EP0153611A2

EP0153611A2 - Gasheizkessel mit Brenner ohne Gebläse

Info

Publication number: EP0153611A2
Application number: EP85101137A
Authority: EP
Inventors: Peter Dipl.-Ing. Metz
Original assignee: Hydrotherm Geratebau GmbH; Hydrotherm Geraethebau GmbH
Current assignee: Hydrotherm Geratebau GmbH; Hydrotherm Geraethebau GmbH
Priority date: 1984-02-23
Filing date: 1985-02-04
Publication date: 1985-09-04
Also published as: ES540643A0; CS121485A3; PL252036A1; ES8608141A1; DE3406503A1; EP0153611A3; DK50085D0; DK50085A; DE3406503C2; CS276975B6; US4644904A

Abstract

Gasheizkessel mit Brenner ohne Gebläse mit Teillaststeuerung aus einer Brennkammer mit darüberliegenden, den Kesselblock bildenden Wärmetauscher-Elementen, in deren Wandung ein Venturirohr mit Düse sowie eine Luftklappe angeordnet sind, über die jeweils Teilmengen der für die Verbrennung erforderlichen Luft in die Brennkammer angesaugt werden, bei dem die gegen die Wärmetauscherelemente (1) offene Brennkammer an ihren weiteren Wandungen und die Luftklappe (7) an ihren Rändern dicht gegen Falschluftzustrom in die Brennkammer abgedichtet sind, wobei das Venturirohr (5) einen den Verbrennungsluft-Zustrom auf eine feste Teilmenge der bei Vollastbetrieb benötigten Luftmenge begrenzenden Querschnitt aufweist und in der Luftklappe eine Öffnung vorgesehen ist, die auf den Zustrom der Differenzluftmenge kalibriert ist, die über die durch das Venturirohr zuströmende Luftmenge hinaus zur optimalen Wirksamkeit des Brenners bei dem gewünschten Teillastbetrieb erforderlich ist. Das Venturirohr (5) weist vorteilhaft einen Querschnitt auf, durch den die Luftzufuhr in die Brennkammer (3) auf einen Anteil zwischen 1/3 und 2/3, vorzugsweise auf weniger als die Hälfte der bei Vollastbetrieb benötigten Luftmenge begrenzt wird, wobei in der Luftklappe (7) eine Fensteröffnung angeordnet ist, in die eine austauschbare, die kalibrierte Bohrung enthaltende Blendenscheibe (11) unter Abdichtung gegen Falschluftdurchtritt an ihren Rändern gehalten ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasheizkessel mit Brenner ohne Gebläse mit Teillaststeuerung, bestehend aus einer Brennkammer mit darüberliegenden, den Kesselblock bildenden Wärmetauscher-Elementen, in deren Wandung ein Venturirohr mit Düse sowie eine Luftklappe angeordnet sind, über die jeweils Teilmengen der für die Verbrennung erforderlichen Luft in die Brennkammer angesaugt werden.
Es ist bekannt, daß - bezogen auf den als Heizperiode geltenden Zeitraum - Heizkessel für die Wohnraumbeheizung eine nur etwa 25 % der Gesamtzeit betragende mittlere Auslastung aufweisen und daß infolge dieser niedrigen Auslastungsquote hohe Bereitstellungsverluste auftreten, die ihre Ursache insbesondere in der konvektiven Luftdurchströmung des Kessels während der langen Stillstandszeiten haben, durch die Kesselwärme über den Abgasabzug in die Atmosphäre abgeführt wird. Eine Drosselung der Brennerleistung zur Verlängerung der Betriebszeiten ohne Eingriff in den Verbrennungslufthaushalt führt zwar einerseits zu der erwünschten Verringerung der Stillstandsverluste, auf der anderen Seite allerdings auch zu einer überproportionalen Verringerng des Kesselwirkungsgrades, so daß dieser Weg zur Beseitigung des Problems ausscheidet.
Es ist zur Beseitigung dieses Nachteils bekannt, Gasheizkessel im sogenannten "modulierten Brennerbetrieb" zu betreiben, bei dem - auf dem Wege einer Druckregulierung an der Gasdüse - die Verbrennungsgasmenge geregelt und damit auch indirekt die über das Venturirohr angesaugte Luft in etwa verändert wird. Alle Messungen in diesem Bereich haben jedoch gezeigt, daß diese Betriebsweise nicht zu einer merklichen Verbesserung des Kesselwirkungsgrades führt, da bei einer Reduzierung des Druckes an der Düse zwar auch die von der Düse über das Venturirohr angesaugte Luft in etwa proportional reduziert wird, jedoch auf der anderen Seite der von den Flammen angesaugte sogenannte Sekundärluftanteil nicht nur praktisch unverändert bleibt sondern im Gegenteil teilweise sogar zunimmt. Im Ergebnis tritt damit bei Reduzierung des Druckes an der Düse eine Erhöhung des Luftüberschusses ein, der insgesamt trotz fallender Abgastemperatur zu einer Verminderung des Kesselwirkungsgrades führt, der durch die erzielte Verringerung der Bereitstellungsverluste nicht ausgeglichen werden kann. Insgesamt führt also diese Methode nicht zur Verbesserung des für die Wirtschaftlichkeit entscheidenden Jahreswirkungsgrades.
