DE4007621C2

DE4007621C2 - Heat generators, especially boilers

Info

Publication number: DE4007621C2
Application number: DE19904007621
Authority: DE
Inventors: Adolf Domes
Original assignee: D G L TECH DIENSTLEISTUNGS und
Current assignee: PRAEZISIONS-WERKZEUGFABRIK SCHMOELLN GMBH, 04626 S
Priority date: 1990-03-10
Filing date: 1990-03-10
Publication date: 1998-09-03
Anticipated expiration: 2010-03-11
Also published as: DE4007621A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeerzeuger, insbesondere Heizkessel mit einem, einen gebläsebetriebenen Brenner mit einem Flammrohr aufnehmenden von wasserführenden Wandungen eines Heizwasserteiles begrenzten und eine Brennkammer auf weisenden Feuerungsraum, der einerseits mit einer an einen Kamin anschließbaren Abgasführung verbunden ist und anderer seits Heizgaszüge aufweist, die über eine Öffnung für das Flammrohr in dem Bodenteil der Brennkammer mit dieser in Verbindung stehen, wobei die Brennkammer topfartig gestaltet ist und der Topfrand dem Bodenteil gegenüberliegend angeord net ist.The invention relates to a heat generator, in particular Boiler with one, with a fan-operated burner a flame tube receiving water-bearing walls a heating water part limited and a combustion chamber pointing combustion chamber, on the one hand with one to one Chimney connectable exhaust duct is connected and other hand has hot gas flues that have an opening for the Flame tube in the bottom part of the combustion chamber with this in Are connected, the combustion chamber designed pot-like is arranged and the pot edge opposite the bottom part is not.

Nach dem DE 89 04 657 U1 ist ein Kessel, insbesondere Heizungs kessel bekannt. Dieser Kessel weist eine, einen gebläsebe triebenen Brenner aufnehmende, von wasserführenden Wandungen, eine Decke und einen Boden, begrenzende Brennkammer auf. An die Brennkammer schließt sich eine, in einen Kamin oder der gleichen Abgasabzug mündende, aus mehreren Abgaszügen beste hende Abgasführung an. Die Abgasführung ist über eine Abgas rezirkulationsöffnung mit der Brennkammer verbunden, wobei die Abgasführung in einem Bereich zwischen den Abgaszügen über den Brennermund geführt ist. An dieser Stelle weist die Abgasführung die als Injektor ausgebildete Abgasrezirku lationsöffnung auf. Hierdurch soll erreicht werden, daß ein Teil der Abgase aus dem vertikal verlaufenden Teil der Abgas öffnung durch die Saugwirkung der Flammen des Brenners zu dessen Gemischaustrittsöffnungen gelangt. Die in den Abgasen enthaltenen Schadstoffe, wie CxHy nehmen an der Verbrennung des dem Brenner zugeführten Gemisches teil und werden dadurch beseitigt.According to DE 89 04 657 U1 is a boiler, especially heating boiler known. This boiler has one, a blower driven burner receiving water-bearing walls, a ceiling and floor, limiting combustion chamber. On the combustion chamber closes one, in a fireplace or the same exhaust vent, best of several exhaust ducts exhaust system. The exhaust gas routing is via an exhaust gas recirculation opening connected to the combustion chamber, wherein the exhaust gas routing in an area between the exhaust ducts is led over the burner mouth. At this point the exhaust gas duct, the exhaust gas recirculation designed as an injector opening on. This is to ensure that a Part of the exhaust gases from the vertical part of the exhaust gas opening due to the suction of the flames of the burner whose mixture outlet openings reaches. The one in the exhaust contained pollutants, such as CxHy take part in the combustion of the mixture supplied to the burner and are thereby eliminated.

Der vertikal verlaufende Teil der Abgasführung ist durch eine isolierte Frontwand von der Brennkammer getrennt. Hierdurch soll ein Aufheizen der zurückgeführten Abgase, die als Heiz gase dienen, vermieden werden. Diese Lösung ist aufwendig und wenig effektiv. Außerdem treten starke Verwirbelungen auf, die den Verbrennungsvorgang beeinträchtigen. The vertical part of the exhaust gas duct is through a insulated front wall separated from the combustion chamber. Hereby is intended to heat the recirculated exhaust gases, which are called heating serve gases, be avoided. This solution is complex and little effective. There’s also a lot of turbulence that affect the combustion process.

