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Wasserrohrkessel mit waagerecht angeordnetem Feuerraum Die Erfindung
bezieht sich auf einen Wasserrohrkessel, insbesondere mit Naturumlauf des Arbeitsmittels,
mit Ldngsstrdmung der Gase in einem im wesentlichen langgestreckten, waagerecht
angeordneten Feuerraum, mit einem auf der gesamten Kessel lange die Außenwände abkleidenden,
an einen unteren Verteiler und oberen Sammler angeschlossenen Rohrsystem und mit
gegen Feuerraumstrahlung abgeschirmten Berührungsheizflachen im rückwärtigen Bereich
des Kessels, die von einem gegen den Feuerraum hin geschlossenen Rohrkäfig umhüllt
sind, dessen Rohre von in der Kesselruckwand liegenden Rohren ausgehen, auf zwei
einander gegenüberliegenden Seiten in Abstand von den Kessel avßenwandrohren verlaufen
und in diesen Bereichen nahe der KesselrUckwand mit einander gegenüberliegenden
Gasdurchtritten zu den Beruhwngsheizflachen versehen sind, nach Patent {Patentanmeldung
P 20 44328.1).
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Bei Wasserrohrkesseln mit waagerecht angeordnetem Feuerraum, deren
Außenwände bzw.
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Boden und Decke auf ganzer Kessellänge von Rohren verkleidet sind,
ist es nicht neu, die Bertihrungsheizflachen im ruckwärtigen Bereich des Kessels
unterzubringen, wobei die Beruhrungsheizflachen von oben nach unten oder von unten
noch oben von den Gasen in gerader Richtung durchströmt werden. Da die Boden- und
Deckenrohre fast immer unter einer gewissen Neigung mit Rücksicht auf den Wasserumlauf
in ihnen angeordnet werden müssen, entstehen zwischen diesen Rohren und dem Eintritt
in die Berührungsheizflächen (im lotrechten Querschnitt) mehreckige Zwickel, die
nur ungünstig beheizt und nur schlecht ausgenutzt sind. Wird der Kessel so gebaut,
daß die Beruhrungsheizflächen von der Kesselrückwand her in den von den Wandrohren
umhüllten Raum eingesetzt werden, so können diese Zwickel komplizierte und damit
aufwendige Rohrformen notwendig machen. Andererseits wird im allgemeinen auch fUr
die 8erührungsheizflächen, zumindest bei Verdampferhetzflächen, eine Neigung der
Rohre aus Gründen des sicheren Wasserumlauts vorgesehen, so daß auch dadurch unterhalb
oder oberhalb der Berührungsheizflächen ungenutzte Raume entstehen.
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Aufgabe der Hauptanmeldung ist es, einen Wasserrohrkessel zu schaffen,
bei dem die vorerwahnten Nachteile nicht auftreten, sondern im Gegenteil eine bessere
Ausnutzung des umbauten Raumes gegeben und eine höhere Belastung unter Wahrung eines
einfachen und klaren Aufbaus de9 sessels möglich ist. Insbesondere soll dies fUr
Kessel der sogenannten Kompaktbauart
gelten, die im wesentlichen
als in der Werkstatt montierte Einheiten zum Aufstellungsort transportiert werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wurde gemäß der Hauptanmeldung vorgeschlagen,
daß die Bernhrungsheizflachen von einem gegen den Feuerraum hin geschlossenen Rohrkäfig
umhullt sind, dessen Rohre von in der KesselrUckwand liegenden Rohren ausgehen,
auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten in Abstand von den Kesselaußenwandrohren
verlaufen und in diesen Bereichen nahe der Kesselruckwand mit einander gegenuberliegenden
%asdurchtritten zu den Berührungsheizflächen versehen sind.
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Die gestellte Aufgabe wird damit gelöst, da nunmehr die oberhalb und
unterhalb der Berührungsheizflächen liegenden Zwickel von den Gasen durchströmt
werden, bevor diese in das Beruhrungsheizflachenbundel eintreten. Auf Grund dieser
den Gasen aufgezwungenen Strömung ist auch der Feuerraum selbst besser ausgenutzt
und es ist eine höhere Feuerraumbelastung möglich. Curch die damit verbundene Umlenkung
der Gase wird auch ein besserer Ausbrand erreicht. Ferner ergeben sich einfache
Rohrformen für die Berührungsheizflachen und die Kesselrückwond.
