DE2521683C2 - Heizvorrichtung - Google Patents

Description

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Weiterhin ist bei einem La Mont-Kessel bzw. einem die die Rohre entweder direkt oder undireJct beheizen, Zwangsumlauf-Dampferzeuger (AT-PS 1 77 198) be- indem die Flammen auf die umgebenden oder benachkannt, durch eine erhebliche Steigerung der Turbulenz harten Wand- oder Bodenabschnitte gelenkt werden, der Rauchgase innerhalb der Brennkammer einen ver- die durch feuerfestes Material gebildet sind. Im letztebesserten Ausbrand des Brennstoffs zu erzielen. Zu die- 5 ren Fall wird die Hitze von den Wänden bzw. dem Bösem Zweck erstrecken sich quer durch die Brennkam- den reflektiert und dann auf die Rohre zum Erwärmen mer schräggestellte Schotte, die aus dicht an dicht lie- des in diesem befindlichen Strömungsmittels gelenkt genden Kühlrohren gebildet sind. Zwischen den Schot- Bei bestimmten Verfahrensabläufen, insbesondere

ten sind Durchlässe angeordnet Die von dem Wander- der Pyrolyse oder Dampferzeugung, ist es sehr wichtig, rost aufsteigenden Rauchgase werden beispielsweise in io daß bei allen Strahlungsabschnitten die Wärmeverteivier TeilstiN>me zerlegt von denen die drei hinteren lung möglichst gleichmäßig ist Dieses ist bei derartigen Teilströme wieder nahezu senkrecht auf den ersten Teil- Verfahrensabläufen wichtig, da die Temperatur des Mestrom auftreffen, wobei die Rauchgasströme unter hefti- tails der Rohre so im wesentlichen über die gesamte ger Wirbelbildung einander durchdringen, sich der un- Länge der Rohre bzw. deren Oberfläche konstant gehalterschiedliche Luftüberschuß der Rauchgasströme aus- is ten werden kann. Vorzugsweise wird die Temperatur gleicht und durch Nachverbrennung ein verbesserter des Metalls der Rohre vom Einlaß bis zum Auslaß auf Ausbrand erreicht wird. Am Obergang von der Strah- dem höchsten zulässigen Wert gehalten. Das Arbeiten lungskammer zu der Konvektionskammer ist ein Puffer- in dieser Weise führt zu einem optimalen Wärmeüberraum vorgesehen, in dem auch eine Nachverbrennung gang auf das Strömungsmittel innerhaJb der Rohre, so möglich ist bevor die Rauchgase die Berührungsheizflä- 20 daß bei der Pyrolyse oder der Dampferzeugung optimachen beaufschlagen. Ein derartiger Pufferraum wird im Ie Ergebnisse erreicht werden.

allgemeinen nur bei Dampferzeugern mit mehreren Zu- In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Er-

gen vorgesehen, jedoch nicht bei Heizvorrichtungen, findung wiedergegeben, die anhand der nachfolgenden bei denen die Konvektionskammer der Strahlungskam- Beschreibung näher erläutert werden. Es zeigt mer unmittelbar nachgeschaltet ist, was jedoch den bau- 25 F i g. 1 die Heizvorrichtung, insbesondere zur Dampflichen Aufwand reduziert Andererseits haben derartige umwandlung von Kohlenwasserstoffen, im Schnitt Heizvorrichtungen den Nachteil, daß eine gieichmäßi- F i g. 2 einen Schnitt gemäß Linie A-A in F i g. 1,

gere Wärmebeaufschlagung der Strahlungskammer Fig.3—6 verschiedene Rauchgaskanal-Querschnitte

Einbauten, wie beispielsweise gemäß US-PS 20 51 880, zur Verwendung bei der Heizvorrichtung gemäß F i g. 1, erfordert, wobei aufgrund starker Verwirbelung der 30 F i g. 7 in Seitenansicht einen der Rauchgaskanäle, die Rauchgase der Wirkungsgrad abnimmt aus verschiedenen Abschnitten bestehen und bei denen

Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Er- die Rauchgase durch Fugen zwischen den Abschnitten findung, bei der gattungsgemäßen Heizvorrichtung die zugeführt werden,

