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Heizungskessel
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Die Erfindung betrifft einen Heizangakessel mit einem einen Kesselwasserraum
umgebenden horizontalen, im Querschnitt runden oder ovalen Kesselaußenkdrper, mit
einer im unteren Bereich des Kesselwasserraumes angeordneten horizontalen, im Querschnitt
im wesentlichen runden Brennkammer, die am hinteren Ende durch eine Brennkammerquerwawd
und am vorderen Ende durch eine Kesseltüre verschlossen ist, und mit einem über
dem oberen Umfangsbereich der Brennkammer im Eesselwasserraum angeordneten Nachschaltheizana1,
dessen vorderes Ende an das vordere Ende der Brennkammer angeschlossen ist.
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Die GB-PS 1.516.991 betrifft einen gußeisernen Heizungskessel, bei
dem die Brennkammer und der Kesselaußenkörper die bei Gußheizkesseln übliche rechteckige
Querschnittsform haben und bei dem unterhalb der ebenen horizontalen oberen Brennkammerwand
eine ebenfalls ebene horizontale Umlenkplatte angeordnet ist, die seitlich an die
beiden senkrechten Brennkammerseitenwände und vorn an die Kesseltür angrenzt und
hinten einen Abstand vom geschlossenen hinteren Brennkammerende einhält, damit die
Verbrennungsgase vom hinteren Brennkammerende durch den Zwischenraum zwischen der
oberen Brennkammerwand und der Umlenkplatte nach vorn zum Eintrittsende des über
der oberen Brennkammerwand im Kesselwasserraum liegenden Nachschaltheizkanals zurückströmen.
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Diese rechteckige Querschnittsform von Gußheizkesseln ist einerseits
schlecht für Stahlheizkessel geeignet, deren Brennkammer und Kesselaußenkörper aus
verhältnismäßig dünnen Stahlblechen hergestellt werden und trotzdem eine ausreichende
Druckstabilität haben müssen, und hat für die Brennkammer insbesondere den Nachteil,
daß ein rechteckiger, mit seinen Ecken tote Zonen bildender Brennkammerquerschnitt
schlecht und ungünstig der Flamme einer Brennerfeuerung angepasst ist und insbesondere
bei einer Ölbrennerflamme keinen befriedigenden Ausbrand des Brennstoffs auch in
den äußeren Flammenzonen ergibt.
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Für brennerbetriebene Stahlheizkessel wird deshalb die runde Querschnittsform
für die Brennkammer und meist auch für den Kesselaußenkörper bevorzugt. Solche Stahlheizkessel
haben in konventioneller Weise eine von einem einfachen runden Blechzylinder gebildete
Brennkamer, bei der die irerbrennungsgase nach der Umkehr am geschlossenen hinteren
Brennkammerende entlang dem Zylinderumfang der Brennkammer nach vorn zurückströmen
und durch den Kreisquerschnitt des vorderen Brennkammerendes in den Nachschaltheizkanal
überströmen. Es ist mit Schwierigkeiten verbunden, einen solchen Stahlheizkessel
so auszubilden, daß er einerseits möglichst kleine platz- und materialsparende Abmessungen
hat und andererseits eine möglichst hohe Leistung aufweist. Denn bei entsprechend
kleinen Abmessungen der konventionellen Brennkammer haben sich die vom hinteren
zumpborderen Brennkammerende zurtickkehrenden Verbrennungsgase nur wenig abgekühlt,
so daß sie mit einer stark erhöhten Temperatur in den Nach-
schaltheizkanal
eintreten, was dazu führt, daß der Nachschaltheizkanal thermisch sehr stark belastet
wird, an den Wandungen des Nachschaltheizkanala unerwAnscht hohe Temperaturen auftreten
und die Verbrennungsgase in dem Nachschaltheizkanal nicht in dem gewUnschten Ausmaß
ihre Wärme an das Kesselwasser abgeben. Man hat daher zur Steigerung der Wärmeabgabe
von den Verbrennungsgasen an das Kesselwsser bisher die konventionelle Brennkammer
mit besonders leistungsstark ausgebildeten Nachschaltheizkanälen kombiniert, die
jedoc g en Nachteil haben, daß sie die Kesselherstellung verteuern und komplizieren
und mit engen oder langen oder auchvermehrt berippten Strömungsquerschnitten unerwünscht
hohe Strömungswiderstände für die den Nachschaltheizkanal durchströmenden Verbrennungsgase
erzeugen und dadurch die Anwendung von billigeren Ölbrennern mit geringeren Gebläsedrücken
erschweren.