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Hierbei sind die im Rohrkdfig untergebrachten Verdampferrohre entsprechend
der Form der sie umhüllenden Käfigrohre gebogen. Dadurch liegen diese Rohre zu den
Gasen jedoch in erster Linie im Längsstrom, was fUr den Wärmeubergong nicht günstig
ist. Auch ist die Ausnutzung des im Rohrkäfig zur Verfugung stehenden Raumes nicht
optimal und es kann auch zu Schwierigkeiten in der Ableitung des erzeugten Dompf-Wasserjemisches
kommen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine möglichst große Heizfläche
in dem vom Rohrköfig umschlossenen Raum unter Beibehaltung der durch die Hauptanmeidung
erzielten Vorteile unterzubringen, wobei die Rohre in erster Linie durch Querstrom
beaufschlagt sind, so daß der WärmeObergang verbessert wird, und wobei fUr alle
diese Rohre ein ausreichender Ableitungsquerschnitt vorhanden ist, so daß der Arbeitsmittelumlauf
in allen Betriebszuständen einwandfrei und gut ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung fUr einen Wasserrohrkessel
der eingangs genannten lattung vorgeschlagen, daß die BerUhrungsheizflächen aus
einem an den in der KesselrUckwand liegenden Rohren angeschlossenen, im wesentlichen
aus U-förmig verlaufenden Rohren gebildeten Rohrsystem und aus einem an untere und
obere Strecken der den Rohrkäfig bildenden Rohre angeschlossen im wesentlichen aus
gerade verlaufenden Rohren gebildeten Rohrsystem bestehen.
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Die gestellte Aufgabe wird damit gelöst. Die vom Rohrkäfig umschlossenen,
durch Berührung der Gase beheizten Rohre können sehr kompakt angeordnet werden,
so daß eine große Heizflache in dem vorgegebenen Raum unterzubringen ist. Die beruhrungsbeheizten
Rohre liegen damit derart, daß sie in erster Linie von den Gasen quer angeströmt
werden.
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Die Aufteilung der BerUhrungshei zflächen in zwei verschiedene Systeme
mit eigenen Zu-und Ableitungen gewährleistet einen sicheren und zuverlässigen Umlauf
des Arbeitsmittels.
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Die die BerUhrun3slleizflächen umschließenden Rohre des Rohrkäfigs
verlaufen im wesentlichen U-förmig und auf ganzer Länge ansteigend, wobei die Rohre
des einen Rohrsystems auf ganzer Lange parallel zu den Rohren des Rohrkäfigs angeordnet
sind.
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Zwischen dem aus geraden Rohren gebildeten Rohrsystem und den dem
Feuerraum bzw. der Heizquelle zugewandten Rohrstrecken des Rohrkäfigs wird ein freier
Gasumlenkraum vorgesehen. Durch von den beruhrungsbeheizten Rohren selbst oder zusammen
mit Platten gebildete Wände werden die Gase vom jeweiligen Eintritt zum gemeinsamen
Austritt auf einem S-förmigen Weg gefuhrt. Vorzugsweise sind die Rohre der Lenkwd.nde
ein Teil des aus den gerade verlaufenden Rohren gebildeten Rohrsystems und verlaufen
auf ihrer ganzen Lange ebenfalls ansteigend. Als Lenkwandrohre werden bevorzugt
die Rohre derjenigen Rohrreihe benutzt, die den zum Feuerraum hin liegenden Käfigrohren
am nächsten liegt. Durch das ständige Ansteigen dieser Lenkwandrohre ergibt sich
an der Ausströmseite aus den Bertihrungsheizflachen in den Gasumlenkraum eine Querschnittsverminderung,
wahrend an der Einströmseite aus dem Gasumlenkraum in den zum gemeinsamen Auslaß
führenden Zug eine Querschnittsvergrößerung und am Austritt wieder eine Querschnittsverminderung
vorliegt.
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Dies begunstigt die Verwirbelung der Gase und zwingt ihnen an bestimmten
Stellen einen Stau auf, was sich günstig auf den WarmeUbergang auswirkt.
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Der gesamte,von den abschirmenden Rohren umhüllte Beruhrungs-Verdampferteil
ist an je einen quer zur Kessellängsrichtung liegenden Verteiler und Sammler angeschlossen
und als ganzes von der KesselNckwand her in den Kesselkörper einsetzbar.
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Hierbei kann es fUr den Arbeitsmittelumlauf von Vorteil sein, wenn
der obere Quersammler durch unbeheizte Rohre wenigstens mit den in der Kesselrückwand
liegenden Rohren verbunden ist, die an den unteren Querverteiler angeschlossen sind.
