DE4207500C2 - Heizkessel mit verringerter NO¶x¶-Emission - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Heizkessel mit einem von Wasser gekühlten Brennraum, mit einer ebenfalls von Wasser gekühlten Tür, in der sich eine Öffnung für einen Öl- oder Gasgebläsebren­ ner befindet, und mit einem wassergekühlten Einsatz.

Ein Heizkessel mit diesen Merkmalen ist in der DE 40 16 880 A1 beschrieben. Dort wird der gesamte Brennraum gekühlt, nämlich sowohl die Ringwandung, die den Brennraum zylindrisch umgibt, wie auch die vordere Tür und die hintere Stirnwand.

Die DE-AS 15 79 940 beschreibt einen Warmwasserheizkessel mit einem wasserumspülten Brennraum. Außerdem ist am Türende des Brennraumes ein hohler Rotationskörper vorgesehen, dessen Durchmesser zur Brennkammertür hin zunimmt. Dadurch soll eine diffusorartige Ausbildung der Kühlvorrichtung erreicht werden mit dem Vorteil, eine laminare Strömung der Heizgase zu erzie­ len, wodurch die Geräuschentwicklung verringert werden soll. Auch sollen die Heizflächen des Kessels gleichmäßiger mit den Brenngasen beaufschlagt werden, wodurch der Wirkungsgrad des Heizkessels erhöht werden soll.

Das DE-GM-19 11 608 beschreibt einen Dampfkessel, dessen eine Stirnwand einen doppelkonisch ausgebildeten Einsatz hat, des­ sen doppelt ausgebildete Wandung von Kesselwasser durchströmt wird. Der Querschnitt des Einsatzes verjüngt sich also zum Inneren des Kessels. Mit dieser Querschnittsprofilierung kann man aber mit Öl- oder Gasgebläsebrennern keine Brennflamme erzeu­ gen. Diese Konstruktion findet daher in der Praxis bei Öl- oder Gasfeuerungen keine Anwendung.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Heizkessel mit den eingangs genannten Merkmalen vorzuschlagen, der sich bei einfacher Konstruktion durch einen geringen NO_x- Ausstoß im Betrieb auszeichnet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an der Innenseite der Tür ein die Öffnung umgebender Einsatz befestigt ist, der mit Hilfe des in der Tür zirkulierenden Wassers gekühlt ist und der den der Flamme zur Verfügung ste­ henden Querschnitt des Brennraums über einen Teil der Länge des Brennraums verringert, und daß im rückwärtigen Teil des Brennraums vor der hinteren Stirnwand eine die Flamme teilende und ebenfalls mit Wasser gekühlte Trennwand angeordnet ist.

Mit Hilfe des Einsatzes wird die Strömungsgeschwindigkeit im vorderen Teil der Flamme fühlbar erhöht und durch die dadurch geschaffene Druckdifferenz wird ein Teil der Gase auf natürli­ che Weise wieder zurückgeführt und den Flammen beigemischt. Diese Wiederbeimischung der schon gekühlten Gase kühlt also die Brenngase im mittleren Bereich der Flamme.

Weil der Einsatz mit der Tür verbunden ist und mit dem in der Tür ohnedies zirkulierenden Wasser gekühlt wird, wird eine konstruktive Vereinfachung erreicht.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Trennwand trennt die Brenn­ flamme und vergrößert dadurch ihre Oberfläche. Diese Oberflä­ chenvergrößerung führt zu einer Kühlung der Brenngase. Außer­ dem ist die Trennwand gekühlt und durch den Kontakt der Brenn­ gase mit der gekühlten Trennwand werden die Brenngase eben­ falls gekühlt.

Durch die Merkmale von Patentanspruch 1 wird somit die Erfindungsaufgabe gelöst.

Bevorzugt wird es, wenn die Trennwand des Brennraums von einem Einsatz aus flammenbeständigem Stahl gebildet ist.