Durch die DE 36 01 000 A1 ist ein Wasserheizkessel mit einem von einem axial angeordneten Gasgebläse sturzbrennerbeheizten Brennraum bekannt. Hierbei erstreckt sich um eine Mittelachse eine zylindrische Brennkammer. Das dem Brenner abgewandte Ende der Brennkammer ist offen und bildet gemeinsam mit ei nem, die Brennkammer an ihrer Peripherie begrenzenden, Ein satz eine Umlenkstelle für die Brenngase.DE 36 01 000 A1 is a water boiler with a Fall burner heated by an axially arranged gas blower Combustion chamber known. This extends around a central axis a cylindrical combustion chamber. That turned away from the burner The end of the combustion chamber is open and forms together with egg nem, delimiting the combustion chamber at its periphery set a deflection point for the fuel gases.

Auf der Seite des Brenners ist die Brennkammer durch eine Abdeckung begrenzt, die auf ihrer der Brennkammer zugewandten Seite eine Isolierung trägt. Der Brenner ragt mit einem Flammrohr durch die Abdeckung in die Brennkammer hinein. Um das Flammrohr ist ein Ringspalt für rezirkulierende Abgase ausgebildet, welcher mit einem Rauchgaszug und der Brennkam mer in Verbindung steht.On the side of the burner, the combustion chamber is through a Cover limited that on their facing the combustion chamber Side carries insulation. The burner protrudes with one Flame tube through the cover into the combustion chamber. Around the flame tube is an annular gap for recirculating exhaust gases trained, which with a flue and the Brennkam is always connected.

Bei brennendem Brenner findet eine Rezirkulation von Abgasen statt, die die Brennkammer über die Umlenkstelle verlassend, über den das Flammrohr umgebenden Ringspalt teilweise wieder der Brennkammer zugeführt werden. Die Rezirkulation dient der Verringerung des Stickoxydanteiles in den Verbrennungsgasen.When the burner is on, recirculation of exhaust gases takes place instead of leaving the combustion chamber via the deflection point, partially over the annular gap surrounding the flame tube be fed to the combustion chamber. The recirculation serves the Reduction of the nitrogen oxide content in the combustion gases.

Hierbei soll, ebenso wie bei der Lösung entsprechend dem DE- 89 04 657 U1, ein Aufheizen der abgekühlten Heizgase bis sie wieder in den Flammenbereich des Brenners hinein gesaugt werden, durch eine Isolierung der oberen Abdeckung der Brenn kammern verhindert werden. Damit liegt ebenfalls eine aufwen dige und wenig effektive Lösung vor. Bei der Zuführung in die Brennkammer treten starke Verwirbelungen auf.As with the solution according to the DE- 89 04 657 U1, heating the cooled heating gases up to sucked it back into the flame area of the burner by insulating the top cover of the focal chambers can be prevented. This is also an expense and less effective solution. When feeding into the Strong turbulence occurs in the combustion chamber.

Es ist bei Stahlheizkesseln bekannt, in dem Feuerungsraum ei ne separate Umkehrbrennkammer anzuordnen, bei der die Heizga se auf ihrem Weg zur Abgasführung an der Brennerflamme ent lang zurückgeführt werden (heiße Brennkammer). Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung dieser Bauform ist die Umkehrbrennkammer topfartig ausgebildet, wobei der Topfboden der Brennermündung gegenüberliegend angeordnet ist. It is known for steel boilers in the furnace ne separate reverse combustion chamber to arrange the Heizga on the way to the flue gas duct on the burner flame long (hot combustion chamber). At a The particularly advantageous embodiment of this design is Reverse combustion chamber formed like a pot, the bottom of the pot is arranged opposite the burner mouth.

