EP0276408A2 - Atmosphärischer Gaskessel - Google Patents

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EP0276408A2
EP0276408A2 EP87117722A EP87117722A EP0276408A2 EP 0276408 A2 EP0276408 A2 EP 0276408A2 EP 87117722 A EP87117722 A EP 87117722A EP 87117722 A EP87117722 A EP 87117722A EP 0276408 A2 EP0276408 A2 EP 0276408A2
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Manfred Zeimes
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Thyssen Industrie AG
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    • F24H1/26—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers the water mantle forming an integral body
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    • F24H1/287—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers the water mantle forming an integral body including one or more furnace or fire tubes with the fire tubes arranged in line with the combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24H1/24—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers
    • F24H1/30—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers the water mantle being built up from sections
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24H9/00—Details
    • F24H9/0005—Details for water heaters
    • F24H9/001—Guiding means
    • F24H9/0026—Guiding means in combustion gas channels

Definitions

  • the invention relates to an atmospheric gas boiler with two vertically arranged end members and at least one intermediate member arranged between them and burner lances arranged in the lower part of the gas boiler, the boiler flowed through by the heating water elements having a combustion chamber and adjoining secondary heating surfaces.
  • Such gas boilers are mainly used as central heating boilers.
  • a blower is missing in atmospheric gas boilers.
  • the combustion chamber has an opening for the entry of secondary air, while primary air is drawn in through a mixing tube of the burner or the burner lances.
  • the central link extends or the central links extend only in the area of the secondary heating surfaces and end above the combustion chamber. This can result in relatively high flame or exhaust gas temperatures in the combustion chamber, which promotes the formation of NOX.
  • the object of the invention is to reduce the amount of NOX produced during combustion.
  • the central link has a tongue which projects into the combustion chamber and through which the heating water flows and that the tongue has cooling fins on the outside which extend into the adjacent combustion chambers.
  • combustion temperatures and also the exhaust gas temperatures are in a range in which there is no significant formation of NOX.
  • Each tongue of a central link should have at least one breakthrough connecting the adjacent fireboxes in order to enable pressure and / or temperature compensation between adjacent fireboxes.
  • Air inlet openings are expediently formed in the floor area between the adjacent links, in the area of which the burner lances are arranged. Then the thermal energy generated in the combustion chamber or in the combustion chambers can be largely and without loss transferred to the heating water in the boiler sections.
  • Radiation losses from the combustion chamber can be avoided in particular if the projection area of one or more adjacent burner lances in a projection onto the air inlet opening is equal to or larger than the area of the air inlet opening.
  • the heat radiation emitted by the burner lances themselves can be used if the burner lances are at least partially arranged over their height between walls of the water-bearing cavities of the limbs, the distance of these walls from a burner lance being smaller than the entire width or the entire diameter of the relevant burner lance or burner lances.
  • the walls of the water-carrying cavities in the area of the burner lances follow their contours.
  • the secondary air supplied through the air inlet openings is selectively supplied to the flames emanating from each burner lance.
  • the burner lances can be inserted laterally into the boiler. The generation of small amounts of NOX is still promoted if combustion air inlet openings open into the combustion chambers.
  • the basic structure of the atmospheric gas boiler shown in the drawing consists of two end members 1, 2 and at least one middle member 3 arranged between them. Only one middle member 3 is shown. A plurality of similar middle members can also be arranged between the two end members.
  • the end members 1, 2 and the middle member 3 have water-conducting cavities 4 to which the heating water is supplied via an inlet 5.
  • the inlet 5 is located on the end member 1.
  • the heating water also passes into the cavities 4 of the adjacent middle member 3 and possibly further middle members as well as into the cavity 4 of the other end member 2.
  • the heated heating water is discharged from the gas boiler via an outlet (not shown) dissipated.
  • the members 1, 2, 3 of the gas boiler are held together with anchors 6 in the usual way.
  • the abutting surfaces between the individual links 1, 2, 3 are sealed in a known manner.
  • the members 1, 2, 3 of the gas boiler are hollow over their entire height. In their lower area, they define combustion chambers 7, 8 and adjoining upper secondary heating surfaces 9, 10, which have flat cooling fins 11.
