Es
ist bekannt, Wasserrohrkessel mit senkrecht verlaufenden Rohren
auszuführen.
Die DE C2 27 43 687 offenbart einen Wasserrohrkessel mit einem von
Heizgasen längs
durchströmten
Feuerraum und einem daran anschließenden Berührungsteil, in dem die Rohrtrennwände teilweise
senkrecht zur Kessellängsachse
angeordnet sind. Im Bereich des Berührungsteils sind partiell horizontal
verlaufende Rohre angeordnet, um in seinem Konvektionsbereich eine
Wärmeübertragung
in ausreichendem Maße
zu ermöglichen.
Weiterhin zeigt die DE C2 32 26 483 einen Wasserrohrkessel mit im
Berührungsteil
senkrecht verlaufenden Rohren, in dem eine Auflagerung für rüttelbare
Heizelemente dargestellt ist. In der DE U1 295 10 560.7 ist ein
beulstrukturiertes senkrecht oder schräg stehendes Absorberrohr beliebiger
Geometrie beschrieben worden, dessen Rohrmantel mit regelmäßig versetzt
bzw. unregelmäßig angeordneten
Beulen unterschiedlicher Beultiefe und Beulrandform versehen ist.
Dem Absorberrohr wird mit der eingearbeiteten Beulstrukturierung
ein verbesserter Wärmeübergang
zugeordnet, mit dem eine permanente Störung der Grenzschichten durch
tangentiale und radiale Vermischungsvorgänge gegenüber Glattrohren der Betrieb
eines Absorbers realisiert werden kann.
Es
wurde gefunden, und in der Anmeldung „Wärmetauscher", amtliches Aktenzeichen 100 16 007.7
beansprucht, einen Wärmetauscher
mit strukturierten Rohren auszurüsten,
der zwei Züge
aufweist und ist mit parallel zueinander verlaufenden, strukturiert
ausgeführten
Wärmetaucherrohren
bestückt.
Seine Längsmittenachse
ist horizontal gerichtet und mit dem Feuerraum ein erster Zug ausgebildet.
Mit der Anordnung eines zweiten Zuges mit strukturiert gebildeten
Wärmetauscherrohren
ist der Wärmetauscher
vervollständigt.
Die Rohre folgen hier der Hauptströmungsrichtung der Rauchgase. Die
Rohre sind bei diesem Aggregat von den Rauchgasen durchzogen und
geben ihre Wärme
an das sie an ihrer Außenfläche umschließende Kesselwasser ab.
Die
US PS 1,235,764 stellt die Ausbildung von profilierten Rohr- bzw.
Wärmetauscherflächen in einem
Dampfgenerator vor. Die Wärmetauscherflächen sind
dabei nur an den Außenflächen strukturiert,
um die für
den Wärmeübergang
notwendigen Flächen
zu vergrößern. Die
WO 00/42352 offenbart in einem Dampferzeuger die Anordnung von gasdicht miteinander
verschweißten,
vertikal angeordneten Verdampferrohren, wobei jeweils eine Anzahl
der Verdampferrohre parallel mit dem Strömungsmedium beaufschlagt worden
ist.
Die
Kesselausbildungen der im Stand der Technik bekannten Art weisen
den Nachteil auf, dass ihre Berührungsheizflächenbereiche
großdimensioniert
sind und der Wärmeübergang
vom Heizungsmedium, also dem Rauchgas, auf das zu erwärmende Wasser- oder Wasserdampfgemisch
nicht intensiv zur Ausnutzung gelangt. Weiterhin sind die Kessel
in ihrer Längsausdehnung
großdimensioniert, äußerst materialintensiv
und ihre äußeren Konturen
ungleichmäßig.
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen mit Strukturrohren ausgestatteten
Wasserrohrkessel zum Erzeugen von Dampf oder Heißwasser mit einem im Feuerraum
angeordneten Brenner oder Rost zum Verbrennen von festen, vorzugsweise
fossilen Brennstoffen sowie im Feuerraum senkrecht angeordneten
Rohren zu schaffen, der ein geringes Körpervolumen aufweist, mit hoher
energetischer Wirtschaftlichkeit gefahren werden kann sowie vorteilhafte
Fertigungs- und Montagetechnologie bedingt.
Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch einen mit Strukturrohren ausgestatteten Wasserrohrkessel
zum Erzeugen von Dampf oder Heißwasser, mit
einem Feuerraum sowie einem Berührungsheizflächenbereich
gelöst,
dessen Berohrung mit seinen Rohrachsen vollständig der Hauptströmungsrichtung der
Rauchgase entsprechend ausgeführt,
und dessen Konvektionsbereich mit dicht an dicht gestellt verlaufenden
Rohren gleicher Länge
ausgestattet ist, wobei der Feuerraum sowie der Berührungsheizflächenbereich über eine
gleiche Höhen
und Breitenerstreckung verfügen
und eine glattwandig verlaufende, quaderförmige Gestalt des Wasserrohrkessels ausgebildet
ist.
Die
Erfindung ist vorteilhaft ausgeführt,
indem der Berührungsheizflächenbereich,
mit eingeschlossenem Konvektionsbereich, unter Auslassung eines
Gasstrahlungsraumes, unmittelbar hinter dem Feuerraum angeschlossen
ist. Die Erfindung ist dadurch vorteilhaft ausgestaltet, dass der
Berührungsheizflächenbereich
mit eingeschlossenem Konvektionsbereich im Feuerraum angeordnet,
von diesem umschlossen ist. Eine weitere Ausgestaltungsform ist darin
zu sehen, dass der Berührungsheizflächenbereich
mit eingeschlossenem Konvektionsbereich im Feuerraum angeordnet,
von diesem an mindestens zwei Seiten umschlossen und mindestens
mit einer gemeinsamen Rückseite
begrenzt ist. Eine Ausgestaltungsform der Erfindung wird darin gesehen, dass
der Konvektionsbereich über
Rohre und Rohwände
verfügt,
die vertikal gerichtet, mit gleichen Längen die gesamte Höhe seines
Raumes ausfüllend,
von oben hängend
oder aufgestellt, der Hauptrichtung der Rauchgase folgend, angeordnet
sind. Eine weitere Ausgestaltungsform erhält die Erfindung dadurch, dass
der Konvektionsbereich über
Rohre und Rohrwände
verfügt,
die horizontal erstreckt, den Konvektionsbereich im Innenraum ausfüllend, in
gleicher Richtung wie die Hauptströmungsrichtung gestellt, angeordnet
sind. Der Wasserrohrkessel erhält weiterhin
eine sinnvolle Ausgestaltung dadurch, das der Berührungsheizflächenbereich
mit separaten Zügen
ausgerüstet
ist, die mit seinen Teilbereichen, vor allem im Konvektionsbereich,
verbunden sind und einen den Funktionen der Bereiche angepassten wechselnden
Betrieb gewährleisten.
Vorteilhaft gebildet ist die Erfindung auch weiterhin damit, dass
die Funktion der Teilbereiche im Berührungsheizflächenbereich
veränderbar
ist, indem die Richtung und Lage der Züge sowie ihre Zuordnung zu
ihren Teilbereichen variabel ausgebildet, eine Umstrukturierung erfahren
kann, die den jeweiligen Anforderungen des Kesselbetriebes entsprechend
gestaltet ist. Eine besondere Form der Erfindung wird dadurch erreicht, dass
ein Teilbereich des Konvektionsbereiches, als Economiser ausgebildet,
mit verkürzten
Rohren ausgestattet ist.
Die
erfindungsgemäße Lösung weist
gegenüber
dem bekannten Stand der Technik vor allem Tailend-Kesseln signifikante
Vorteile auf. Die Verwendung an sich bekannter Strukturrohre, hier
erfindungsgemäß der Hauptströmungsrichtung
der Rauchgase folgend, in den Berührungsheizflächenbereichen
angeordnet, dicht an dicht gestellt, führt zu einer bedeutenden Verringerung
des Volumens des Wasserrohrkessels. Die damit einhergehenden wirtschaftlichen
Vorteile beginnen bereits bei der Fertigung der Kesselteile, indem
weitestgehend gleiche Längen
der Rohre gefertigt, gebündelt,
transportiert und nachfolgend auf der Baustelle mit einer rationellen
Technologie zusammengefügt
werden können. Die
Vereinheitlichung der Baulängen
der Rohre sowie die Verringerung des Volumens des Kessels führen auch
dazu, dass die Zuführungs-
und Abführungsleitungsrohre
in Formgebung und Anzahl reduziert werden können. Das unmittelbare Anfügen des Berührungsheizflächenbereiches
an den Feuerraum, ohne die Verwendung eines zwischengefügten Gasstrahlungsraumes
oder die völlige
Integrierung des Berührungsheizflächenbereiches
in den Feuerraum verkürzt
die Erstreckung des Kessels in Richtung seiner Längsmittenachse bedeutend. Damit,
dass, wie in der Erfindung beansprucht, die Rohre besonders im Konvektionsbereich,
dicht an dicht nebeneinander gestellt, der Hauptströmungsrichtung
des Rauchgases folgend, angeordnet werden und in den überwiegenden
partiellen Bereichen des Wasserrohrkessels gleiche Längen aufweisen,
ist es erreicht worden, die Querschnittsfläche des Wasserrohrkessels und
damit verbunden, seine Aufstandsfläche zu reduzieren. Damit einher
gehen signifikante Vorzüge
einer geringeren Mächtigkeit
und Ausdehnung des herzustellenden Fundamentes, einer Reduzierung
des zur Aufstellung des Kessels erforderliche Stahlbaukonstruktion
sowie Verringerung der Aggregateanzahl und Erstreckung für den Ascheabzug.