Durch die bei dieser Ausgestaltung erreichte erneute Wärme aufnahme der Heizgase kommt es zu einer intensiven Nachver brennung und daher zu ausgezeichneten CO₂-Werten. Im Zusam menwirken mit den in den Heizgaszügen angeordneten Heiz rippen, insbesondere denen nach DE 24 62 395 C2 gestalte ten, wird ein vorzüglicher Wärmeübergang an die heizwasser führenden Feuerraumwandungen und damit ein hoher feuerungs technischer Wirkungsgrad erreicht.The renewed heat absorption of the heating gases achieved with this configuration leads to intensive post-combustion and therefore to excellent CO ₂ values. In cooperation with the ribs arranged in the heating gas flues, in particular those designed according to DE 24 62 395 C2, an excellent heat transfer to the heating water walls leading to the heating water and thus a high degree of combustion efficiency is achieved.

Nachteilig ist bei dem System der heißen Brennkammer aller dings die hohe Temperatur der im Flammenbereich zurückgeführ ten und damit erneut aufgeheizten Heizgase. Es werden dadurch sehr oft zu hohe NO_x-Werte erzielt.A disadvantage of the system of the hot combustion chamber is, however, the high temperature of the heating gases which are returned in the flame area and are thus reheated. This very often leads to excessively high NO _x values.

Es besteht im Grunde eine gewisse Korelevanz zwischen CO und NO_x-Werten, so daß man bei der Konstruktion von Heizkesseln sehr oft vor der Frage steht welchen Werten man Priorität einräumen soll.There is basically a certain correlation between CO and NO _x values, so that when designing boilers one very often faces the question of which values should be given priority.

NO_x ist aber nach den neueren Erkenntnissen der Umweltfor schung äußerst umweltbelastend, wie in der DE-Z Heizung, Lüftung, Haustechnik (HLH) Bd. 40, (1989), Nr. 2, S. 78 ff dargelegt wurde. Dieses hat auch bekanntlich in der Umwelt schutzgesetzgebung seinen Niederschlag gefunden. So schreibt die Umweltschutzgesetzgebung entweder bereits drastische NO_x- Reduzierungen vor oder bereitet diese Reduzierung durch die Verschärfung bestehender Richtlinien vor.However, according to the newer knowledge of environmental research, NO _x is extremely polluting, as was shown in DE-Z heating, ventilation, building technology (HLH) Vol. 40, (1989), No. 2, p. 78 ff. As is well known, this has also been reflected in environmental protection legislation. The environmental protection legislation either prescribes drastic NO _x reductions or prepares this reduction by tightening existing guidelines.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Wärmeerzeuger, insbesondere Heizkessel, mit einem, einen gebläsebetriebenen Brenner mit einem Flammrohr aufnehmenden, von wasserführenden Wandungen eines Heizwasserteiles begrenzten und eine Brenn kammer aufweisenden Feuerungsraum, der einerseits mit einer an einen Kamin anschließbaren Abgasführung verbunden ist und andererseits Heizgaszüge aufweist, die über eine Öffnung für das Flammrohr in dem Bodenteil der Brennkammer mit dieser in Verbindung stehen, wobei die Brennkammer topfartig gestaltet ist und der Topfrand dem Bodenteil gegenüberliegend angeord net ist, zu schaffen, bei dem, unter Beibehaltung der bisher erreichten guten CO₂-Werte, auch möglichst niedrige No_x-Werte erreicht werden.The invention has for its object a heat generator, in particular boiler, with a, a fan-operated burner with a flame tube, limited by water-bearing walls of a heating water part and a combustion chamber having a combustion chamber, which is connected on the one hand to a flue gas duct that can be connected to a chimney, and on the other hand heating gas flues has, which are connected via an opening for the flame tube in the bottom part of the combustion chamber, the combustion chamber being designed like a pot and the pot edge opposite the bottom part being arranged to provide, while maintaining the good CO ₂ achieved so far Values, also the lowest possible No _x values can be achieved.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Wärmeerzeuger gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, daß der Bodenteil der Brennkammer kalottenförmig ausgebildet ist, wobei die Öffnung für das Flammrohr einen in einen größeren Radius nach innen eingezogenen Flammführungsteil aufweist und wobei die Öffnung mit dem Flammrohr einen definierten Ring spalt bildet, bei dem der Durchmesser der Öffnung für das Flammrohr gegenüber dem Durchmesser des Flammrohres in einem Verhältnis zwischen 1 : 0,5 bis 1 : 0,9 liegt.According to the invention this object is achieved by a heat generator according to the preamble of claim 1 in that the Bottom part of the combustion chamber is dome-shaped, the opening for the flame tube one into a larger one Radius inwardly drawn flame guide part and the opening with the flame tube a defined ring gap forms, in which the diameter of the opening for the Flame tube compared to the diameter of the flame tube in one Ratio is between 1: 0.5 to 1: 0.9.