Vorzugsweise wird jedoch auch eine Verbindung zwischen den vom oberen Quersammler
ausgehenden unbeheizten Rohren und den an diesen Sammler angeschlossenen, in der
RUckwand liegenden Rohren hergestellt. Diese Verbindung liegt bevorzugt unterhalb
der Einmündungsstellen
der den Rohrkäfig bildenden Rohre in die
an de; Rückwand liegenden Rohre und etwa in Höhe des dieser Einmündungsstelle zunächst
gelegenen Rohres des aus U-förmigen Rohren bestehenden Rohrsystems.
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Die in der Kesselrückwond liegenden Rohre brauchen nicht als Rohrstutzen
ausgebildet zu sein, die sich nur Uber einen Teil der Höhe der Rückwand erstrecken,
sondern sie können auch vom unteren Querverteiler zum oberen Quersammler durchlaufen.
Dann wird jedoch der Querschnitt Im Mittenabschnltt dieser Rohre1 d. h. außerhalb
der Anschlußstellen der Rohre des U-förmigen Rohrsystems, vermindert, wodurch eine
Drosselung erfolgt, jedoch ein gewisser RUcklauf möglich ist.
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Soll der Kessel als Helßdampfkessel ausgebildet werden, so kann in
einfacher Weise das eine Rohrsystem entfernt werden und in den dadurch geschaffenen
Raum wird die Überhitzerheizflache eingesetzt.
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Weitere wesentliche Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung
ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen von Ausführungsbeispielen und der folgenden
i3eschreibung.
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Fig. 1 Ist ein lotrechter Längsschnitt durch einen erfindungsgemäß
ausgestalteten Wasserrohrkessel.
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Fig. 2 ist ein Schnitt noch der Linie II - 11 In der Fig. 1.
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Fig, 3 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Ldngsschnitt durch den
Rohrköfig und die darin untergebrachten Berührunwasheizflächen.
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;g. 4 ist eine der Fig. 3 ähnliche Darstellung einer abgewandelten
Ausftthrungsforrn.
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Fig. 5 zeigt einen lotrechten Längsschnitt durch den rückwErt;gen
Teil eines Wasserrohrkessels, wobei im Rohrkdfig ein Überhitzer untergebracht ist.
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Fig. 6 ist ein Schnitt nach der Linie VI - VI in der Fig. 5.
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Der Wasserrnhrkessel besteht im gezeigten Beispiel aus einem im wesentlichen
durch Strahlung beheizten Rohrsystem aus Rohren 1, die dicht an dicht liegen oder
Flossenrohre sein können, und die den Boden, die Seltenwände und die Decke des Kessels
bilden. Dieses Rohrsystem wird als ein geschlossener Hohlkörper, der gasdicht ist,
den Feuerraum 2 umschlient und die Berührungsheizflächen aufnimmt, zusammengefugt.
Die Rohre 1 sind an einen unteren Verteiler 4 und einen oberen Sammler 5 angeschlossen,
die sich in der Kessellöngsrichtung erstrecken. Mit dem Längsverteiler 4 sind ein
vorderer Querverteiler 6 und ein hinterer Querverteiler 7 verbunden. Ein Quersammler
8 in der Vorderwand und ein
Quersammler 9 in der RUckwand des Kessels
stehen mit dem Längssammler 5 in Verbindung.
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Zwischen dem Verteiler 6 und Sommler 8 erstrecken sich die Vorderwandrohre
10, die zum Teil unterbrochen sind, um eine Öffnung 11 für den Brenner freizulassen.
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Die Verteiler 4, 6, 7 erhalten Wasser Uber Fallrohre 12 aus der Trommel
13 bzw. über RUcklaufrohre 14, die in den oberen Sammlern aus dem erzeugten Dampf-Wassergemisch
abgeschiedenes Wasser abführen. Die oberen Sammler 5, 8, 9 stehen mit dem Dampfraum
der Trommel 13 durch Überströmrohre 15 in Verbindung.
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Die Fall rohre, Rück)aufrohre, Verteiler und Sammler bilden ein tragendes
Rohrgerust fUr sämtliche beheizten Rohre und die Trommel.
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Im rückwärtigen Teil des von den Rohren 1 umschlossenen Hohiraumes
sind, wie schon erwohnt, die Berührúngsheizflächen untergebracht. Diese sind von
einem gegen den Feuerraum 2 hin geschlossenen Rohrkäfig umhUllt, dessen Rohre 16
mit in der KesselrUckwand liegenden Rohren 17 in Verbindung stehen, die der Zu-
und Ableitung des Arbeitsmittels dienen. Die Rohre 16 verlaufen etwa (I-förmig und
steigen vorzugsweise ständig an. Der Rohrköfig hat auf einander gegenüberliegenden
Seiten einen Abstand zu den von den Rohren 1 gebildeten Wänden, in welchem Bereich
nahe der Kesselrückwand Gasdurchtritte 16' gebildet sind, so daß die Gase von zwei
Seiten her in die BerUhrungsheizflächen eintreten.