Verwirbelung der Rauchgase bei gleichmäßiger War- F i g. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Rauch-

mebeaufschlagung innerhalb der Strahlungskammer zu 35 gaskanals bei dem die Rauchgase durch öffnungen bzw. reduzieren. Schlitze innerhalb der Kanalabschnitte zugeführt wer-

Zur Lösung dieser Aufgabe werden erfindungsgemäß den,

die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 vorge- F i g. 9 Elemente zum Befestigen der Rauchgaskanäle

schlagen. an der Decke der Strahlungskammer und

Hierdurch wird der Vorteil erreicht, das Verwirbelun- 40 F i g. 10 einen Schnitt durch einen Kanalabschnitt gegen der Rauchgase innerhalb der Strahlungskammer re- maß F i g. 9 entsprechend Schnitt A -A in F i g. 1. duziert bzw. vollständig ausgeschaltet werden, die sich F i g. 1 und 2 zeigen die Heizvorrichtung mit einem im

daraus ergeben, daß die Rauchgase in der Strahlungs- wesentlichen rechteckigen Querschnitt und zahlreichen kammer ungleichmäßig strömen und dadurch eine un- Reihen von vertikal angeordneten Rohren. Die Heizgleichmäßige Wärmeverteilung zur Folge haben. Durch 45 vorrichtung hat eine Strahlungskammer 1, die durch die die einen in ganzer Länge offenen und sich in Strö- Seitenwände 3 und 4, die Stirnwände 10 und 11, eine mungsrichtung erweiternden Querschnitt aufweisenden Decke 5 und einen Boden 2 gebildet wird. Die Strah-Rauchgaskanäle mit zahlreichen öffnungen für den Ein- lungskammer hat sowohl einen im wesentlichen rechttritt von Rauchgasen werden mehrere Rauchgasaufnah- eckigen Querschnitt als auch einen rechteckigen Grundmen geschaffen, die sich über den gesamten Querschnitt 50 riß. Sowohl der Grundriß als auch der Querschnitt oder der Brenn- bzw. Strahlungskammer gleichmäßig er- beide können auch quadratisch sein und zusätzlich könstrecken und die Rauchgasströmung innerhalb der nen auch die Seitenwände 3 und 4, die nach der Zeich-Brenn- bzw. Strahlungskammer beruhigen bzw. lami- nung länger sind als die Stirnwände 10 und 11, kurzer nieren. Damit ist die Heizvorrichtung für die Erwär- sein als die Stirnwände, wodurch der rechteckige mung und'oder Verdampfung von Flüssigkeiten und 55 Grundriß umgekehrt wird. Die Strahlungskammer 1 ist Gasen geeignet, die durch die Rohre der Strahlungsab- über einen im wesentlichen horizontalen Kanal 17 an schnitte geleitet werden. Die Rohre können frei von eine Konvektionskammer 12 angeschlossen, die seitlich Einbauten sein oder Katalysatoren oder teilchenförmi- gegenüber der Strahlungskammer versetzt ist und in ges Material aufnehmen. In Abhängigkeit von dem aus- der zahlreiche Konvektionsrohre 13 angeordnet sein zuführenden Verfahrensablauf kann die Art des Strö- 60 können. Die Konvektionskammer 12 ist mit einem mungsmittels geändert werden, d. h. die Heizvorrich- Rauchrohr 14 zum Ableiten der Rauchgase versehen, tung kann zur Durchführung chemischer Umwand- Innerhalb der Strahlungskammer 1 sind eine oder

lungsprozesse oder zum Verdampfen von Flüssigkeit mehrere Reihen von Rohren TA bis 7F angeordnet, die oder einfach zur Erhöhung der Temperatur einer Flüs- bei Hieser Ausführungsform vertikal ausgerichtet sind, sigkeit oder eines Gases eingesetzt werden. Die Strah- 65 Durch einen Verteiler 6 wird ein zu erwärmendes Strölungswärme wird durch einen oder mehrere Brenner mungsmittel in· die Rohre 7 eingeleitet und durch einen erzeugt, die an dem Boden oder in den Seitenwänden Austrittssammler 16 von den oberen Enden der Rohre der Brennkammer oder an beiden angeordnet sind, und aus abgeleitet. Alternativ kann das Strömungsmittel an