Dadurch, daß die Öffnung für das Flammrohr in einem größeren Radius nach innen gezogen ist, wird in Verbindung mit der kalottenförmigen Ausgestaltung des Bodenteils der Brennkammer eine strömungstechnisch günstige Injektorwirkung erzielt.The fact that the opening for the flame tube in a larger Radius drawn inward is in connection with the dome-shaped design of the bottom part of the combustion chamber achieved a fluidically favorable injector effect.

Weiterhin ist in einer Funktionsverbindung mit dem meist konisch gestalteten Vorderteil des Flammrohres des Brenners eine Veränderung des Ringspalt-Querschnittes möglich. Damit sind bei dem erfindungsgemäßen Wärmeerzeuger auch unter schiedliche Gebläsebrenner-Typen einsetzbar und auf die erforderlichen Querschnitte und Druckverhältnisse einstell bar.Furthermore is in a functional connection with the most conical front part of the flame tube of the burner a change in the cross-section of the annular gap is possible. In order to are also in the heat generator according to the invention Different types of fan burners can be used and adapted to the set the required cross sections and pressure ratios bar.

Funktionstechnisch wichtig ist es, daß bei der Rezirkulation der Heizgase mindestens 10 bis 15% der Heizgase in den Brenn raum zurückgeführt werden.It is functionally important that during recirculation the heating gases at least 10 to 15% of the heating gases in the combustion space can be returned.

Die Auskleidung der Feuerungsraumtür kann auch kalottenförmig ausgebildet sein.The lining of the furnace door can also be dome-shaped be trained.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Verhältnis des Durch messers der Öffnung für das Flammrohr gegenüber dem Durchmes ser des Flammrohres 1 : 0,7 beträgt. It is particularly advantageous if the ratio of the through knife of the opening for the flame tube compared to the diameter water of the flame tube is 1: 0.7.

Es ist wesentlich, daß die Brennkammer aus einem hochhitze beständigen Material besteht.It is essential that the combustion chamber from a high heat resistant material.

Dabei kann die Brennkammer aus einem hochhitzebeständigen Stahlblech, in den Materialdicken zwischen <1,00 und <3,00 mm bestehen.The combustion chamber can be made of a highly heat-resistant Sheet steel, in material thicknesses between <1.00 and <3.00 mm exist.

Die Brennkammer kann auch aus einem keramischen Grundmaterial bestehen.The combustion chamber can also be made of a ceramic base material consist.

Vorteilhafterweise ist die Abgasführung unterhalb des Wasser teils angeordnet. Das bedeutet, die in den Heizgaszügen in Richtung Vorderwand strömenden Heizgase werden im Vorderwand bereich zunächst nach unten geführt. Sie strömen dann unter halb des Wasserteils zur Wärmeerzeuger-Rückwand und von dort über einen Rohrstutzen in den Kamin. Durch diese Bauform ent steht in der Abgasströmung eine gewisse Siphon-Wirkung. Diese trägt erheblich zur Schallreduzierung und damit zur Verringe rung des Geräuschpegels bei einer Heizungsanlage bei. Darüber hinaus werden die Auskühlverluste stark reduziert, da die durch den Unterdruck im Kamin durch den Brenner einströmende Luft direkt in die Abgasführung geleitet wird und nicht durch den Feuerungsraum und die Heizgaszüge strömt.The exhaust gas routing is advantageously below the water partly arranged. That means that in the heating gas trains Heating gases flowing towards the front wall are in the front wall area led down first. They then pour in half of the water section to the heat generator rear wall and from there via a pipe socket into the chimney. This design ent there is a certain siphon effect in the exhaust gas flow. This contributes significantly to noise reduction and thus to reduction noise level in a heating system. About that In addition, the cooling losses are greatly reduced because the due to the negative pressure in the chimney flowing through the burner Air is led directly into the exhaust system and not through the combustion chamber and the heating gas flue flows.

Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel näher erläu tert.The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment tert.

Die zugehörige Zeichnung zeigt einen vertikalen Längsschnitt durch einen Wärmeerzeuger.The accompanying drawing shows a vertical longitudinal section by a heat generator.

Der Wärmeerzeuger ist als ein Stahlheizkessel dargestellt. Er weist einen Feuerungsraum 2 und einen Wasserteil 3 auf, der den Feuerungsraum 2 wasserführend umgibt. Der Feuerungs raum 2 ist auf der Vorderseite des Wasserteiles 3 durch eine Feuerungsraumtür 4 mit einem darin integrierten, gebläsebe triebenen Brenner mit einem Flammrohr 5.1. verschlossen. An der radialen Wandung des Feuerungsraumes 2 sind Heizrippen 6 zur besseren Wärmeübertragung der Heizgastemperatur an das Heizwasser in dem Wasserteil 3 vorgesehen. In dem durch die radiale Wandung mit den Heizrippen 6 begrenzten Feuerungs raum 2 ist eine Brennkammer 7, vorzugsweise einschiebbar, angeordnet.The heat generator is shown as a steel boiler. It has a combustion chamber 2 and a water part 3 which surrounds the combustion chamber 2 in a water-carrying manner. The furnace 2 is on the front of the water section 3 through a furnace door 4 with an integrated, blown burner with a flame tube 5.1 . locked. On the radial wall of the furnace 2 , heating fins 6 are provided for better heat transfer of the heating gas temperature to the heating water in the water part 3 . In the combustion chamber 2 delimited by the radial wall with the heating fins 6 , a combustion chamber 7 , preferably insertable, is arranged.

Der Bereich zwischen der radialen Wandung des Feuerungs raumes 2 und der äußeren Wandung der Brennkammer 7, in dem die Heizrippen 6 liegen, bildet Heizgaszüge 11.The area between the radial wall of the firing chamber 2 and the outer wall of the combustion chamber 7 , in which the heating fins 6 are located, forms heating gas flues 11 .

Die Brennkammer 7 besteht aus einem hochhitzebeständigen Material. Das Material kann ein hochhitzebeständiges Stahl blech, in den Materialdicken zwischen <1,00 und <3,00 mm sein. Es ist aber auch möglich, daß die Brennkammer 7 aus ei nem keramischen Grundmaterial besteht.The combustion chamber 7 consists of a highly heat-resistant material. The material can be a highly heat-resistant steel sheet, in the material thicknesses between <1.00 and <3.00 mm. But it is also possible that the combustion chamber 7 consists of egg nem ceramic base material.

Auf ihrer dem Brenner 5 zugewandten Seite weist die Brennkam mer 7 einen Bodenteil 7.1 auf, wobei der Bodenteil 7.1, der günstigen Strömung halber kalottenförmig gestaltet ist. In dem Bodenteil 7.1. ist eine Öffnung 7.2. für das Flammrohr 5.1. vorgesehen. Die Öffnung 7.2. weist einen in einen größe ren Radius nach innen eingezogenen Flammführungsteil 7.3. auf, wobei die Öffnung 7.2 mit dem Flammrohr 5.1. einen defi nierten Ringspalt bildet. Dabei liegt der Durchmesser der Öffnung 7.2 für das Flammrohr 5.1. gegenüber dem Durchmesser des Flammrohres 5.1. in einem Verhältnis zwischen 1 : 0,5 bis 1 : 0,9, vorzugsweise in einem Verhältnis von 1 : 0,7.On its side facing the burner 5 , the Brennkam mer 7 has a bottom part 7.1 , the bottom part 7.1 being dome-shaped for the sake of the favorable flow. In the bottom part 7.1 . is an opening 7.2 . for the flame tube 5.1 . intended. The opening 7.2 . has a flame guide part 7.3 drawn inwards in a larger radius. on, the opening 7.2 with the flame tube 5.1 . forms a defined annular gap. The diameter of the opening 7.2 is 5.1 for the flame tube. compared to the diameter of the flame tube 5.1 . in a ratio between 1: 0.5 to 1: 0.9, preferably in a ratio of 1: 0.7.

