DE4207500A1

DE4207500A1 - Spezialheizkessel fuer zentralheizung

Info

Publication number: DE4207500A1
Application number: DE4207500A
Authority: DE
Inventors: Zeljko Dipl Ing Varga; Peter Dipl Ing Dr Novak
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-03-10
Filing date: 1992-03-10
Publication date: 1993-09-16
Anticipated expiration: 2012-03-11
Also published as: US5611299A; HRP920179A2; DE4207500C2

Description

Technisches Gebiet der Erfindung

Die Erfindung gehört auf das Gebiet der Heizungstechnik und im Rahmen dessen in Bereich des Heizkesselbaues für Zentralheizung. Die Erfindung ist besonders für Heizkessel für Betrieb mit gasförmigen und flüssigen Brennstoffen geeignet. Die Erfindung kann man teilweise auch bei Heizkesseln für den Betrieb mit festen Brennstoffen anwenden.

Stand der Technik

Moderne Konstruktionen der Heizkessel müssen die vollständige Verbrennung bzw. niedrige Emissionswerte (Kohlenmonoxid CO, Ruß, nichtverbrannte Kohlenwasserstoffe CnHm und Stickstoffsoxide NOx) ermöglichen. Daneben müssen die Heizkessel die Erforderungen der Bau - und Verbrennungstechnischen Vorschriften erfüllen. Die Emission des Kohlenmonoxides CO, Rußes und nichtverbrannter Kohlenwasserstoffe CnHm ist mit modernen Brennern beherrschbar, Stickstoffsoxide NOx entstehen aber wegen der hohen Verbrennungstemperatur und relativ langen Aufenthaltszeit der Verbrennungsprodukte in Zonen der höchsten Temperaturen. Deshalb ist eine Anpassung der Heizkesselkonstruktionen nötig um die vollständige Verbrennung zu erreichen, Flammentemperatur möglichst unter 1200 °C erreichen und die Aufenthaltszeit der Verbrennungsprodukte in Heißzonen der Flamme auf unter 10 Millisekunden halten ohne Verminderung der Kesselleistung.

Würdigung des Standes der Technik

Das heutige höchste Problem beim Betrieb der Heizkessel ist die Entstehung der Stickstoffoxide NOx die das sogenannte saure Regen verursachen welches einen negativen Einfluß auf die Wälder hat. Die Flammentemperatur über 1200°C ist der Hauptgrund der Entstehung der NOx. Deshalb muß man die schnelle Abkühlung der Flamme erreichen. Dies wird meistens mit sgn. Rezirkulation erreicht beidem wird ein Teil der Rauchgasse zurück in die Flamme mittels eines zusätzlichen Ventilators geführt. Damit wird die Flammentemperatur verringert und deshalb die Entstehung der NOx reduziert. Heizkessel muß deshalb überarbeitet werden und mit der zusätzlicher Anlage für Ausführung der Rezirkulation der Rauchgase ausgerüstet sein was den Preis der Kesselanlage erheblich erhöht.

Weitere Probleme, die bei Heizkesseln vorkommen sind unter anderen die Entstehung der Ablagen aus unverbranntem Schwefel aus Brennstoff an Wänden der Feuerräume, was vermindert den Wirkungsgrad und erhöht die Wartungskosten der Heizkessel. Die andere Art der Probleme verursachen die Kesseltüre die in meisten Fällen bei der Wärmeübertragung im Heizkessel passiv sind bzw. mit ihrer Fläche nicht dabei wirken. Deshalb sind die Kesseltüre auf Flammenseite mit einer Spezialfüllung, die hohe Temperaturbeanspruchungen aushalten muß thermisch isoliert. Die Rauchgase und Flamme geben ihre Wärme der Tür ab weshalb die Außentemperatur der Türe über die Temperatur des Wärmeübertragers im Heizkessel (Wasser in meisten Fällen) steigt und damit entstehen auch die vergrößerten Wärmeverluste in Umgebung. Diese Verluste steigen besonders in Fällen wo die Kesseltüre außen nicht isoliert sind. Die Türfüllung ist wegen der Temperatur der Alterung ausgesetzt und manchmal fällt ab was den Betriebausfall des Heizkessels bedeutet. Dieses Problem wächst mit steigender Leistung der Heizkessel und damit auch deren Abmessungen.