Die
Ausführung
der Rohre und Rohrwände gestattet
es, Verunreinigungen an deren Oberflächen ausnehmend durch Klopfen
zu entfernen. Dafür
sind die Konvektionsheizflächen
mit Verteilern ausgestattet, die von außen durch Klopfstößel erreichbar
sind. Aufwendige Montagen von Rußbläsern und Kugelreinigungsanlagen
können
damit entfallen. Mit der dicht an dicht stehenden Anordnung der
Rohre, vor allem im Konvektionsbereich, ist eine multifunktionale
Verwendung partieller Teile dieses Bereiches gegeben. Durch einfach
herzustellende Verschaltungen können
jetzt Verdampferrohren die Funktion von Überhitzerrohren zugewiesen
werden und die Verrohrungen des Economisers die Funktion von Verdampferrohren
erhalten, wobei diese Funktionsveränderungen auch umgekehrt ablaufen
können.
Es ist ein weiterer Vorteil der Erfindung, dass es konstruktiv möglich ist, die
Rauchgase durch alle Teilaggregate in einer Richtung zu führen. Das
bedeutet, dass die Teilaggregate Überhitzer, Verdampfer, Economiser
ohne Trennwände
hintereinander angeordnet, gleichzeitig von den Rauchgasen von oben
nach unten durchzogen werden oder verändert, wenn die Zuganordnung
der Zu- und Ableitungen für
die Rauchgase entsprechend einer veränderten Zu- und Ableitung,
also von unten nach oben vorgesehen sind, durch den Berührungsheizflächenbereich
geleitet werden. Diese vorteilhafte konstruktive Lösung bedeutet
ein völlig
neuartiges Betriebsregime für
Dampfkessel.
Die
erfindungsgemäß offenbarte
Gestaltung des Kessels erlaubt es auch weiterhin, ausgewählten Bereichen,
insbesondere dem Konvektionsbereich, separat verlaufende Züge zuzuordnen,
deren Funktion zu verändern
und in wechselnde Abhängigkeiten zueinander
zu stellen. Die technisch vorteilhafte Ausgestaltung wirkt sich
für die
Funktion des Kessels sehr wirtschaftlich aus. Die einzelnen Heizflächen und
Teilbereiche können,
den wärmewirtschaftlichen Erfordernissen
des Kesselfunktionsregimes angepasst werden und die Rauchgas- und
Mediengeschwindigkeit günstig
eingestellt sowie der Zugverlust und das Verschmutzungsverhalten
energiesparend eingestellt werden.
Die
erfindungsgemäße Lösung dokumentiert ihre
Vorteilhaftigkeit nicht nur darin, dass die Gestaltung der Berührungsheizflächenbereiche
variabel und raumsparend ausgeführt
worden ist, sondern führt
die Vorteilsdarstellung damit weiter, dass, bedingt durch die grundsätzliche
Ausbildung gleicher Rohrlängen
des Feuerraums sowie des Berührungsflächenbereiches,
die Höhenerstreckung
des Kesselkörpers,
verlaufend zur Längsmittenachse,
gleichmäßig ist.
Dicht an dicht gestellte Rohre der Bereiche des Kessels bedingen
seine Verkürzung
in der Längsausdehnung
und die unmittelbare Anordnung des Berührungsheizflächenbereiches
an den Feuerraum sowie eine Anpassung der Breitenerstreckung beider
Bereiche. Dem Wasserrohrkessel wird jetzt eine quaderförmige Gestalt
verliehen, die sich vorteilhaft durch glattverlaufende Außenkonturen
auszeichnet und die keine Einschnürungen oder Verdickungen aufweist.