den oberen Enden der Rohre 7 durch den als Verteiler geschalteten Sammler 16 zugeführt und durch den als Sammler geschalteten Verteiler 6 abgeführt werden. In dem Boden 2 und/oder den Seitenwänden 3 und 4 der Strahlungskammer 1 sind ein oder mehrere Brenner zur Beaufschlagung der Rohre und/oder der Wände der Kammer mit Wärme angeordnet, die die Rauchgase erzeugen, die durch die Konvektionskammer 12 und das Rauchrohr 14 abgezogen werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Heizvorrichtung gemäß F i g. 1 und 2 für die Dampferzeugung sind Brenner nur an dem Boden 2 angeordnet, und das Strömungsmittel tritt an den unteren Enden in die Rohre 7 ein und strömt dann durch diese nach oben.

Im oberen Bereich der Strahlungskammer 1 sind ein oder mehrere längliche, horizontal angeordnete Rauchgaskanäle 8/4 bis 8G vorgesehen, die zur Steuerung der Verteilung der Rauchgase in der gesamten Strahlungskammer 1 ausgebildet sind und auch das Abziehen der Rauchgase durch die Konvektionskammer 12 und das Rauchrohr 14 steuern können. Wie aus F i g. 1 ersichtlich, erstrecken sich die Rauchgaskanäle 8 über den gesamten Querschnitt der Strahlungskammer 1, so daß die Rauchgase durch die Kanäle in die Konvektionskammer 12 geleitet werden können. Die Rauchgaskanäle 8 sind mit Einrichtungen zum Einlassen der Rauchgase versehen, und die Gase werden dann aus den Kanälen 8 direkt in den unteren Bereich der Konvektionskammer 12 geleitet. Wenn mehrere Reihen von Rohren in dem Strahlungsabschnitt 1 vorgesehen sind, ist jeweils ein Rauchgaskanal 8 zwischen zwei Rohrreihen angeordnet und ein Rauchgaskanal befindet sich zusätzlich zwischen der ersten und der letzten Rohrreihe und der benachbarten Wand 10 bzw. 11 der Strahlungskammer 1.

Bei der in F i g. 7 dargestellten Ausführungsform haben die Rauchgaskanal-Abschnitte einen von einem Ende der Kanäle zum anderen Ende der Kanäle zunehmend anwachsenden Durchmesser und stehen über Fugen miteinander in Verbindung. Bei dieser Anordnung befindet sich der Kanalabschnitt mit dem kleinsten Durchmesser an dem Ende des Rauchgaskanals, das dem Abgabeende im Bereich der Konvektionskammer 12 gegenüberliegt. Die Kanalabschnitte können auch aus übereinstimmenden Teilen von gleichem Durchmesser bestehen. Die Kanalabschnitte sind aus hochlegiertem Stahl hergestellt, der Temperaturen zwischen 980° C und 1200° C standhält, die im Inneren der Strahlungskammer 1 herrschen können. Die Rauchgaskanäle sind aus hochlegierten Stahlplatten hergestellt und zweckmäßigerweise durch übliches Biegen geformt. Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 3 besteht der Rauchgaskanal aus Blech, das im wesentlichen halbkreisförmig angeordnet ist Das Blech kann auch an zahlreichen Stellen gebogen werden, um einen Kanal mit einem polygonalen Querschnitt gemäß Fig.4 zu bilden. Andere geeignete Querschnittsformen sind die Dreiecksform gemäß Fig. 5 und die Quadrat- oder Rechteckform gemäß F i g. 6.

