WO1981001187A1 - Process for heating a boiler and boiler for implementing such process - Google Patents

Process for heating a boiler and boiler for implementing such process Download PDF

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WO1981001187A1
WO1981001187A1 PCT/DE1980/000162 DE8000162W WO8101187A1 WO 1981001187 A1 WO1981001187 A1 WO 1981001187A1 DE 8000162 W DE8000162 W DE 8000162W WO 8101187 A1 WO8101187 A1 WO 8101187A1
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boiler
contact part
boiler according
combustion chamber
walls
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PCT/DE1980/000162
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F Schoppe
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F Schoppe
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00—Details
    • F24H9/0005—Details for water heaters
    • F24H9/0036—Dispositions against condensation of combustion products
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/22—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating
    • 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
    • F24H1/26—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
    • F24H1/28—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
    • 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

Definitions

  • the invention has for its object to provide a method for firing a boiler, in which a condensation of combustion gases on the boiler wall is avoided regardless of the boiler wall temperature.
  • combustion exhaust gases flow through the boiler in a laminar manner in the contact part and the dynamic pressure of the flow is at least 3 mm WS, preferably 6-10 mm WS.
  • Another major advantage of the invention is that without additional internals, such as vortex generators od. Dg]., The heating surface required to achieve a certain exhaust gas temperature can be reduced compared to the conditions necessary in known Feuerungsver conditions.
  • Another advantage of the invention is that the running noise of the boiler is greatly reduced compared to known combustion processes. So can in boilers operated in the manner according to the invention on Abijasscha 11 dampers which are connected downstream of the boiler, or soundproofing hoods which surround the burner are largely dispensed with.
  • heat transfer numbers of 30 to 40 kcal / m 2 h ° C can be achieved, corresponding to Reynolds numbers from 5000 to 10000, the laminar flow at Reynolds numbers between 1000 and 1500 heat transfer coefficients from 100 to 150 kcal / m 2 h ° C, i.e. three to four times the values.
  • the heating surface can be reduced in a corresponding ratio.
  • a practical example showed that on a heating boiler operated according to the method of the invention, 19 cm flow path of the combustion exhaust gases in the contact part were sufficient to cool the temperature of the exhaust gases from approx. 900 ° C to 65 ° C, at an inlet temperature of the boiler water of 11 ° C and an outlet temperature of 22 ° C.
  • the dew point of the combustion gases was approx. 55 ° C.
  • the temperature of the walls of the contact part was, as usual, a few ° C above the water temperature. Nevertheless, the entire heating surfaces of the contact part remained completely dry and free of condensation, while the downstream exhaust pipe, in which the combustion exhaust gases flowed turbulently and with low back pressure, showed strong droplet condensation. Of course, under practical conditions you will never work with such low exhaust gas temperatures.
  • the contact part of a boiler which is to be fired in the manner according to the invention can have any shape, provided that the process conditions mentioned with regard to the Reynolds number characterizing the laminar course of the flow and with respect to the dynamic pressure are met. So the flow cross-sections as tubes of round or other cross-section, as a flat column or annular gap and the like. be carried out.
  • the flow path should preferably be straight or only moderately curved in the limit case. Sharp deflections that could disturb the smooth laminar flow should be avoided. This also makes sense from the point of view of energy consumption.
  • Each curvature of the flow path accordingly results in an additional flow contradiction without, in contrast to the turbulent flow, causing a correspondingly increased heat transfer.
  • a stainless material will be chosen in practice for the walls of the contact part, in order to prevent rust particles from forming due to the atmospheric moisture during prolonged downtimes of the boiler, which could favor condensation.
  • material No. 1.4578 is suitable.
  • the walls should have a sufficient thickness, in particular to ensure the necessary dimensional stability, at least 4 mm, preferably 6 to 8 mm.
  • the dynamic pressure along the flow path decreases in accordance with the cooling of the combustion exhaust gases.
  • the Accordingly, the dynamic pressure must be sufficiently high at the entry into the contact part.
  • it is more advantageous because it is more economical to dimension the cross section of the flow path at the contact part in such a way that there is a constant along the flow path
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the invention
  • 2 shows a second embodiment of the invention
  • FIG. 3 shows a third embodiment of the invention.
  • Fig. 1 shows a boiler for hot water production with a burner in longitudinal section.