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Wird die konventionelle Brennkammer im unteren Bereich eines runden
oder ovalen Kesselaußenkörpers angeordnet, entsteht einerseits ein die obere Umfangshälfte
der Brennkammer umgebender sichelförmiger Kesselwasserraum und damit der Vorteil,
daß die Rohre eines als Rohrbündel ausgebildeten Nachschaltheizkanals nicht nur
über der höchsten Stelle der Brennkammer, sondern auch in den seitlich neben der
Brennkammer herunterreichenden Teilen des Kesselwasserraumes angeordnet werden können,
entsteht andererseits aber die Schwierigkeit, die Verbrennungsgase derart aus dem
vorderen Brennkammerende in die etwa über die obere Umfangshälfte der Brennkammer
verteilten Rohre überzuleiten, daß die einzelnen Rohre
gleichmäßig
von den Verbrennungsgasen beaufschlagt werden.
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Die Erfindung vermeidet oder vermindert wesentlich durch eine einfache
und billige Modifizierung der konventionellen Brennkammer die vorstehend geschilderte
Schwierigkeit, einen Heizungskessel der eingangs genannten Bauart sowohl mit kleinen
Abmessungen ausbilden zu können als auch bei wirtschaftlicher und energiekostensparender
Brennstoffwärmeausnutzung mit hoher Leistung betreiben zu können. Die erfinitypgemäße
Verbesserung des Heizungskessels der eingangs genannten Art besteht darin, daß in
der Brennkammer, mit einem radialen Abstand von dem oberen Umfangsbereich der Brennkammerwand,
eine feuerfeste horizontale Einlegeplatte angeordnet ist, die kreisbogenförmig nach
oben gewölbt ausgebildet ist und sich etwa über die obere Umfangshälfte der Brernkammerwand
erstreckt, wobei die Einlegeplatte an den beiden Seitenrändern an die Brennkammerwand
angeschlossen ist, am hinteren Rand einen Abstand von der Brennksmmerquerwand aufweist
und am vorderen Rand an die Kesseltüre angrenzt.
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Auf diese Weise wird die konventionelle Brennkammer so aufgeteilt,
daß zwischen der Einlegeplatte und der unteren Umfangshäifte der Brennkammerwand
eine der Brennerflamme optimal angepasste und besonders für eine Ölbrennerflamme
günstige Brennkammer mit rundem Brennkammerquerschnitt erhalten bleibt, andererseits
oberhalb der Elnlegeplatte ein im Querschnitt kreisbogenförmiger Rauchgaszug gebildet
ist, In dem die Verbrennungsgase vor dem Eintritt in den Nachschaltheizkanal einen
beträchtlich angehobenen Teil ihrer Wärme
durch erhöhte Konvektion
sowie auch durch Strahlung an das Kesselwasser abgeben. Infolgedessen kann die obere
Leistungsgrenze des Leistungsbereichs des Heizungskessels beträchtlich angehoben
werden, ohne hierzu die Brennkammer, den Nachschaltheizkanal und die Abmessungen
des Heizungskessels vergrößern zu müssen. Der Strömungswiderstand des Heizkessels
steigt nur kaum an. Im Vergleich zu Heizungskesseln mit der konventionellen Brennkammer,
die diese Einlegeplatte nicht hat, wird die Eintrittstemperatur der Verbrennungsgase
in den Nachschaltheizkanal und damit die thermische Belastung des Nachschaltheizkanals
herabgesetzt. Darüber hinaus bewirkt die Einlegeplatte bzw. der mit ihr vom Brennkannerinnenraum
abgeteilte kreisbogenförmige Rauchgaszug eine gleichemäßi@re Verteilung der zul
vorderen Brennka mersnde zurückkehrenden Verbrennungsgase über die horizontale Breitenausdehnung
des vorderen Endes des Nachschaltheizkanals und damit eine Vergleichmaßigung der
Temperaturverteilung ii gesamten Strömungsquerschnitt des Nachschaltheizkana1s.