Außerdem wird es bevorzugt, wenn die Trennwand stirnseitig einen flammenbeständigen Schutzbelag trägt. Der Schutzbelag schützt die direkt von der Brennflamme beaufschlagte Vorder­ seite der Trennwand.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbei­ spiels näher erläutert. Die Figur zeigt perspektivisch einen Axialschnitt durch einen erfindungsgemäßen Heizkessel.

Der gezeigte Heizkessel ist für den Betrieb mit gasförmigen und auch mit flüssigen Brennstoffen geeignet.

Kesselwasser 10 kreist im Heizkessel in Richtung von Pfeilen 15. Rauchgase 5 treten aus einem Feuerraum 12 des Heizkessels aus. Sie werden auf der Innenseite 4 einer Tür 1 in eine Rohr­ schar 11 umgelenkt. Von dort gelangen sie in eine Austritts­ kammer 16 und von der Austrittskammer ins Freie.

Die Tür 1 ist an ihrer Außenseite mit einer Wärmedämmung 2 verkleidet.

Das Wasser ist in einem Rücklaufstutzen 18 am kühlsten. Von dort gelangt ein Teil des Wassers über ein Rohr 19, welches vom Rücklaufstutzen 18 abzweigt, zu einem beweglichen Rohr 24 und von dort in die Tür 1.

Das Wasser 10 tritt aus der Tür 1 durch ein bewegliches Rohr 23 aus und gelangt von dort in einen Vorlaufstutzen 20.

Im Inneren des Vorlaufstutzens 20 und des Rücklaufstutzens 18 ist je ein Rohr 17 vorgesehen, das zur Erhöhung des Wasser­ durchflusses durch die Tür 1 und damit zur Angleichung der Wassertemperatur im Kessel und in der Tür 1 dient.

Eine Trennwand 28 aus Blech richtet den Strom des Kesselwas­ sers 10 in die Tür 1.

An der Innenseite 4 der Tür 1 ist eine ebenfalls mit dem Was­ ser gekühlte Kammer vorgesehen, die durch einen ringförmigen Einsatz 6 ausgebildet wird, der die Flamme 25 umgibt. Da die Geschwindigkeit der Rauchgase 5 in dem Einsatz 6 größer ist als außerhalb des Einsatzes, herrscht im Einsatz ein niedrige­ rer Druck als im Feuerraum 12. Bedingt durch die sich dadurch ergebende Druckdifferenz wird ein Teil der Rauchgase 5 in Richtung der Pfeile 27 zurück in die Flamme 25 gesaugt. Da­ durch wird die Temperatur der Flamme 25 erniedrigt und damit auch die NO_x-Bildung.

Die Flamme 25 wird auch wegen der zusätzlichen Fläche der Tür 1 und des Einsatzes 6 schneller gekühlt, was ebenfalls die Wärmeübertragung im Feuerraum 12 erhöht.

Die NO_x-Bildung wird erniedrigt wegen der Erhöhung der Heiz­ fläche, bedingt durch die gekühlte Tür 1 und den Einsatz 6, was eine schnellere Kühlung der Flamme 25 zur Folge hat.

Der Innendurchmesser des Einsatzes 6 kann dem Sprühwinkel der Brennerdüsen angepaßt sein. Die Länge des Einsatzes 6 soll so gewählt sein, daß dadurch ein Öffnen der Tür 1 nicht behindert wird.

Zur Entleerung des in der Tür befindlichen Wassers ist auf der Unterseite der Tür 1 ein Stutzen 3 vorgesehen.

Die Flamme 25 ist außerdem von einem Einsatz 7 aus flammenbe­ ständigem Stahl umgeben, der verhindert, daß die Flamme 25 die Wände 9 des Feuerraums 12 berührt. Weil im Betrieb der Einsatz 7 bis zum Glühen erhitzt wird, wird die Entstehung von Ruß und die Abscheidung von unverbranntem Schwefel aus dem Brennstoff an den Wänden 9 des Feuerraums 12 stark reduziert. Die Anbrin­ gung des Einsatzes 7 im Feuerraum 12 gewährleistet zusätzlich einen gleichmäßigen konvektiven Wärmeübergang auch bei Teil­ last. Deshalb wird der Wirkungsgrad bei Teillast sogar erhöht. Dies führt somit zu einer Verbesserung des Wirkungsgrades insgesamt und zu einer Verringerung der Wartungskosten des Kessels.