  • a preferably cylindrical furnace 1 with a diameter D and an axial length L is surrounded by water 2.
  • the combustion chamber 1 is closed at one end by an end wall, and at the other end there is an opening 3 through which the burner flame is introduced centrally along the axis.
  • the flame jet flows along the axis to the opposite wall of the combustion chamber 1. There they deflect outwards in a known manner and flow back along the walls of the combustion chamber 1 to the outer zone of the insertion opening 3, where they then pivot radially outwards and into the contact part 6 occur.
  • This contact part 6 is formed from predominantly radial, water-cooled walls 4 and 5, which consist of material no. 1.4578 with a thickness of 6 to 8 mm.
  • the flow cross section of the contact part 6 located between them decreases towards the outside in such a way that there is constant dynamic pressure along the flow path in the contact part 6.
  • the exact distance between the walls 4 and 5 is secured by spacers 7 attached to discrete locations, which can be spacer rings around bolts, for example.
  • spacers 7 attached to discrete locations, which can be spacer rings around bolts, for example.
  • the water cooling of one wall of the contact part 6 can also be dispensed with. This then assumes an equilibrium temperature in a known manner and radiates its heat onto the opposite water-cooled wall. However, this increases the heating surface requirement by approx. 40%.
  • the wall 5 cooled with water 2 is designed as a boiler door, which is sealed by a seal 8 against the outer wall of the exhaust gas collecting space 9. You can reach this
  • An exhaust pipe 10 connects to the exhaust gas collecting space 9 in a known manner.
  • the walls 4 and 5 extend substantially radially. They can also both be designed to be more or less strongly conical, as a result of which the exhaust gas collecting space 9 is, for example, moved further towards the exhaust gas outlet. Likewise, the exhaust gas collecting space 9 can be designed differently.
  • the formation of the walls, especially the wall 5 of the contact part facing away from the combustion chamber 1 has the advantage that when the same is removed, ie when the boiler door is opened, the entire touch heating surface is freely accessible for inspection and cleaning. Cleaning is then easily possible without special tools.
  • Spray hole 15 through which an injection nozzle 16 blows heating oil into the combustion chamber 11 in a known manner.
  • the injector 16 can be replaced with a gas pipe of the same outside diameter in gas firing.
  • the fuel is ignited in the usual way by electrodes 17.
  • the combustion air and possibly heating oil are supplied in a known manner from a blower motor unit 18.
  • the combustion air first reaches a space surrounding the combustion chamber 11 Housing and enters the vane ring 13 from there. It is advantageous if the guide blades have a certain angle with respect to the circumferential circle surrounding them. You then give the combustion air in addition to a swirl also a certain axial component, so that it is guided along the wall 12 in a stable spiral flow.
  • a collar 19 can be connected to the combustion chamber 11, which improves the mixing of the fuel gases and prevents the ejection of larger drops in the event of nozzle malfunctions. It is followed by a divergent acceleration nozzle that accelerates the burning flame gases to speeds of 50 to 80 m / s. These emerge from the outlet opening 21 of the acceleration nozzle 20.
  • burners of known design can also be used, preferably those with the highest possible flame jet speed and the highest possible flame stability, provided that a somewhat higher running noise of the boiler can be accepted. It should be emphasized that, however, there are still thin running noises that are noticeably below the running noise of conventional boilers.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of the invention, which is largely identical to that shown in FIG. 1 and is correspondingly provided with corresponding reference numerals, but in which the gap-shaped contact part is replaced by a number of radially arrayed tubes 4 ′, which are located in the exhaust gas collecting space 9 end up.
  • Fig. 3 shows another arrangement according to the invention of the contact part arranged as a tube bundle.
  • the pipes 4 "are placed as a bundle parallel to the end of the combustion chamber 1 opposite the burner.
  • the combustion exhaust gases flow through the cross section 6" of the pipes, which in this case is constant along the flow path.
  • the cross sections of the tubes are therefore selected according to the known rules of technology so that there is a laminar flow at the inlet of the tubes and that at least a back pressure of 3 mm WS, preferably 6-10 mm WS, is present at their outlet.
  • the pipes pass back into the exhaust gas collection space 6.
  • Axial length of the acceleration nozzle 20 110 mm
  • Diameter of the outlet opening 21 of the acceleration nozzle 20 68 mm ⁇
  • Collar 19 68 mm ⁇
  • Circumferential circle 6 - 15o, preferably 20o.