Es ist zur Beseitigung der beschriebenen Nachteile weiterhin bekannt, den Sekundärluftanteil über eine unterhalb des Brenners im Gehäuse angeordnete Luftklappe zuzuführen und dadurch zu regeln, daß die Klappe in proportionaler Abhängigkeit von dem an der Brennerdüse vorgegebenen Gasdruck stufenlos geöffnet bezw. geschlossen wird. Eine derartige Lösung ist neben den hohen Kosten empfindlich durch die notwendige genaue Kopplung von Gaszufuhr und Stellung der Luftklappe. Sie ist außerdem wenig flexibel, da der Gasdruck und damit die Leistung je nach der Qualität des Gases mit der Luftklappenstellung einreguliert werden muß.
Es ist schließlich bekannt, in den Abgasweg nach dem Wärmeaustauscher Klappen einzubringen, die bei einer Teillaststufe den Abgasweg teilweise verschließen, wodurch der Strömungswiderstand erhöht und damit die Sekundärluftzufuhr verringert wird. In diesen Fällen wird zwar eine Verminderung des Kesselwirkungsgrades in der Halblaststufe vermieden, der Nachteil dieser Lösung ist jedoch neben der geringen Flexibilität, die sich in einer exakten Justierung der Teillaststufe unter Berücksichtigung der jeweiligen Gasqualität darstellt, auch eine Verminderung der Sicherheit insofern, als Drosselungen oder Sperrungen in den Abgaswegen mittels beweglicher Einbauten als Risikofaktoren angesehen werden. Im übrigen müssen derartige Klappen bei Geschlossenstellung immer ein gewisses Spiel aufweisen, um eine reibungslose Bewegung bei den auftretenden Temperaturen zu gewährleisten.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Gasheizkessels der beschriebenen Art, der auf eine technisch einfache und damit preiswerte Weise sicheres Einstellen auf optimales Brennverhalten erlaubt und damit eine Verbesserung des Kesselwirkungsgrades gewährleistet. Die Erfindung besteht darin, daß die gegen die Wärmetauscherelemente offene Brennkammer an ihren weiteren Wandungen und die Luftklappe an ihren Rändern dicht gegen Falschluftzustrom in die Brennkammer abgedichtet sind, wobei das Venturirohr einen den Verbrennungsluft-Zustrom auf eine feste Teilmenge der bei Vollastbetrieb benötigten Luftmenge begrenzenden Querschnitt aufweist und in der Luftklappe eine Öffnung vorgesehen ist, die auf den Zustrom der Differenzluftmenge kalibriert ist, die über die durch das Venturirohr zuströmende Luftmenge hinaus zur optimalen Wirksamkeit des Brenners bei dem gewünschten Teillastbetrieb erforderlich ist.
Durch die Erfindung ist ein Gasheizkessel geschaffen, der auf eine technisch einfache und damit preiswerte Weise ein sicheres Einstellen des Brenners auf optimales Brennverhalten erlaubt und gleichzeitig eine Verbesserung des Kesselwirkungsgrades gewährleistet, wubei durch die Anpassung der Brennerleistung auf die jeweiligen Bedürfnisse die Stillstandszeiten erheblich verkürzt und damit die Bereitstellungsverluste merklich verringert werden können.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Venturirohr einen Querschnitt auf, durch den die Luftzufuhr in die Brennkammer auf einen Anteil zwischen 1/3 und 2/3, vorzugsweise auf weniger als die Hälfte der bei Vollastbetrieb benötigten Luftmenge begrenzt wird, wobei in der Luftklappe eine Fensteröffnung angeordnet ist, in die eine austauschbare, die kalibrierte Bohrung aufweisende Blendenscheibe unter Abdichtung gegen Falschluftdurchtritt an ihren Rändern gehalten ist. Auf diese Weise ist eine stufenlose oder stufenweise Justierung des Kessels von Vollast bis zur gewünschten Teillast im Rahmen der üblicherweise erforderlichen Betriebsanforderungen möglich, wobei ein Anteil der Verbrennungsluft als Primärluft über das Venturirohr gedeckt, die darüberhinaus erforderliche Luft in der optimalen, von der jeweiligen Justierung der Brennerleistung abhängigen Menge als Sekundärluft zugeführt wird und genauestens mittels der austauschbaren kalibrierten Bohrungen eingestellt werden kann.
Die kalibrierte Öffnung oder die kalibrierten Öffnungen sind zweckmäßig in der Luftklappe in der auch den Brenner tragenden Gehäusevorderwand angeordnet, es können jedoch auch anstelle der in der Gehäusevorderwand angeordneten kalibrierten Bohrung oder zusätzlich zu dieser Bohrung in einer anderen Gehäusewand und gegebenenfalls verteilt auf mehrere verschiedene Gehäusewände in verschiedenen Höhen- und Seitenlagen kalibrierte Bohrungen vorgesehen sein, mit deren Hilfe eine Optimierung des Brennverhalten des Kessel entsprechend den jeweiligen örtlichen oder sachlichen Bedingungen erzielt werden kann.
Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Längsschnittdarstellung eines Gasheizkessels
Fig. 2 eine Sicht auf die Luftklappe des Kessels