  • the cooling fins can also be designed as needle fins.
  • the middle member 3 has a water-bearing tongue 12 which extends into the area of the combustion zone and delimits the two adjacent combustion chambers 7, 8.
  • the tongue 12 has at least one opening 13 in order to enable pressure and temperature compensation between the two combustion chambers 7, 8.
  • cooling fins 14 are provided which extend into the adjacent combustion chambers 7, 8.
  • Corresponding cooling fins 15 also start from the walls of the end members 1 and 2 delimiting the combustion chambers 7 and 8, respectively.
  • the cooling fins 14 and 15 are also designed as flat fins.
  • the cavities 4 of the links 1, 2, 3 extend, as shown, to the bottom area of the gas boiler.
  • burner lances 18, 19 are arranged, which are inserted through side openings, not shown, of the gas boiler.
  • only one burner lance 18 or 19 is shown in the area of each air inlet opening 16 or 17.
  • several burner lances can also be arranged side by side.
  • Each burner lance 18 or 19 extends essentially over the entire width of the associated combustion chamber 7 or 8.
  • Each air inlet opening 16 and 17 is delimited by tongue-like sections 20, 21 of the end links 1 or 2 and the middle link 3.
  • the walls of these sections 20, 21 facing the burner lances 18, 19 are brought relatively close to the burner lances 18, 19 and follow the contour of the cylindrical burner lances 18, 19 at some distance.
  • this design ensures that heat radiation from the combustion chambers 7, 8 through the air inlet openings 16, 17 is avoided.
  • it is achieved that the heat radiation emitted by the burner lances 18, 19 is absorbed by the tongue-like sections 20, 21 and thus made usable for heating the heating water.
  • the secondary air is also selectively fed to the combustion in the indicated flame region 22.
  • Extending tongue 12 in the area of the fireboxes 7, 8 is already dissipated so much heat to the heating water that the combustion temperatures in the fireboxes 7, 8 remain in a range that is not critical for the formation of significant amounts of NOX.
  • the hot exhaust gases flow from the fireboxes 7, 8 in the direction of arrow 23 past the subsequent secondary heating surfaces 9 and 10 and leave the gas boiler through an outlet, not shown.
  • Inlet openings for combustion air open into the combustion chambers 7, 8, for example in the form of channels which are led through the end members 1, 2 to the outside and are not shown in the drawing. This enables afterburning in the combustion chambers, which leads to a further reduction in the NOx content in the exhaust gas.

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Abstract

Ein atmosphärischer Gaskessel weist zwei senkrecht angeordnete Endglieder (1,2) und wenigstens ein dazwischen angeordnetes Mittelglied (3) sowie im unteren Teil des Gaskessels angeordnete Brennerlanzen (18,19) auf. Die vom Heizwasser durchströmten Glieder des Kessels weisen einen Feuerraum (7,8) sowie daran anschließende Nachschaltheizflächen (9,10) auf. Um die bei der Verbrennung entstehenden NOX-Mengen zu senken, soll das Mittelglied (3) eine bis in den Feuerraum (7,8) ragende, vom Heizwasser durchströmte Zunge (12) aufweisen und soll die Zunge (12) außenseitig Kühlrippen (14) besitzen, die sich in die benachbarten Feuerräume (7,8) erstrecken.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen atmosphärischen Gaskessel mit zwei senk­recht angeordneten Endgliedern und wenigstens einem dazwischen angeord­neten Mittelglied sowie im unteren Teil des Gaskessels angeordneten Brennerlanzen, wobei die vom Heizwasser durchströmten Glieder des Kes­sels einen Feuerraum sowie daran anschließende Nachschaltheizflächen aufweisen.
  • Derartige Gaskessel werden hauptsächlich als Zentralheizungskessel ein­gesetzt. Bei atmosphärischen Gaskesseln fehlt ein Gebläse. Dafür besitzt der Feuerraum eine Öffnung für den Eintritt von Sekundärluft, während Primärluft durch ein Mischrohr des Brenners bzw. der Brennerlanzen an­gesaugt wird.