Beim Austritt der Brenngase aus dem Einsatz 7 vor dem rückwär­ tigen Teil des Feuerraums 12 werden die Rauchgase 5 in einen Kanal 8 geleitet. Der Kanal 8 wird von der Außenkreislinie des Einsatzes 7 gebildet und von den Innenwänden 9 des Feuerraums 12. Der Strömungsquerschnitt des Kanals 8 ist um ein Mehrfa­ ches kleiner als derjenige des Feuerraums 12. Aus diesem Grun­ de werden die Rauchgase 5 dort entsprechend beschleunigt, was die Wärmeübertragung im Feuerraum 12 des Kessels erhöht und gleichzeitig die Aufenthaltsdauer der Rauchgase 5 in den Zonen der höchsten Temperatur verkürzt. Auch diese Maßnahmen tragen dazu bei, die NO_x-Bildung zu reduzieren.

Auf der Kreislinie des Einsatzes 7 befinden sich Sperren 22, die durch Umlenkbleche gebildet sind. Unter den Sperren sind Öffnungen 21 vorgesehen, durch die die Rauchgase 5 in Richtung der Pfeile 26 zurück in die Flamme 25 geführt werden. Dadurch wird die Temperatur der Flamme 25 und damit ebenfalls die NO_x- Bildung erniedrigt. Die Sperre 22 verringert zusätzlich den Strömungsquerschnitt des Kanals 8, was zu einer zusätzlichen Erhöhung des Wärmeübergangs im Feuerraum 12 bzw. zu einer Erhöhung der Kesselleistung führt.

Im rückwärtigen Teil des Feuerraumes 12 ist eine im Aufstrom des Wassers 10 gekühlte Wand 14 vorgesehen. Die Wand 14 ist auf ihrer Vorderseite mit einem flammenbeständigen Belag 13 versehen, beispielsweise aus Schamotte. Dadurch wird ein di­ rekter Aufprall der Flamme 25 auf die nackte Wand 14 vermie­ den.

Die Wand 14 mit ihrem Belag 13 teilen die Flamme 25 in zwei Teile und verwirbeln sie. Zusammen mit der zusätzlichen Heiz­ fläche der Wand 14 wird der Kern der Flamme 25 zusätzlich und schneller abgekühlt. Dies führt zu einer weiteren Reduzierung der NO_x-Bildung und zu einer weiteren Erhöhung der Kessellei­ stung.

Die Länge und Dicke der Trennwand 14 sollen so bemessen sein, daß die Ausbreitung und Ausdehnung der Flamme 25 so wenig wie möglich gehindert wird.

Claims (3)

1. Heizkessel mit einem von Wasser gekühlten Brennraum, mit einer ebenfalls von Wasser gekühlten Tür, in der sich eine Öffnung für einen Öl- oder Gasgebläsebrenner befin­ det und mit einem wassergekühlten Einsatz dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenseite der Tür (1) ein die Öffnung umge­ bender Einsatz (6) befestigt ist, der mit Hilfe des in der Tür zirkulierenden Wassers gekühlt ist und der den der Flamme zur Verfügung stehenden Querschnitt des Brenn­ raums über einen Teil der Länge des Brennraums verrin­ gert, und daß im rückwärtigen Teil des Brennraums vor der hinteren Stirnwand eine die Flamme (26) teilende und ebenfalls mit Wasser gekühlte Trennwand (14) angeordnet ist.

2. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand des Brennraums von einem Einsatz (7) aus flammbeständigem stahl gebildet ist.

3. Heizkessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (14) stirnseitig einen flammbeständigen Schutzbelag (13) trägt.