Die Brennkammer 7 ist topfartig gestaltet, wobei der Topfrand dem Bodenteil 7.1 gegenüberliegend angeordnet ist.The combustion chamber 7 is designed like a pot, the pot edge being arranged opposite the base part 7.1 .

Die durch den Betrieb des gebläsebetriebenen Brenners 5 erzeugten Heizgase strömen über das Flammrohr 5.1. und die Brennkammer 7 ein. Die Heizgase verlassen die Brennkammer 5 an ihrem rückwärtigen offenen Ende und treten in die Heiz gaszüge 11 ein. Einen Teil ihrer Wärme geben die Heizgase hier an die Wärmeaustauscherflächen ab und strömen weiter in den Vorderteil des Feuerungsraumes 2. The heating gases generated by the operation of the fan-operated burner 5 flow through the flame tube 5.1 . and the combustion chamber 7 a. The heating gases leave the combustion chamber 5 at its rear open end and enter the heating gas flues 11 . The heating gases give off part of their heat here to the heat exchanger surfaces and continue to flow into the front part of the combustion chamber 2 .

Durch die Brennerflamme wird ein Teil der Heizgase über den in einen größeren Radius nach innen eingezogenen Flammfüh rungsteil 7.3. durch die das Flammrohr 5.1. auf diese Weise injektorförmig umgebenden Öffnung 7.2. wieder in die Brenn kammer 7 eingesaugt. Dadurch wird die Brennerflamme unter einen die NO_x-Bildung begünstigenden Temperaturbereich gesenkt. Die restlichen Heizgase strömen zur Abgasführung 8.Due to the burner flame, part of the heating gases is drawn over the flame guide part 7.3 which is drawn inwards over a larger radius. through which the flame tube 5.1 . in this way, opening 7.2 surrounding the injector. sucked back into the combustion chamber 7 . This lowers the burner flame below a temperature range that favors NO _x formation. The remaining heating gases flow to the exhaust gas duct 8 .

Claims

1.Heat generator, in particular a boiler, with a combustion chamber which receives a fan-operated burner with a flame tube, is delimited by water-bearing walls of a heating water part and has a combustion chamber, which on the one hand is connected to an exhaust gas duct which can be connected to a chimney and on the other hand has hot gas flues which have a The opening for the flame tube in the base part of the combustion chamber is connected to the latter, the combustion chamber being designed pot-like and the top edge of the base part being arranged opposite, characterized in that the base part ( 7.1 ) of the combustion chamber ( 7 ) is dome-shaped, wherein the opening ( 7.2 ) for the flame tube ( 5.1 ) has a flame guide part ( 7.3 ) drawn inwards in a larger radius, and wherein the opening ( 7.2 ) forms a defined annular gap with the flame tube ( 5.1 ), in which the diameter of the opening ( 7.2 ) for the flame tube ( 5. 1 ) compared to the diameter of the flame tube ( 5.1 ) in a ratio between 1: 0.5 to 1: 0.9.

2. Heat generator according to claim 1, characterized in that the lining of the furnace door ( 4 ) is dome-shaped.

3. Heat generator according to claim 1, characterized in that the ratio of the diameter of the opening ( 7.2 ) for the flame tube ( 5.1 ) compared to the diameter of the flame tube ( 5.1 ) is 1: 0.7.

4. Heat generator according to claims 1 to 3, characterized in that the combustion chamber ( 7 ) consists of a hochhitzebeständi gem material.

5. Heat generator according to claim 4, characterized in that the combustion chamber ( 7 ) consists of a highly heat-resistant steel sheet, in the material thicknesses between <1.00 and <3.00 mm.

6. Heat generator according to claims 1 to 4, characterized in that the combustion chamber ( 7 ) consists of a ceramic base material.

7. Heat generator according to one of the preceding claims, characterized in that the exhaust gas duct ( 8 ) is arranged below the water part ( 3 ) and is connected to a chimney via a pipe socket ( 9 ).