  • Bei einem atmosphärischen Gaskessel der eingangs beschriebenen Gattung erstreckt sich das Mittelglied bzw. erstrecken sich die Mittelglieder lediglich im Bereich der Nachschaltheizflächen und enden oberhalb des Feuerraums. Dadurch können im Feuerraum verhältnismäßig hohe Flammen- bzw. Abgastemperaturen entstehen, wodurch die Bildung von NOX gefördert wird.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Menge des bei der Verbrennung ent­stehenden NOX zu senken.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Mittelglied eine bis in den Feuerraum ragende, vom Heizwasser durchströmte Zunge aufweist und daß die Zunge außenseitig Kühlrippen besitzt, die sich in die benachbarten Feuerräume erstrecken.
  • Damit wird erreicht, daß bereits im Feuerraum bzw. in den von der Zunge oder von den Zungen gebildeten Feuerräumen der Wärmeübergang an das Heizwasser beginnt. Dementsprechend liegen die Verbrennungstemperaturen und auch die Abgastemperaturen in einem Bereich, in dem eine erhebliche Bildung von NOX nicht eintritt.
  • Jede Zunge eines Mittelgliedes sollte wenigstens einen die benachbarten Feuerräume verbindenden Durchbruch aufweisen, um einen Druck- und/oder Temperaturausgleich zwischen benachbarten Feuerräumen zu ermöglichen.
  • Zweckmäßig sind im Bodenbereich zwischen den benachbarten Gliedern Luft­eintrittsöffnungen (für Sekundärluft) gebildet, in deren Bereich die Brennerlanzen angeordnet sind. Dann kann nämlich die im Feuerraum oder in den Feuerräumen erzeugte Wärmeenergie weitgehend und verlustfrei an das Heizwasser in den Kesselgliedern übertragen werden.
  • Strahlungsverluste aus dem Feuerraum lassen sich insbesondere dann ver­meiden, wenn die Projektionsfläche einer bzw. mehrere nebeneinanderlie­gender Brennerlanzen in einer Projektion auf die Lufteintrittsöffnung gleich oder größer ist als die Fläche der Lufteintrittsöffnung.
  • Ferner kann die von den Brennerlanzen selbst abgegebene Wärmestrahlung dann genutzt werden, wenn die Brennerlanzen über ihre Höhe wenigstens teilweise zwischen Wandungen der wasserführenden Hohlräume der Glieder angeordnet sind, wobei der Abstand dieser Wandungen von einer Brenner­lanze kleiner ist als die gesamte Breite oder der gesamte Durchmesser der betreffenden Brennerlanze bzw. Brennerlanzen. Dazu ist es vorteil­haft, wenn die Wandungen der wasserführenden Hohlräume im Bereich der Brennerlanzen deren Kontur folgen. Gleichzeitig damit wird auch erreicht, daß die durch die Lufteintrittsöffnungen zugeführte Senkundärluft ge­zielt den von jeder Brennerlanze ausgehenden Flammen zugeführt wird. Die Brennerlanzen können seitlich in den Kessel eingeführt sein. Die Entstehung geringer NOX-Mengen wird noch gefördert, wenn in die Feuerräume Eintrittsöffnungen für Verbrennungsluft münden.
  • Im folgenden wird ein in der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbei­spiel der Erfindung erläutert; es zeigen:
    • Fig. 1 schematisch einen Vertikalschnitt durch einen atmosphärischen Gaskessel,
    • Fig. 2 einen Horizontalschnitt in Richtung II-II durch den Gegenstand nach Figur 1.
  • Der in der Zeichnung dargestellte atmosphärische Gaskessel besteht in seinem grundsätzlichen Aufbau aus zwei Endgliedern 1, 2 und wenigstens einem zwischen diesen angeordneten Mittelglied 3. Dargestellt ist nur ein Mittelglied 3. Es können auch mehrere gleichartige Mittelglieder zwischen den beiden Endgliedern angeordnet sein.
  • Die Endglieder 1, 2 und das Mittelglied 3 weisen durchgehend wasser­führend Hohlräume 4 auf, denen das Heizwasser über einen Zulauf 5 zu­geführt wird. Der Zulauf 5 befindet sich am Endglied 1. Über Verbin­dungshülsen 26 gelangt das Heizwasser auch in die Hohlräume 4 des benach­barten Mittelgliedes 3 und gegebenenfalls weiterer Mittelglieder sowie in den Hohlraum 4 des anderen Endgliedes 2. Das erwärmte Heizwasser wird über einen nicht dargestellten Ablauf aus dem Gaskessel abgeführt.