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Wie zu erkennen ist, besteht der Kessel im Strahlungsteil und im Beruhrungsteil
jeweils aus Rohren einer unkomplizierten Form; durch den beidseitigen Eintritt in
die Beruhrungsheizflächen ergibt sich eine weitestgehend gleichmäßige Beheizung
der den Hohlraum umschliesenden Rohre 1, es wird ein langer Flammenweg sowie guter
Ausbrand erreicht und der Einbau der Berührungsheizfläche wie auch das eventuelle
Auswechseln einzelner Rohre dieser Heizfläche sind in einfachster Weise zu bewerkstelligen.
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Die von dem Rohrkäfig umschlossenen Berührungsheizflächen bestehen
aus zwei Systemen A und B. Die Rohre 18 des Rohrsystems A gehen von den in der Kesselrückwand
liegenden unteren Rohren 17 aus, verlaufen U-förmig parallel zu den Rohren 16 des
Rohrköfigs und münden in die oberen Rohre 17 in der RUckwand ein. Das System B besteht
aus den geraden Rohren 26, die von den unteren Strecken der Käfigrohre 16 ausgehen
und in die oberen Strecken einmünden. Aus dem System B sirld die Rohre 26' abgebogen,
die sich quer durch die Rohre 26 und 18 in Richtung auf den Gasauslaß 20 erstrecken,
vor dem sie ein Rohrgitter bilden.
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Von dem oberen Quersammler 9 führen unbeheizte Rohre33 (Fig. 3) zu
den unteren Rohren 17, so daß durch die Einzelzufuhr von RUcklaufwasser der Umlauf
in den von jedem Rohr 17 ausgehenden Rohren 18 bzw. 16, 26 verbessert und verstärkt
werden kann.
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Zusätzlich können zwischen den oberen Rohren 17 und den unbeheizten
Rohren 33 Rohrverbindungen 34 vorgesehen sein. Diese sollen von dem Rohr 17 unterhalb
der Einrntindungsstelle der Rohre 16 abgehen, vorzugsweise etwa in Höhe der EinmUndung
des dem Rohr 16 benachbarten Rohres 18. Hierdurch kann in dem oberhalb der Verbindungen
34 liegenden Teil der Rohre 33 Dampf bzw. Dampf-Wassergemisch abgeführt werden,
während der untere Teil der Rohre 33 dem Rücklauf von Wasser dient.
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In Fig. 4 ist eine abgewandelte AusfUhrungsform dargestellt, bei
der die Rohre 17 vom unteren Querverteiler 7 zum oberen Quersammler 9 ohne Unterbrechung
durchlaufen. Der mittlere Abschnitt 17'' ist im Bereich zwischen den Anschlußstellen
des innersten U-förmigen Rohres 18 mit einem gegenüber den Endabschnitten geringeren
Durchmesser ausgefUhrt, was einmal den Durchtritt der Gase erlaubt und zum anderen
eine Drosseiwirkung bringt, so daß eine Aufwärtsströmung von Wasser unterbunden
und dieses zum Eintritt in die Rohre 18 gezwungen wird.
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Die Rohre 26' der Lenkwände können entweder auf den unteren Rohren
17 abgestutzt oder an den Rohrobschnitten 17'' gehalten sein.
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Wenn der Kessel mit einem kleinen Überhitzer versehen werden soll,
so kann dieser im Gasumlenkraum 31 untergebracht werden, und zwar so, daß er durch
die von den Rohren 18 und 26 gebildeten Gassen einschiebbar ist.
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Soll der Kessel dagegen mit einer großen Überhitzerheizflöche versehen
werden, so kann, wie Fig. 5 und 6 zeigen, das Rohrsystem A entfernt und in den so
gewonnenen Raum der Überhitzer eingesetzt werden, der aus zwei Teiien 27 und 27'
mit horizontalen Rohrwindünger; Die überhitzerrohre sind an einen Ein- bzw. Austrittssammler
28, 28' angeschlossen und die Rohre sind derart zu je einem dieser Sammler gefUhrt,
daß sie in der Ebene der Kesselrnckwand dicht an dicht liegen und somit selbst einen
Teil 27'' der Wand bilden.
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Jede Überhitzerfläche 27, 27' kann mit den Sammlern 28, 28' als Ganzes
auf ihren Platz eingeschoben werden.
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x besteht