Vorstellung der Erfindung

Bei der Lösung der NOx- und Schwefelablageprobleme der Heizkessel für flüssige und gasförmige Brennstoffe ist mit der vorgestellten Erfindung die Hilfe gegeben. Die Erfindung hilft diese Probleme auf relativ kostengünstige, einfache und wirksame Weise zu lösen.

Die Erfindung ist eine Konstruktion - Bauweise des Heizkessels, die eine zusätzliche Kühlung des Kernes, Mitte und Hinterteiles der Flamme ermöglicht und zusätzlich noch die Aufwirbelung der Flamme und den Wärmeübergang im Feuerraum erhöht.

Bei der vorgestellten Erfindung ist die Kesseltür so gestaltet, daß sie beim Wärmeübergang im Heizkessel aktiv mitwirkt und damit die Heizfläche und deshalb die Leistung des Heizkessel erhöht. Die Wartungskosten und wegen der niedrigeren Außentemperatur der Kesseltür niedrigere Verluste des Heizkessels in Umgebung sind vermindert und der Wirkungsgrad des Heizkessel wird deshalb höher. Die Außentemperatur der Kesseltür ist mit der Temperatur des Kesselwassers begrenzt und wird mit der Außenwärmedämmung der Kesseltür fast auf die Umgebungstemperatur reduziert. Auf der Innenseite der Kesseltür gibt es eine gekühlte Kammer, die die Flamme umgibt und eine schnellere Verzögerung des Temperaturanstieges der Flamme bzw. ihre schnellere Abkühlung ermöglicht. Da im Innere der Türkammer ein niedrigerer Druck herrscht als außerhalb des Feuerraumes gibt es einen Druckdifferenz weshalb wird ein Teil der Rauchgase zurück in Flamme geführt was noch zusätzlich ihre Temperatur verringert.

Bei vorgestellter Erfindung gibt es im Feureraum einen Einsatz aus flammenbeständigerem Stahl, der die Flamme umgibt und damit die Berührung der Kesselwände seitens der Flamme verhindert was eine bessere Verbrennung bei niedrigerer Flammentemperatur ermöglicht. Dieser Einsatz verursacht noch eine Erhöhung der Geschwindigkeit der Rauchgase im Feuerraum und damit die Verkürzung der Aufhaltung der Rauchgase in Zonen der höchsten Temperaturen. Dies einer Erhöhung des Wärmeüberganges im Feuerraum und einer Erniedrigung der NOx-Bildung beiträgt. Wegen seiner Gestalt ermöglicht der Einsatz auch die interne Rezirkulation der Rauchgase im Feuerraum und damit eine zusätzliche Abkühlung des Mittelteiles der Flamme und Erniedrigung der NOx-Bildung.

Bei vorgestellter Erfindung gibt es eine zusätzliche gekühlte Trennwand im Feuerraum welche die Flamme zerteilt, aufgewirbelt und kühlt den Kern der Flamme. Wegen der zusätzlichen Abkühlung der Flamme ist die Emission der NOx zusätzlich reduziert und weil die Trennwand gekühlt ist wird damit auch die Wärmeübertragung im Feuerraum erhöht.

Die Erfindung ist im Ganze an Heizkesseln für den Betrieb mit gasförmigen und flüssigen und teilweise an Heizkesseln für feste Brennstoffe anwendbar.

Beschreibung der möglichen Ausführung der Erfindung

Die Erfindung ist auf der Zeichnung, die einen Heizkessel für den Betrieb mit den gasförmigen und flüssigen Brennstoffen darstellt vorgestellt.

Die Richtung des Kreißen des Kesselwassers 10 im und in Kessel veranschauen die Pfeilen 15. Die Rauchgase 5 treten aus dem Feuerraum 12 aus, werden auf dem Innenseite 4 der Tür 1 in den Rohrschar 11 umgelenkt woraus sie in die Austrittskammer 16 und ins Freie gehen. Die Tür 1, die auf der Außerseite mit einer Wärmedämmung 2 umgekleidet ist, kann man für 90° auf eine Seite öffnen.