  • Range can be covered. This is made possible by the fact that by changing the spacers 7, the flow cross-section of the contact part 6 and thus its pressure loss as well as the exhaust gas temperature can be adapted to the respective power and the desired operating conditions. To switch to other operating conditions, the spacers 7 are simply exchanged for those of a different thickness, which can be done particularly easily if the spacers 7 are rings around the bolts with which the outer wall 5 of the contact part 6 is fastened to the boiler structure. In this way, the boiler can be easily adapted to different outputs, operating conditions and chimney heights.

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Description

Verfahren zum Befeuern eines Kessels und Kessel zur Durchführung des Verfahrens
Es ist bekannt, daß sich beim Befeuern von Kesseln Verbrennunqsabgase an der Kesselwand niederschlagen, wenn die Kesselwandtemperatur niedriger liegt als der Taupunkt der Verbrennungsabgase. Das Kon densat hat eine Korrosion des Kessels zur Folge, die zum vorzeitigen Ausfall führt. Bem ühungen zur Vermeidung der Korrosion von Kesseln, insbesondere von Warmwasserkesseln, durch kondensierende Verbrennu nqsprodukte sind schon verschiedentlich unternommen worden. So ist es bekannt, die Kesselheizflächen mit Email, Kunststoff oder anderen korrosionshemmenden Stoffen zu beschichten. Es zeigte sich jedoch, daß der gewünschte Effekt in vielen Fällen nur für eine begrenzte Zeit zu erzielen war. Auch hat man schon versucht, dem
Problem durch den Einsatz hochlegierter Stähle, insbesondere auf Chrom-Nickel -Basis, für die korrosionsgefährdeten Heizflächen beizukommen. Auch mit diesen Maßnahmen wurde nur eine begrenzte Verbesserung erreicht.
Andere bekannte Maßnahmen zielten darauf, eine Kondensation von Verbrennungsabgasen zu vermeiden. Man hat dazu die Kesselwandtemperatur durch gesteuertes Einschalten der Feuerung stets ausreichend warm gehalten, daß der Taupunkt der Verbrenntingsabgase nicht unterschritten wird. Diese Maßnahme ist zwar wirksam, kostet aber Brennstoff und ist somit unwirtschaftlich.
Die Korrosion des Kessels durch kondensierende Verbrennungsabgase findet im wesentlichen im Bereich der Berührungsheizfläche statt. Hierunter werden diejenigen Heizflächen verstanden, an die die heißen Verbrennungsgase ihre Wärme im wesentlichen durch Berührung oder Konvektion abgeben, im Gegensatz zu denjenigen Heizflächen, denen die Wärme im wesentlichen durch Strahlung übertragen wird, insbesondere also im Feuerungsraum.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Befeuern eines Kessels anzugeben, bei dem unabhängig von der Kesselwandtemperatur eine Kondensation von Verbrennungsabgasen an der Kesselwand vermieden wird.
Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung da durch gelöst, daß der Kessel im Berührungsteil von den Verbrennungsabgasen laminar durchströmt wird und der Staudruck der Strömung wenigstens 3 mm WS, bevorzugt 6 - 10 mm WS, beträgt.
Es gelingt hierdurch, eine Kondensation von Verbrennungsabgasen auch dann zu unterbinden, wenn die Kesselwandtemperatur niedriger liegt als der Taupunkt der Verbrennungsabgase.
Ein weiterer, wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, daß ohne zusätzliche Einbauten, wie Wirbelerzeuger od. dg]., die zur Erreichung einer bestimmten Abgastemperatur erforderliche Heizfläche gegenüber den bei bekannten Feuerungsver fahren notwendigen Verhältnissen verringert werden kann. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das Laufgeräusch des Kessels gegenüber bekannten Verbrennungsverfahren stark vermindert ist. So kann bei in erfindungsgemäßer Weise betriebenen Kesseln auf Abijasscha 11 dämpfer, die dem Kessel nachgeschaltet sind, oder Schalldämmhauben, die den Brenner umgeben, weitest gehencl verzichtet werden.