  • Die Glieder 1, 2, 3 des Gaskessels werden mit Ankern 6 in üblicher Weise zusammengehalten. Die Stoßflächen zwischen den einzelnen Gliedern 1, 2, 3 sind in bekannter Weise abgedichtet.
  • Wie man insbesondere aus Figur 1 entnimmt, sind die Glieder 1, 2, 3 des Gaskessels über ihre gesamte Höhe hohl ausgebildet. Sie definieren in ihrem unteren Bereich Feuerräume 7, 8 und daran anschließende obere Nachschaltheizflächen 9, 10, die flächige Kühlrippen 11 aufweisen. Die Kühlrippen können auch als Nadelrippen ausgebildet sein.
  • Das Mittelglied 3 besitzt eine wasserführende Zunge 12, die sich bis in den Bereich der Verbrennungszone erstreckt und die beiden benach­barten Feuerräume 7, 8 begrenzt. Im Bereich der Feuerräume 7, 8 besitzt die Zunge 12 wenigstens einen Durchbruch 13, um einen Druck- und Tempe­raturausgleich zwischen den beiden Feuerräumen 7, 8 zu ermöglichen. Am unteren Ende der Zunge 12 sind Kühlrippen 14 vorgesehen, die sich in die benachbarten Feuerräume 7, 8 erstrecken. Entsprechende Kühlrip­pen 15 gehen auch von den die Feuerräume 7 bzw. 8 begrenzenden Wandun­gen der Endglieder 1 und 2 aus. Die Kühlrippen 14 und 15 sind ebenfalls als flächige Rippen ausgebildet.
  • Die Hohlräume 4 der Glieder 1, 2, 3 erstrecken sich, wie dargestellt, bis in den Bodenbereich des Gaskessels. Dort, nämlich im Bodenbereich, sind zwischen benachbarten Gliedern 1, 2, 3 nach unten offene Luftein­trittsöffnungen 16, 17 gebildet, in denen Brennerlanzen 18, 19 angeord­net sind, die durch nicht dargestellte seitliche Öffnungen des Gaskessels eingeschoben sind. Bei der dargestellten Ausführung ist im Bereich je­der Lufteintrittsöffnung 16 bzw. 17 nur eine Brennerlanze 18 bzw. 19 dargestellt. Statt einer Brennerlanze können auch mehrere Brennerlan­zen nebeneinander angeordnet sein. Jede Brennerlanze 18 bzw. 19 erstreckt sich im wesentlichen über die gesamte Breite des ihr zugeordneten Feuer­raums 7 bzw. 8.
  • Jede Lufteintrittsöffnung 16 bzw. 17 wird von zungenartigen Abschnitten 20, 21 der Endglieder 1 oder 2 und des Mittelgliedes 3 begrenzt. Die den Brennerlanzen 18, 19 zugewandten Wandungen dieser Abschnitte 20, 21 sind verhältnismäßig dicht an die Brennerlanzen 18, 19 herangeführt und folgen der Kontur der zylindrischen Brennerlanzen 18, 19 in einigem Abstand. Durch diese Ausbildung wird einerseits erreicht, daß eine Wär­meabstrahlung aus den Feuerräumen 7, 8 durch die Lufteintrittsöffnun­gen 16, 17 vermieden wird. Andererseits wird erreicht, daß die von den Brennerlanzen 18, 19 abgegebene Wärmestrahlung von den zungenartigen Abschnitten 20, 21 aufgefangen und damit zur Erwärmung des Heizwassers nutzbar gemacht wird. Schließlich wird auch die Sekundärluft gezielt der Verbrennung im angedeuteten Flammenbereich 22 zugeführt. Über die Kühlrippen 14, 15 und die sich bis zwischen die Feuerräume 7, 8 er­ streckende Zunge 12 wird im Bereich der Feuerräume 7, 8 bereits soviel Wärme an das Heizwasser abgeführt, daß die sich in den Feuerräumen 7, 8 einstellenden Verbrennungstemperaturen in einem für die Bildung nen­nenswerter NOX-Mengen unkritischen Bereich verbleiben. Die heißen Ab­gase strömen aus den Feuerräumen 7, 8 in Richtung des Pfeils 23 an den anschließenden Nachschaltheizflächen 9 bzw. 10 vorbei und verlassen den Gaskessel durch einen nicht dargestellten Auslaß.