Verringerungen des Raum- und
Montageaufwandes sowie das Erreichen ästhetisch vorteilhafte Gestaltungsmerkmale
gehen einher mit technisch-technologischen Vorzügen, insbesondere beim Herstellen
des gesamten Kesselaggregates sowie seiner Teile.
Die
Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles
näher erläutert werden.
In der zugehörigen
Zeichnung zeigen:
1:
Den Wasserrohrkessel in einer Seitenansicht im Schnitt;
2:
Den Wasserrohrkessel in einer Rückansicht,
teilweise im Schnitt;
3:
Den Schnitt I-I in 1;
4:
Die Sicht auf einen Feuerraum mit eingeordnetem Konvektionsbereich;
5:
Den Sachverhalt nach 4 in einer axonometrischen Darstellung.
Der
Wasserrohrkessel 0 weist einen vertikal verlaufenden rechteckigen
Querschnitt auf. In der gemäß der Ansicht
linken Seite des Wasserrohrkessels 0 ist ein Feuerraum 1 angeordnet,
der von Feuerraumwänden 10; 10'; 10''; 10''' eingeschlossen
ist, der vertikal die vollständige
Höhe des
Kessels 0 übergreift
und ca. die Hälfte
seiner Breite einnimmt. Im oberen Bereich des Feuerraums 1 ist
ein Ölbrenner 2 mit
einer in den Feuerraum 1 gerichteten Düse vorgesehen. Der untere Bereich
des Feuerraums 1 öffnet
sich zu einem Rauchgasaustrittsweg 3, der die Bewegung
des Rauchgases in Richtung des Pfeils 12 in den Verdampfer 4 freigibt.
Die Darstellung des Wasserrohrkessels 0 gemäß dieser
Ansicht im Schnitt vermittelt dem Betrachter den Sachverhalt, dass
die Berührungsheizflächen unmittelbar
hinter dem Feuerraum 1 vorgesehen sind. Der Gasstrahlungsraum
wurde in Fortfall gebracht und ist damit ein Teil der erreichten
Verkürzung
der Kesselerstreckung. Der Verdampfer 4, in den die Rauchgase
in Richtung des Pfeils 12 eintreten, ist mit senkrechten, dicht
an dicht stehenden strukturierten Rohren ausgerüstet und erstreckt sich in
gleicher Höhe
bis an die Oberkante des Körpers
des Wasserrohrkessels 0. In der Darstellung nach 2 ist
entsprechend der Ausbildung des Verdampfers 4, der die
Höhe des Kessels
vollständig überspannt
und horizontal zur Hälfte
dessen Breite einnimmt, ein Economiser 5 vorgesehen. Der
Economiser 5 weist eine den Rohren des Verdampfers 4 gleichlaufende
Stellung der Rohre auf, die zwischen dem Verteiler 8 und
dem Sammler 9 vertikal erstreckt eingeordnet sind und von
den Rauchgasen durchzogen werden. Im Bereich unter dem Economser 5 ist
ein Rauchaustrittsweg 7 geöffnet, der die Rauchgase, nachdem
sie ihre Wärmeenergie
abgegeben haben, zu einem Abzugsschacht oder Kamin leitet. Ein Rohrgitter 6,
zwischen dem Verdampfer 4 und dem Economiser 5 eingeordnet, führt die
Rauchgase zu dem Economiser 5, der von oben nach unten
in einer wechselnden Richtung durchströmt wird. Der mitlesende Fachmann
erkennt, dass es konstruktiv vorteilhaft ist, alle Rohre im Konvektionsbereich,
also auch im Bereich des Verdampfers 4, gleichlang auszuführen. Er
hat in jedem Fall dafür
zu sorgen, dass der Wärmetransport
durch eine großzügige Bemessung
des Strömungsquerschnitts nicht
geschwächt
wird und die Wärmestromdichte nicht
unvorteilhaft herabgesetzt wird. Er erkennt gleichfalls, dass einer
Ausführungsart
der erfindungsgemäßen Lösung im
Bereich der Berührungsheizflächen die
Berohrung horizontal ausgebildet werden kann. Hier folgt die Richtung
der Rohrmittenachsen der horizontalen Längsmittenachse des Wasserrohr kessels
und erfüllt
damit das Hauptmerkmal der Erfindung, dass die Hauptströmungsrichtung
der Rauchgase der Erstreckung der Rohrlängsmittenachse folgt.