In Tür 1 kreißt das Wasser 10, das in Tür 1 durch das Rohr 19, das aus dem Rücklaufstutzen 18 führt (das Wasser 10 ist dort das kühlste) und durch das bewegliche Rohr 24 hineinkommt. Das Wasser 10 tritt aus der Tür 1 durch das bewegliche Rohr 23 und aus dem Kessel auf dem Vorlaufstutzen 20. Auf der Innenseite der Vorlauf 20 - und Rücklaufstutzen 18 gibt es je ein Einrichtungsrohr 17 das zur Erhöhung des Wasserdurchflusses durch Tür 1 und damit der Ausgleichung der Wassertemperatur im Kessel und Tür 1 dient. Eine Blechtrennwand 28 richtet den Strom des Kesselwassers 10 in Tür 1.

Auf der Innenseite 4 der Tür 1 gibt es eine gekühlte Kammer 6, die die Flamme 25 umgibt. Da die Geschwindigkeit der Rauchgase 5 binnen der Kammer 6 größer als außerhalb der Kammer 6 ist, herrscht in Kammer 6 ein niedrigerer Druck als im Feuerraum 12 und gibt es deshalb eine Druckdifferenz. Deshalb wird ein Teil der Rauchgase 5 zurück 27 in die Flamme 25 angesaugt. Dieser Vorgang erniedrigt die Temperatur der Flamme 25 und damit auch die NOx-Bildung. Die Flamme 25 wird im Kern auch wegen der zusätzliche Heizfläche der Tür 1 und Kammer 6 schneller gekühlt was auch die Wärmeübertragung im Feuerraum 12 erhöht. Die NOx-Bildung wird erniedrigt wegen der Erhöhung der Heizfläche mit gekühlter Tür 1 und Kammer 6 was eine schnellere Kühlung der Flamme 25 für Folge hat. Der Innendurchmesser der Kammer 6 muß dem Sprühwinkel der Brennerdüsen angepaßt sein. Die Länge der Kammer 6 muß aber das Öffnen der Tür 1 nicht hindern. Zur Entlerung der Tür 1 gibt es auf der Unterseite der Tür 1 einen Stutzen 3.

Die Flamme 25 wird mit einem Einsatz 7 aus flammenbeständigem Stahl umgegeben der verhindert daß die Flamme 25 die Wände 9 des Feuerraumes 12 berührt. Weil der Einsatz 7 bis zum Glühen aufgewärmt ist wird die Entstehung des Rußes und Ablage des unverbrannten Schwefel aus dem Brennstoff an Wänden 9 des Feuerraumes 12 stark reduziert. Dies führt zur Ausbesserung des Wirkungsrades und Erniedrigung der Wartungskosten des Kessels. Auf dem Austritt aus dem Einsatz 7 vor dem Hinterteil des Feuerraumes 12 werden die Rauchgase 5 in ein Kanal 8 hineingeführt. Das Kanal 8 bilden Außenkreislinie des Einsatzes 7 und Innenwände 9 des Feuerraumes 12. Der Strömungsquerschnitt des Kanals 8 ist mehrmals kleiner als jene des Feuerraumes 12. Deshalb werden die Rauchgase 5 entsprechend beschleunigt was die Wärmeübertragung im Feuerraum 12 des Kessels erhöht und die Zeit der Aufhaltung der Rauchgase 5 in Zonen der höchsten Temperaturen verkürzt. Dies hilft die NOx-Bildung zu reduzieren. Auf der Kreislinie des Einsatzes 7 befinden sich die Umlenkungslöffel - Sperre 22 unter denen sind die Öffnungen 21 durch die werden die Rauchgase 5 zurück 26 in die Flamme 25 geführt. Deshalb wird die Temperatur der Flamme 25 und damit die NOx-Bildung erniedrigt. Die Sperre 22 zusätzlich noch den Strömungsquerschnitt des Kanals 8 verkleinert was zu einer zusätzlichen Erhöhung des Wärmeüberganges im Feuerraum 12 bzw. der Erhöhung der Kesselleistung führt.