Versuche mit extrem niedrigen Wassereinlauftemperaturen nahe bei 0º C haben gezeigt, daß selbst bei so niedrigen Temperaturen keine Kondensation der feuchten Verbren nungsabgase stattfindet, obwohl der Taupunkt des im Ver brennunqsabgas enthaltenen Wasserdampfes je nach Brennstoff bei 50 bis 60° C liegt. Die Heizflächen des Berührungsteiles blieben dabei sowohl bei intermittierendem betrieb als auch im stationären Dauerbetrieb stets vollständig trocken. Dies ist überraschend, da bekannt ist, daß bei turbulenter Strömung, die in technischen Apparaten, wie Kesseln oder Wärmetauschern, praktisch immer angestrebt und erzielt werden, stets eine Tropfenkondensation stattfindet.
Weitere vergleichende Versuche mit gleichen Feuerungseinrichtungen, gleichen Feuerungsraumen, jedoch mit Berührung-itei len, die einmal laminar und einmal turbulent angeströmt wurden, ergaben, daß die Laufgeräusche des Kessels, die im wesentlichen durch die Flammgeräusche verursacht werden, im Falle der laminaren Strömung ganz erheblich niedriger liegen als im Falle turbulenter Strömung. Offensichtlich hängt dies damit zusammen, daß die Flammgeräusche im wesentlichen durch Berührungsteil und Abgasrohr ins Freie gelangen, sofern der Kessel ansonsten dicht ist. Im Falle laminarer Strömung hat man es mit einer solchen zu tun, bei der Zähigkeitskräfte überwiegen, die offenbar dämpfend auf Schallschwingungen einwirken. Als erfreulicher Begleiteffekt, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verbunden ist, ergeben sich extrem hohe Wärmeübergangszahlen. Während man z.B. bei turbulenter Strömung und üblichen Rauchgasgeschwindigkeiten von 20 bis 30 m/s ohne Verwendung vun Rippen oder Wirbeleinbauten Wärmeübergangszahlen von 30 bis 40 kcal/m2h °C erreicht, entsprechend Reynoldszahlen von 5000 bis 10000, ergibt die laminare Strömung bei Reynoldszahlen zwischen 1000 und 1500 Wärmeübergangszahlen von 100 bis 150 kcal/m2h °C, also die drei- bis vierfachen Werte. In entsprechendem Verhältnis kann damit die Heizfläche herabgesetzt werden.
An einem praktischen Beispiel konnte gezeigt werden, daß an einem nach dem er findungsgemäßen Verfahren betriebenen Heizungskessel 19 cm Strömungsweg der Verbrennungsabgase im Berührungsteil genügten, um die Temperatur der Abgase von ca. 900° C auf 65° C abzukühlen, bei einer Einlau ftemperatur des Kesselwassers von 11° C und einer Auslau ftemperatur von 22° C. Der Taupunkt der Verbrennungsabgase lag dabei bei ca. 55° C. Die Temperatur der Wände des Berührungsteils lag, wie üblich, wenige °C über der Wassertemperatur. Trotzdem blieben die gesamten Heizflächen des Berührungsteiles vollkommen trocken und frei von Kondensation, während das nachgeschaltete Abgasrohr, in dem die Verbrennungsabgase turbulent und mit geringem Staudruck strömten, starke Tropfenkondensation zeigte. Selbstverständlich wird man unter praktischen Bedingungen niemals mit derart geringen Abgastemperaturen arbeiten. Der geschilderte Versuch wurde lediglich unternommen, um zu zeigen, daß der von der Erfindung angestrebte Effekt selbst unter den genannten Extrembedingungen wirksam ist. In der Praxis kann der Berührungsteil eines Kessels, der in der erfindungsgemäßen Weise befeuert werden soll, eine beliebige Formgebung aufweisen, sofern die genannten Verfahrensbedingungen hinsichtlich der den laminaren Verlauf der Strömung kennzeichnenden Reynoldszahl und hinsichtlich des Staudrucks erfüllt werden. So können die Strömungsquerschnitte als Rohre von rundem oder anderweitigem Querschnitt, als ebene Spalte oder Ringspalte u.dgl. ausgeführt werden. Der Strömungsweg soll vorzugsweise geradlinig oder nur im Grenzfall mäßig gekrümmt sein. Scharfe Umlenkungen, die zu einer Störung der glatten laminaren Strömung führen könnten, sollten vermieden werden. Dies ist auch vom Standpunkt des Energieverbrauchs sinnvoll. Jede Krümmung des Strömungsweges hat entsprechend einen zusätzlichen Strömungswidersland zur Folge, ohne im Gegensatz zur turbulenten Strömung einen entsprechend erhöhten Wärmeübergang zu verursachen.