  • In die Feuerräume 7, 8 münden Eintrittsöffnungen für Verbrennungsluft, z.B. in Form von durch die Endglieder 1, 2 nach außen geführten Kanä­len, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind. Das ermöglicht eine Nachverbrennung in den Feuerräumen, die zu einer weiteren Verminderung des NOX-Gehaltes im Abgas führt.
    • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 1 Endglied
    • 2 Endglied
    • 3 Mittelglied
    • 4 Hohlraum
    • 5 Zulauf
    • 6 Anker
    • 7 Feuerraum
    • 8 Feuerraum
    • 9 Nachschaltheizfläche
    • 10 Nachschaltheizfläche
    • 11 Kühlrippen
    • 12 Zunge
    • 13 Durchbruch
    • 14 Kühlrippen
    • 15 Kühlrippen
    • 16 Lufteintrittsöffnung
    • 17 Lufteintrittsöffnung
    • 18 Brennerlanze
    • 19 Brennerlanze
    • 20 Abschnitt
    • 21 Abschnitt
    • 22 Flammenbereich
    • 23 Pfeil
    • 26 Verbindungshülsen

Claims (8)

1. Atmosphärischer Gaskessel mit zwei senkrecht angeordneten Endglie­dern und wenigstens einem dazwischen angeordneten Mittelglied sowie im unteren Teil des Gaskessels angeordneten Brennerlanzen, wobei die vom Heizwasser durchströmten Glieder des Kessels einen Feuer­raum sowie daran anschließende Nachschaltheizflächen aufweisen, da­durch gekennzeichnet, daß das Mittelglied (3) eine bis in den Feuer­raum (7,8) ragende, vom Heizwasser durchströmte Zunge (12) aufweist und daß die Zunge (12) außenseitig Kühlrippen (14) besitzt, die sich in die benachbarten Feuerräume (7,8) erstrecken.
2. Gaskessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunge (12) wenigstens einen die benachbarten Feuerräume (7,8) verbindenden Durchbruch (13) aufweist.
3. Gaskessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bodenbereich zwischen benachbarten Gliedern (1,2,3) Lufteintritts­öffnungen (16,17) gebildet sind, in deren Bereich die Brennerlan­zen (18,19) angeordnet sind.
4. Gaskessel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche einer Brennerlanze (18 bzw. 19) oder mehrerer neben­einanderliegender Brennerlanzen in einer Projektion auf die zugeord­nete Lufteintrittsöffnung (16,17) gleich oder größer ist als die Fläche der Lufteintrittsöffnung (16,17).
5. Gaskessel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerlanzen (18,19) über ihre Höhe wenigstens teilweise zwischen Wandungen wasserführender Abschnitte (20,21) der Glieder (1,2,3) angeordnet sind, wobei der Abstand der Wandungen von der zugeordneten Brennerlanze (18 bzw. 19) kleiner ist als die gesamte Breite oder der gesamte Durchmesser der betreffenden Brennerlanze (18 bzw. 19) oder mehrerer nebeneinanderliegender Brennerlanzen.
6. Gaskessel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die den Brennerlanzen (18,19) zugewandten Wandungen der wasser­führenden Abschnitte (20,21) der Glieder (1,2,3) im Bereich der Bren­nerlanzen (18,19) deren Kontur folgen.
7. Gaskessel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerlanzen (18,19) durch eine seitliche Öffnung in den Gaskessel eingeführt sind.
8. Gaskessel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in die Feuerräume (7,8) Eintrittsöffnungen für Verbrennungsluft münden.
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DE3702600 1987-01-29
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DE3705230 1987-02-19

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EP0276408A3 EP0276408A3 (en) 1989-10-25
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