Im Hinterteil des Feuerraumes 12 gibt es eine mit Aufstrom des Wassers 10 gekühlte Wand 14. Die Wand 14 ist auf der Vorderseite wegen der Behinderung eines direkten Aufpralls der Stirnseite der Wand 14 seitens der Flamme 25 mit einem flammenbeständigen Belag 13 belegt (der Belag 13 kann aus der Schamotte sein). Der Belag 13 und die Wand 14 zerteilen die Flamme 25 in zwei Teile und aufwirbeln sie. Zusammen mit der zusätzlichen Heizflächen der Wand 14 wird der Kern der Flamme 25 zusätzlich und schneller abgekühlt. Dies führt noch zur einen zusätzlichen Reduzierung der NOx-Bildung und Erhöhung der Kesselleistung.

Die Ausführung der Erfindung bzw. Kessels mit gekühlter Tür 1, Kammer 6, Einsatz 7 und Wand 14 ist im Ganze für die Heizkessel für den Betrieb mit gasförmigen und flüssigen Brennstoffen mit den Gebläsebrennern geeignet. Die Ausführung der Erfindung mit gekühlter Tür 1 ohne Kammer 6, Einsatz 7 und Wand 14 ist für Heizkessel für den Betrieb mit festen Brennstoffen geeignet.

Claims

Unabhängige Patentansprüche
1. Spezialheizkessel für Zentralheizung mit einer gekühlten Kammer (6) als Teil der gekühlten Tür (1).
2. Spezialheizkessel für Zentralheizung mit einem Feuerraumeinsatz (7) aus flammenbeständigem Stahl mit auf der Kreislinie angebrachten Sperren (22) worunter gibt es die Öffnungen (21) für Zurückführung (26) der Rauchgase (5) in Flamme (25).
3. Spezialheizkessel für Zentralheizung mit in Feuerraum (12) angebrachter gekühlten Wand (14), der an der Stirnseite einen flammenbeständigen Schutzbelag (13) hat.
Abhängige Patentansprüche
1. Die gekühlte Tür (1) nach unabhängigem Patentanspruch 1 beidem wird das Kesselwasser (10) in Tür (1) durch das bewegliche Rohr (24) und Rohr (19) aus dem Rücklaufstutzen (18) hineingeführt und durch bewegliches Rohr (23) aus der Tür (1) in Vorlaufstutzen (20) abgeführt.
2. Der Feuerraumeinsatz (7) nach dem unabhängigem Patentanspruch 2 beidem die Rauchgase (5) auf ihrer Wege durch den Feuerraum (12) durch das Kanal (8) gehen. Dieses Kanal ist der Ringspalt zwischen der Außenwand des Einsatzes (7) und Innenwände (9) des Feuerraumes (12).
Kennzeichnende Teile
1. Die Erfindung ist durch gekühlte Kammer (6), die die Flamme (25) umgibt und ein Teil der gekühlten Tür (1) ist gekennzeichnet. Das Kesselwasser (10) wird in Tür (1) durch das bewegliche Rohr (24) und Rohr (19) aus dem Rücklaufstutzen (18) hineingeführt und durch bewegliches Rohr (23) aus der Tür (1) in Vorlaufstutzen (20) abgeführt.
2. Die Erfindung ist durch einen Feuerraumeinsatz (7) aus flammenbeständigen Stahl gekennzeichnet. Der Einsatz (7) besitzt auf Kreislinie die Sperre (22) unter denen gibt es die Öffnungen (21) für Zurückführung der Rauchgase (5) in Flamme (25). Die Rauchgase (5) gehen durch den Feuerraum (12) durch ein Kanal (8). Das Kanal (8) gibt es zwischen Außenkreislinie des Einsatzes (7) und Innenkesselwände (9) des Feuerraumes (12).
3. Die Erfindung ist durch gekühlte Wand (14) in Feuerraum, der ab vorne mit dem Belag (13) gegen direktes Kontakt mit der Flamme (25) geschützt ist gekennzeichnet.