Trotz des durch die Erfindung erreichten Erfolges wird man in der Praxis für die Wände des Berührungsteiles ein rostfreies Material wählen, um zu vermeiden, daß sich bei längeren Stillstandszeiten des Kessels durch die atmosphärische Feuchte Rostpartikel bilden, die eine Kondensation begünstigen könnten. Geeignet ist beispielsweise der Werkstoff Nr. 1.4578. Die Wände sollten eine hinreichende Dicke haben, insbesondere um die notwendige Formbeständigkeit zu sichern, mindestens 4 mm, bevorzugt 6 bis 8 mm.
Bei Rauchgaskanälen mit konstantem Strömungsquerschnitt nimmt der Staudruck entlang des Strömungsweges entsprechend der Abkühlung der Verbrennungsabgase ab. Dem entsprechend muß am Eintritt in den Berührungsteil der Staudruck hinreichend hoch liegen. Vorteilhafter, weil wirtschaftlicher, ist es jedoch, den Querschnitt des S trömungsweges am Berührungsteil so zu dimensionieren, daß sich dort längs des Strömungsweges ein konstanter
Staudruck ergibt. Dies läuft auf einen aich in Strömungsrichtung verjüngenden Querschnitt hinaus.
Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf in den Zeichnungen dargestellte. Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigt in Längsschnitten:
Fig. 1 eine erste Aus führungs form der Erfindung; Fig. 2 eine zweite Aus führungs form der Erfindung, und Fig. 3 eine dritte Aus führungs form der Erfindung.
Fig. 1 zeigt einen Heizkessel für die Warmwassererzeugung mit Brenner im Längsschnitt. Ein vorzugsweise zylindrischer Feuerungsraum 1 vom Durchmesser D und der axialen Länge L ist von Wasser 2 umgeben. Der Feuerungsraum 1 ist am einen Ende von einer Stirnwand abgeschlossen, am anderen Ende befindet sich eine Öffnung 3, durch die zentral entlang der Achse die Brennerflamme eingeführt wird. Der Flammstrahl strömt entlang der Achse bis zur gegenüberliegenden Wand des Feuerungsraumes 1. Dort lenken sie sich nach außen in bekannter Weise um und strömen entlang der Wände des Feuerungsraums 1 zur Außenzone der Einführöffnung 3 zurück, wo sie dann radial nach außen schwenken und in den Berührungsteil 6 eintreten. Dieser Berührungsteil 6 ist aus vorwiegend radiaal verlaufenden, wassergekühlten Wänden 4 und 5 gebildet, die aus Werkstoff Nr. 1.4578 von 6 bis 8 mm Dicke bestehen. Der zwischen ihnen befindliche Strömungsquerschnitt des Berührungsteils 6 nimmt nach außen hin so ab, daß sich längs des Strömungswegs im Berührungsteil 6 konstanter Staudruck ergibt. Dies bedeutet, daß wenigstens eine der Wände 4 und 5 schwach konisch ausgebildet ist. Der genaue Abstand zwischen den Wänden 4 und 5 wird durch an diskreten Stellen angebrachte Distanzstücke 7 gesichert, die beispielsweise Abstandsringe um Schraubbolzen sein können. Es sei betont, daß auf die Wasserkühlung der einen Wand des Berührungsteils 6 auch verzichtet werden kann. Diese nimmt dann in bekannter Weise eine Gleichgewichtstemperatur an und strahlt ihre Wärme auf die gegenüberliegende wassergekühlte Wand. Hierdurch erhöht sich allerdings der Heizflächenbedarf um ca. 40 %.
Weiter ist es günstig, die Wände 4 und 5 über die wassergekühlte Menge hinaus noch weiter zu verlängern, damit der Abriss der Abgasströmung in einem Bereich stattfindet, wo die Wände näherungsweise Abgastemperatur haben.