Der in der Zeichnung dargestellte Gasheizkessel besteht im wesentlichen aus einer von der Gehäusewand 2 umschlossenen Brennkammer 3 mit darüberliegenden, den Kesselblock bildenden Wärmetauscher-Elementen 1. In der Gehäusewand 2 sind der Brenner 4, ein Venturirohr 5 mit Düse 6 sowie eine Luftklappe 7 angeordnet, über die jeweils Teilmengen der für die Verbrennung erforderlichen Luft in die Brennkammer 3 angesaugt werden. Es sind die gegen die Wärmetauscherelemente 1 offene Brennkammer 3 an ihren weiteren Wandungen und die Luftklappe 7 an ihren Rändern dicht gegen Falschluftzustrom in die Brennkammer 3 abgedichtet, wobei das Venturirohr 5 einen den Verbrennungsluft-Zustrom auf eine feste Teilmenge der bei Vollastbetrieb benötigten Luftmenge begrenzenden Querschnitt aufweist und in der an ihren Rändern mittels Dichtstreifen 8 gegen Falschluftzustrom in die Brennkammer gedichteten Luftklappe 7 eine Öffnung 10 vorgesehen ist, die auf den Zustrom der Differenzluftmenge in die Brennkammer 3 kalibriert ist, die über die durch das Venturirohr zuströmende Luftmenge hinaus zur optimalen Wirksamkeit des Brenners bei dem gewünschten Teillastbetrieb benötigt wird. Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gaskessels ist - bei Begrenzung der Luftzufuhr in die Brennkammer 3 über das Venturirohr auf einen Anteil zwischen 1/3 und 2/3, vorzugsweise auf weniger als die Hälfte der bei Vollastbetrieb benötigten Luftmenge - in der Luftklappe 7 eine Fensteröffnung angeordnet, in die eine austauschbare, die kalibrierte Bohrung 10 aufweisende Blendenscheibe 11 unter Abdichtung gegen Falschluftdurchtritt an ihren Rändern gehalten ist.
Anstelle der in der Gehäusevorderwand angeordneten kalibrierten Bohrung oder zusätzlich zu dieser Bohrung können in einer anderen Gehäusewand und gegebenenfalls verteilt auf mehrere verschiedene Gehäusewände in verschiedenen Höhen- und Seitenlagen weitere kalibrierte Bohrungen vorgesehen sein.

Claims

1. Gasheizkessel mit Brenner ohne Gebläse mit Teillaststeuerung, bestehend aus einer Brennkammer mit darüberliegenden, den Kesselblock bildenden Wärmetauscher-Elementen, in deren Wandung ein Venturirohr mit Düse sowie eine Luftklappe angeordnet sind, über die jeweils Teilmengen der für die Verbrennung erforderlichen Luft in die Brennkammer angesaugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die gegen die Wärmetauscherelemente (1) offene Brennkammer an ihren weiteren Wandungen und die Luftklappe (7) an ihren Rändern dicht gegen Falschluftzustrom in die Brennkammer abgedichtet sind, wobei das Venturirohr (5) einen den Verbrennungsluft-Zustrom auf eine feste Teilmenge der bei Vollastbetrieb benötigten Luftmenge begrenzenden Querschnitt aufweist und in der Luftklappe eine Öffnung vorgesehen ist, die auf den Zustrom der Differenzluftmenge kalibriert ist, die über die durch das Venturirohr zuströmende Luftmenge hinaus zur optimalen Wirksamkeit des Brenners bei dem gewünschten Teillastbetrieb erforderlich ist.

2. Gasheizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Venturirohr (5) einen Querschnitt aufweist, durch den die Luftzufuhr in die Brennkammer (3) auf einen Anteil zwischen 1/3 und 2/3, vorzugsweise auf weniger als die Hälfte der bei Vollastbetrieb benötigten Luftmenge begrenzt wird, wobei in der Luftklappe (7) eine Fensteröffnung angeordnet ist, in die eine austauschbare, die kalibrierte Bohrung (10) enthaltende Blendenscheibe (11) unter Abdichtung gegen Falschluftdurchtritt an ihren Rändern gehalten ist

3. Gasheizkessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der in der Gehäusevorderwand angeordneten kalibrierten Bohrung oder zusätzlich zu dieser Bohrung in einer anderen Gehäusewand und gegebenenfalls verteilt auf mehrere verschiedene Gehäusewände in verschiedenen Höhen- und Seitenlagen kalibrierte Bohrungen vorgesehen sind.