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In der Zeichnung ist im Längsschnitt und Querschnitt ein Ausfhruflgsbeispiel
des erfindungsgeiäßen Heizergskessels mit einem im Querschnitt kreisrund auagebildeten
Kesselaußenkörper dargestellt. Der Heizungskessel besitzt eine horizontale, im Querschnitt
runde Brenzikaner 20, die hinten durch eine Brennka-erquerwand 26 und vorn durch
eine Kesseltüre 25 verschlossen ist. Die Brennkammer 20 ist in dem unteren Bereich
des von dem runden Kesselaußenkörper 21 umgebenen Kesselwasserraumes 22 angeordnet.
In dem dadurch verbreiter-
ten, die obere Umfangshälfte der Brennkammerwand
umgebenden sichelförmigen Teil des Kesselwasserraums ist ein aus Rohren 23 bestehender
Nachschaltheiskanal. angeordnet, der an seinem vorderen Ende an das vordere Brennkammerende
angeschlossen ist und mit aeinem hinteren Ende in den Rauchgassammler 27 des Heizungskessels
einmündet. Mit einem radialen Abstand von dem oberen Umfangsbereich der Brennkammerwand
ist in der Brennkammer 20 eine feuerfeste Einlegeplatte 24 angeordnet, die sich
horizontal in Längsrichtung der Brennkammer erstreckt und die kreisbogenförmig nach
oben gewölbt ausgebildet ist. Die kreisbogenförmige Wölbung der Einlegeplatte erstreckt
sich etwa über die obere Umfangshälfte der Brennkammerwand. Der vordere Rand der
Einlegeplatte 24 grenzt an die Kesseltüre 25 an, der hintere Rand der Einlegeplatte
24 hUlt einen Abstand von der Brennkammerquerwand 26 ein. Etwa an der breitesten
Stelle der Brennkammer, bis zu der die Anordnung der Rohre des Nachschaltheizkanals
23 herunterreicht, sind die beiden Seitenränder der Einlegeplatte 24 nach außen
abgewinkelt und an die Brennkammerwand angeschlossen, so daß der über die obere
Umfangshälfte der Brennkammer sich erstrekende kreisbogenförmige Zwischenraum zwischen
der Brennkammerwand und der Einlegeplatte 24 gleichbleibende oder im wesentlichen
gleichbleibende radiale Höhe hat. Die kreisbogenförmig bzw. tunnelförmig gewölbte
Ausbildung der Einlegeplatte 24 fuhrt dazu, daß zwischen der Einlegeplatte und der
unteren Umfangshälfte der Brennkammerwand ein der Brennerflamme günstig angepasster
und verbrennungstechnisch vorteilhafter runder Brennkammerquer-
schnitt
erhalten bleibt und daß zwischen der Einlegeplatte und der oberen Umfangshälfte
der Brennkammerwand ein separater, vom Brennkammerinnenraum abgeteilter Rauchgaszug
vorhanden ist, der bei Inanspruchnahme nur eines kleinen Teils des Brennkammerdurchmessers
trotzdem einen großen Durchströmungsquerschnitt aufweist und einen geringen Strömungswiderstand
erzeugt. Durch erhöhte Strömungsgeschwindigkeit und Konvektion geben die Verbrennungsgase
beim Durchströmen dieses Rauchgaszuges einen großen Teil ihrer Wärme an das Kesselwasser
ab, so daß in den Rohren des Nachschaltheizkanals 23 keine thermischen Uberbelastungen
und gefährlichen Temperaturspitzen auftreten und die Verbrennungsgase aus reichend
ihre restliche Wärme an das Kesselwasser abgeben können. Auf dem Weg vom vorderen
zu * interen Brennkammerende strömen die Verbrennungsgase im wesentlichen in der
Mitte der Brennkammer. Ohne die Einlegeplatte 24 würde ein Großteil der Verbrennungsgase
entlang den seitlichen Teilen der Brennkammerumfangswand nach vorn zurückströmen
und dementsprechend vorwiegend in die seitlichen Querschnittsbereiche des Nachschaltheizkanals
23 eintreten, wo dann höhere Temperaturen als im mittleren Querschnittsbereich des
Nachschaltheizkanals auftreten. Durch die Rückführung der Verbrennungsgase in dem
mit der Einlegeplatte abgeteilten, über die obere Umfangshälfte der Brennkammerwand
reichenden Rauchgaszug wird jedoch die Durchströmung der einzelnen Rohre des Nachschaltheizkanals
23 und damit die Temperaturverteilung der Verbrennungsgase über den Querschnittsbereich
des Nachschaltheizkanals vergleichmäßigt.