In dem in Fig. 1 dargestellten Ausfiihrungsbeispiel ist die mit Wasser 2 gekühlte Wand 5 als Kesseltür ausgebildet, die mittels einer Dichtung 8 gegen die Außenwand des Abgassammelraumes 9 abgedichtet ist. Man erreicht auf diese
Weise, daß die Dichtung nicht dem höheren statischen Druck im Feuerungsraum 1 standhalten muß, denn sie steht im Bereich des Abgassammeiraumes 9 bereits unter dem Einfluß des vom Kaminzug hervorgerufenen Unterdrucks. An den Abgassammelraum 9 schließt sich in bekannter Weise ein Abgasrohr 10 an.
Wie in Fig. 1 zu erkennen, erstrecken sich die Wände 4 und 5 im wesentlichen radial. Sie können auch beide mehr oder weniger stark konisch ausgeführt sein, wodurch der Abgassammelräum 9 beispielsweise weiter zum Abgasaustritt hin verlegt wird. Ebenso kann der Abgassammeiraum 9 beliebig anders gestaltet sein. Die Ausbildung der Wände, speziell der dem Feuerungsraum 1 abgewandten Wand 5 des Berührungsteiles hat den Vorteil, daß beim Abnehmen derselben, d.h. beim Öffnen der Kesseltür, die gesamte Berührungsheizfläche zur Inspek tion und Reinigung frei zugänglich ist. Eine Reinigung ist dann ohne Spezial Werkzeug leicht möglich.
Durchmesser D und Länge L des Feuerungsraums 1 sind vorzugsweise an der unteren Grenze der Normen (DIN 4702) gewühlt. Besonders günstige Ergebnisse für einen Kessel von 30 bis 60 kW Leistung ergeben sich mit D = 210 mm ∅ und L = 520 mm.
Da das Laufgeräusch des Kessels wesentlich von der Flamme und damit, vun den Vorgänge um die Flammwurzel herum, also der Flammstabilität, abhängt, ist erklärlich, daß man einen besonders leisen Lauf des Kessels mit Brennern besonders hoher Flammst abil ität erreicht. Die günstigsten Ergebnisse wurden mit dem in der Figur gezeigten Muffelbrenner erzielt. Dieser besteht aus einem konischdivergenten Brennraum 11, der von einer Wand 12 aus warm festem Blech umgeben ist. Die Verbrennungsluft wird über vorwiegend radiale Leitschaufeln 13 am Ende kleineren Durchmessers zugeführt. Der Leitschaufelkranz ist von einer Stirnwand 14 abgedeckt. Diese trägt zentral ein
Spritzloch 15, durch das eine Einspritzdüse 16 in bekannter Weise Heizöl in den Brennraum 11 einbläst. Die Einspritzdüse 16 kann bei Gasfeuerung durch ein Gasrohr gleichen Außendurchmessers ersetzt werden. Der Brennstoff wird in üblicher Weise durch Elektroden 17 gezündet. Die Verbrennungsluft und gegebenenfalls Heizöl werden in bekannter Weise von einer Gebläse-Motoreinheit 18 zugeführt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel gelangt die Verbrennungsluft dabei zunächst in ein den Brennraum 11 umgebendes Gehäuse und tritt von dort in den Leitschaufelkranz 13 ein. Es ist günstig, wenn die Leitschaufeln einen bestimmten Winkel gegen den sie umschließenden Umfangskreis aufweisen. Sie verleihen dann der Verbrennungs luft außer einem Drall auch noch eine gewisse axiale Komponente, so daß sie in einer stabilen spiralförmigen Strömung an der Wand 12 entlanggeführt wird.
An den Brennraum 11 kann bei ölfeuerung ein Kragen 19 angeschlossen sein, der die Ausmischung der Brenngase verbessert und im Falle von Düsenstörungen den Auswurf größerer Tropfen verhindert. An ihn schließt sich eine divergente Beschleunigungsdüse an, die die brennenden Fl ammgase auf Geschwindigkeiten von 50 bis 80 m/s beschleunigt. Diese treten aus der Austrittsöffnung 21 der Beschleunigungsdüse 20 aus.
Ebenso können andere Brenner bekannter Bauart verwendet werden, bevorzugt solche mit möglichst hoher Flammstrahlgeschwindigkeit und möglichst hoher Flammstabilität, sofern ein etwas höheres Laufgeräusch des Kessels in Kauf genommen werden kann. Es sei betont, daß jedoch auch dünn sich noch immer merklich unter dem Laufgeräusch konventioneller Kessel liegende Laufgeräusche ergeben.
Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und die Formgebung, insbesondere des Berührungsteiles nach den angegebenen Regeln, sind nicht an die Größe des Kessels oder die Art des zu beheizenden oder gegebenenfalls zu verdampfenden Mediums gebunden. Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die der in Fig. 1 dargestellten weitgehend gleicht und entsprechend mit entsprechend übereinstimmenden Bezugszeichen versehen ist, bei der jedoch der spaltförmige Berührungsteil durch eine Anzahl von radial angerodneten Rohren 4' ersetzt ist, die im Abgassammeiraum 9 enden.
Fig. 3 zeigt eine andere erfindungsgemäße Anordnung des als Rohrbündel angeordneten Berührungsteils. Hier sind die Rohre 4" als Bündel achsparallel an das dem Brenner gegenüberliegende Ende des Feuerungsraumes 1 angesetzt. Die Verbrennungsabgase durchströmen den Querschnitt 6" der Rohre, der in diesem Fall entlang des Strömungsweges konstant ist. Die Querschnitte der Rohre werden daher nach den bekannten Regeln der Technik so gewählt, daß am Eintritt der Rohre laminare Strömung herrscht, und daß an ihrem Austritt wenigstens noch ein Staudruck von 3 mm WS, bevorzugt 6 - 10 mm WS, vorhanden ist. Auch hier gehen die Rohre wieder in den Abgassammeiraum 6 über.
Für den Fall der Verwendung eines Brenners der in der F i gur 1 dargestellten Art wurde gefunden, daß sich besonders günstige Ergebnisse hinsichtlich Luftüberschuß, Flaminstabilitat und Laufgeräusch dann ergeben, wenn die Bauteile 11 bis 21 folgende Abmessungen aufweisen:
- Kleinster Durchmesser des Brennraums 11 = 68 mm ∅
- Länge des Brennraums 11 = 270 mm
- Größter Durchmesser des Brennraums 11 = 130 mm ∅
- Axiale Breite der Leitschaufeln 13 = 19 mm
- Durchmesser des Spritzlochs 15 = 24 mm ∅ Spritzwinkel der Einspritzdüse 16, gemessen direkt an der Düse = ca. 25 - 30°
Axiale Länge der Beschleunigungsdüse 20 = 110 mm
Durchmesser der Austrittsöffnung 21 der Beschleunigungsdüse 20 = 68 mm ∅
Kleinster Durchmesser des konischen
Kragens 19 = 68 mm ∅
Winkel der Leitschaufeln 15 an ihrem
Austrittsende, gemessen gegen den
Umfangskreis = 6 - 15º, bevorzugt 20º .
Diese Maßangaben gelten für eine Kesselleistung von 30 bis 60 kW. Für andere Leistungsbereiche sind die vor stehenden linearen Abmessungen sowie die des Feuerungsraumes 1 mit der Wurzel aus dem Verhältnis der Leistungen zu multiplizieren.
Ein besonderer Vorteil der beschriebenen Anordnung besteht darin, daß man mit einer gegebenen Kesselgröße ohne nennens. werte Veränderung der Abgas temperatur einen relativ großen
Ieistungsbereich überstreichen kann. Dies wird dadurch ermöglich t, daß durch Veränderung der Distanzstücke 7 der Strömungsquerschnitt des Berührungsteiles 6 und damit sein Druckverlust wie auch die Abgastemperatur der jeweiligen Leistung und den gewünschten Betriebsbedingungen angepaßt werden können. Zur Umstellung auf andere Betriebsbedingungen werden einfach die Distanz stücke 7 gegen solche anderer Stärke ausgetauscht, was besonders einfach vonstatten gehen kann, wenn die Distanzstücke 7 Ringe um jene Schraubbolzen sind, mit denen die äußere Wand 5 des Berührungsteils 6 am Kesselaufbau befestigt i st. Auf diese Weise kann der Kessel verschiedenen Leistungen, Betriebsbedingungen und Kaminhöhen auf einfache Weise angepaßt werden.

Claims

A n s p r ü c h e
1. Verfahren zum Befeuern eines Kessels mittels eines Flamm strahles, dadurch gekennzeichnet, daß der Kessel im Be rührungsteil von den Heißgasen laminar durchströmt wird und der Staudruck der Strömung wenigstens 3 mm WS, bevor zugt 6 - 10 mm WS, beträgt.
