nicht nur den Vorteil, daß bestehende Kessel dieser Art problemlos auf eine Abgasrückführung umgerüstet werden können, und die Abgasrückführung mit konstruktiv sehr einfachen Mitteln bewerkstelligt werden kann, sondern es besteht auch der Vorteil, daß das bzw. die entsprechend mit Ab­ gasrückstromrohren ausgestatteten Abgaszüge als solche für den Wärmeübergang voll erhalten bleiben.

Nachfolgend wird anhand der zeichnerischen Darstellung ein Ausführungsbei­ spiel der Erfindung erläutert. Es zeigt schematisch

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Heizkessel und

Fig. 2 im Schnitt eine konstruktive Einzelheit.

Der als Ausführungsbeispiel dargestellte Heizkessel be­ steht aus einem wasserführenden Gehäuse 1, in dem ein mit einem Brenner 2 bestückter Feuerraum 3 (hier Umkehrbrenn­ kammer) angeordnet ist, von dem mehrere, das wasserfüh­ rende Gehäuse 1 durchgreifende Abgaszugrohre 4 zur Ab­ gassammelkammer 5 führen, in denen Abgasverdrän­ gerkörper 6 zwecks Ausbildung langgestreckter, ringzy­ lindrischer Abgaszüge 7 angeordnet sind. Wesentlich an diesem Kessel ist nun, daß in mindestens einem der Ab­ gaszugrohre 4 der Verdrängerkörper 6 als Rohr aus­ gebildet ist, das offen in der Abgassammelkammer 5 aus­ mündet und dessen anderes Ende 8 an eine Anschluß­ öffnung 9 des Feuerraumverschlusses 10 angeschlossen und von da aus mit dem Brenner 2 verbunden ist. Der Feuerraumverschluß 10 ist im Ausführungsbeispiel als ausschwenkbare Verschlußtür ausgebildet und feuerraum­ seitig mit einem entsprechenden Wärmeisolationsblock 19 ausgestattet, der in diesem Falle auch die Anschlußöff­ nung 9 für das Ende 8 des Rohres enthält, durch das ein Teil der aus der Abgassammelkammer 5 angesaugten Abgase zuströmt und dem Brenner 2 zugeleitet wird. In Rück­ sicht auf die Konstruktionsverhältnisse und Unterbringungsmöglichkeiten des Brenners 2 an der Tür ist dasjenige Abgaszugrohr 4 für die Rückströmung der Abgase ausgewählt, das sich, wie dargestellt, mittig über dem Feuerraum 3 und unmittelbar benachbart zu die­ sem erstreckt. Dadurch ergibt sich genügend Raum vor dem Feuerraumverschluß 10 für die Anordnung des Ge­ bläses 11, das die Abgase aus der Abgassammelkammer 5 ansaugt, wobei sich durch diese Anordnung ein außer­ ordentlich kurzer Weg für die Abgase zum eigentlichen Brenner 2 ergibt. Vorteilhaft werden dabei die Abgase nicht direkt in den Brenner 2 eingeleitet, sondern in eine die Mischkammer 12 des Brenners 2 umgebende, ring­ förmige, im Bereich der Brennermündung 2′ ausmündende Abgaszufuhrkammer 13. Ebenfalls im Sinne einer günsti­ gen und kurzwegigen Überleitung der Abgase vom Gebläse 11 in den Brenner 2, sind sowohl das Abgasansauggebläse 11 als auch das Brennergebläse 14 achsparallel zur Feu­ erraumachse 15 am Feuerraumverschluß 10, wie darge­ stellt, angeordnet.

In Rücksicht auf die Abschwenkbarkeit, aber auch den möglichst dichten Anschluß des Rückstromrohres an die Anschlußöffnung 9 ist das feuerraumverschlußseitige Ende 8 des Abgasrückführrohres nach innen eingezogen, das mit dieser Einziehung 21 (siehe Fig. 2) in die mit einer ringförmigen Weichdichtung 16 versehene Anschlußöffnung 9 des Feuerraumverschlusses 10 eingreift. Bei der dargestellten Ausführungsform er­ gibt sich außerdem, daß das Abgasrück­ führrohr die Umlenkkammer 17 vom Feuerraum 3 zu den Einmündungen 18 der Abgaszugrohre 4 mit seinem feuer­ raumverschlußseitigen Bereich 6 durchgreift.

Claims (7)

1. Heizkessel zum Verbrennen flüssiger oder gasförmi­ ger Brennstoffe, bestehend aus einem wasserführen­ den Gehäuse (1), in dem ein mit Brenner (2) be­ stückter Feuerraum (3) angeordnet ist, von dem mehrere, das wasserführende Gehäuse (1) durchgrei­ fende Abgaszugrohre (4) zur Abgassammelkammer (5) führen, in denen Abgasverdrängerkörper (6) zwecks Ausbildung langgestreckter, ringzylindrischer Ab­ gaszüge (7) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem der Abgaszugrohre (4) der Verdrängerkörper (6) als Abgasrückführrohr (20) ausgebildet ist, das offen in der Abgas­ sammelkammer (5) ausmündet und dessen anderes Ende (8) an eine Anschlußöffnung (9) des Feuerraumver­ schlusses (10) angeschlossen und von da aus mit dem Brenner (2) verbunden ist.

2. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Anschlußöffnung (9) des Feuerraum­ verschlusses (10) saugseitig ein Gebläse (11) an­ geschlossen ist, das druckseitig mit dem Brenner (2) in Verbindung steht.

3. Heizkessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse (11) mit einer die Mischkammer (12) des Brenners (2) umgebenden, ringförmigen, im Bereich der Brennermündung (2′) ausmündenden Ab­ gaszufuhrkammer (13) verbunden ist.

4. Heizkessel nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das feuerraumverschlußseitige Ende (8) des mindestens einen Abgasrückführrohres (20) nach in­ nen eingezogen ist und mit diesem Ende (8) in die mit einer ringförmigen Weichdichtung (16) verse­ hene Anschlußöffnung (9) des Feuerraumverschlus­ ses (10) eingreift.

5. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Abgasrückführrohr (20) die Umlenkkammer (17) vom Feuerraum (2) zu den Einmün­ dungen (18) der Abgaszüge (4) mit seinem feuer­ raumverschlußseitigen Bereich (6′) durchgreift.

6. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Abgasrückführrohr (20) in einem Abgaszugrohr (4) angeordnet ist, das sich mittig über dem Feuerraum (3) im wasserführenden Gehäuse (1) erstreckt.

7. Heizkessel nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das Abgasansauggebläse (11) als auch das Brennergebläse (14) achsparallel zur Feuer­ raumachse (15) am Feuerraumverschluß (10) angeord­ net ist.