2. Kessel zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Berührungsteil (6',6") aus Rohren (4',4") besteht, die von den Verbrennungs abgasen durchströmt werden.
3. Kessel zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Berührungsteil (6) aus zwei vorwiegend radial oder konisch angeordneten, dreh symmetrischen Wänden (4,5) besteht, die zwischen sich einen sich im wesentlichen radial erstreckenden spalt förmi gen Zwischenraum einschließen, der von den Ver brennungsabgasen radial auswärts durchströmt ist.
4. Kessel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Berührungsteils (6) als ebener oder gewölbter Spalt ausgebildet ist. 5 . Kessel nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände (4,
5) des Berührungsteils (6) aus rostfreiem Material, vorzugsweise aus Werkstoff Nr. 1.4578, bestehen und eine Wandstärke von wenigstens 4 mm, vorzugsweise 6 bis 8 mm, haben.
6. Kessel nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Berührungs teils ( 6 , 6 ' , 6") von innen nach außen abnimmt.
7. Kessel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsabmessungen so gewählt sind, daß sich an allen Stellen entlang des Strömungsweges ein weitgehend konstanter Staudruck der Verbrennungsabgase ergibt.
8. Kessel nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnel, daß sich an den Berührungsteil ( 6 , 6 ' 6 " ) ein ungekühlter Abgassammeiraum (9) anschließt.
9. Kessel nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnel, daß die Rohre (4', 4") bzw. Wände (4,5) des Berührungsteils ( 6 , 6 ' ,6") über den vom Kesselinhalt gekühlten Bereich hinaus derart verlängert sind, daß der am Ende des Strömungsweges der Abgase stattfindende Abriß der Abgasströmung von den Wänden in einem Bereich stattfindet, in welchem die Wände näherungsweise Abgas Iemperalur haben.
10. Kessel nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sein Feuerungsraum (1) zylindrisch und am einen Ende verschlossen ist und am anderen Ende im Zentrum axial die Flamme eingeführt ist und im Ringspalt zwischen Flamme und Außenwand des Feuerungsraumes (1) der Abzug für die Flammgase angeordnet ist.
11. Kessel nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen von Durchmesser D und axialer Länge L des Feuerungsraumes proportional der Wurzel aus der Kesselleistung sind und bezogen auf eine Kesselleistung von 30 - 60 kW etwa D = 210 mm ∅ und L = 520 mm betragen.
12. Kessel nach einein der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zentral an den Feuerungsraum (1) ein Brenner angesetzt ist, der eine gegen den Feuerungs raum (1) gerichtete Beschleunigungsdüse (20) aufweist.
13. Kessel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennraum (11) des Brenners konisch-divergent gestaltet ist und bezogen auf eine Kesselleistung von 30 bis 60 kW folgende Abmessungen aufweist:
kleinster Durchmesser 68 mm größter Durchmesser 130 mm axiale Länge 270 mm
Länge der Beschleunigungsdüse 110 mm Austrittsdurchmesser der Besch leunigungsdüse 68 mm Durchmesser des Spritzloches 24 inm Sp ritzwinkel der Einspritzdüse 25 bis 30° .
14. Kessel nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Brennräum (11) und Beschleunigungsdüse (20) des Brenners ein Kragen (19) von 68 mm öffnungsdurch messer angeordnet ist.
15. Kessel nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Eintrittsöffnung des Brenners und dem Einspritzloch (15) ein Leitschaufelkranz (13) von 19 mm axialer Länge und mit einem Innendurchmesser von 68 mm angeordnet ist, deren Leitschaufeln an ihrem Austrittsende gegen den Umfangskreis einen Winkel zwischen 6° und 15°, vorzugsweise zwischen 8° und 12° aufweisen.
16. Kessel nach einem der Ansprüche 3 und 4 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Feuerungsraum (1) abgewandte Wand (5) des Berührungsteils (6) abschwenk bar gelagert ist.
17. Kessel nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner an der dem Feuerungsraum (1) abgewandten Wand (5) des Berührungsteils (6) befestigt ist.
18. Kessel nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die schwenkbare Wand (5) im Bereich geringen statischen Drucks gegen die feststehenden Kesselteile abgedichtet ist.
19. Kessel nach einem der Ansprüche 3 und 4 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Wänden (4,5) des Berührungsteils (6) einstellbar ist, vorzugsweise mittels austauschbarer Distanzstücke (7) .
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