Wie aus Fi g. 7 und 8 ersichtlich, ist der Rauchgaskanal mit zahlreichen öffnungen für den Eintritt der Rauchgase versehen. Bei der Ausführungsform gemäß Fi g. 7 sind diese öffnungen Fugen 9ä bis 9e, durch die die Rauchgase in die Kanäle eintreten können. Alternativ können gemäß Fig. 8 die Kanalabschnitte mit Öffnungen oder Schlitzen 15 versehen sein, durch die die Rauchgase hindurchtreten können. Gemäß einer weiteren Möglichkeit können die Rauchgase sowohl durch die Fugen als auch die öffnungen bzw. Schlitze in die Rauchgaskanäle gelangen. Vorteilhafterweise nehmen die Abmessungen und/oder Anzahl der öffnungen von dem der Konvektionskammer gegenüberliegenden Ende zu dem Abgabeende in die Konvektionskammer hinein ab. Auf diese Weise nimmt die Weite der Fugen 9a bis 9e im Verlauf des Rauchgaskanals in Richtung des Abgabeendes ab. In ähnlicher Weise nehmen die Anzahl und/oder die Abmessungen der Schlitze 15 gemäß F i g. 8 in Richtung des Abgabeendes ab. Durch diese Konstruktion werden die Rauchgase gezwungen, an allen Punkten über den Gesamtverlauf des Rauchgaskanals in diesen einzutreten, und die Saugwirkung des Rauchrohres ist erheblich reduziert bzw. egalisiert.

Aus F i g. 9 und 10 ist eine geeignete Anbringungsart für die Rauchgaskanäle 8 an der Decke 5 erkennbar, die eine gewisse Dehnung zuläßt. Die Kanalabschnitte sind mittels einer Schraube 20 befestigt, die mit einer Feder 22 versehen ist und die durch einen Abschnitt des Kanals reicht, der abgekantet ist und als Flansch zur Befestigung dient. Die Feder 22 hält den Kanal unter Vorspannung in Stellung. Die auf den Schraubenbolzen wirksame Dehnung ist auch innerhalb der Feder wirksam, die jedoch eine ausreichende Spannung aufrecht erhält. In der Decke 5 können Paßstifte 24 vorgesehen sein, die die Kanalabschnitte unter Abstand von dem feuerfesten Material der Decke halten.

Die Rauchgaskanäle reichen zweckmäßigerweise bis an die Wand 4 der Strahlungskammer an der dem Abgabeende gegenüberliegenden Seite, obgleich sie von der Wand auch ein wenig abgerückt sein können, um eine gewisse Dehnung zu ermöglichen. Das Abgabeende erstreckt sich zweckmäßigerweise bis etwas in den horizontalen Kanal 17 hinein, wobei in den Räumen unterhalb und zwischen den Abgabeöffnungen Mauerwerk vorgesehen sein kann. Die Rauchgaskanäle können jedoch direkt vor dem horizontalen Kanal 17 enden, ohne daß die Wirksamkeit merklich beeinträchtigt wird.

Die von den Brennern in dem Boden und/oder den Seitenwänden der Strahlungskammer aufsteigenden Rauchgase werden nach oben durch die Fugen und/ oder Schlitze in die Kanäle hineingezogen und dann horizontal in die Konvektionskammer geblasen. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die Rauchgase im wesentlichen senkrecht nach oben strömen und nicht durch die Saugwirkung der Konvektionskammer und des Rauchrohres seitlich abgelenkt werden. Auf diese Weise werden auch die Rohre in den oberen Ecken der Strahlungskammer an der der Konvektionskammer gegenüberliegenden Wand gleichmäßig mit Hitze über ihre gesamte Länge beaufschlagt Sie werden dabei im wesentlichen im gleichen Maß von der Wärme beaufschlagt, wie die anderen Rohre innerhalb der Strahlungskammer. Da der Rauchgaskanal aus Metallblech aufgebaut ist, reflektiert er selbst die Wärme in den oberen Bereich der Strahlungskammer und unterstützt damit die Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Temperatur an den Rohrflächen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1 2 der Brennkammer und der Konvektionskammer er- Patentansprüehe: streckt, an dieser aufsteigt, unterhalb des Zwischenbo dens zurückgeführt wird, an der brennerseitigen Stirn-

1. Heizvorrichtung für Strömungsmittel mit einer wand wieder nach unten in Richtung des Brenners gelei-Strahlungskammer und einer Konvektionskammer, s tet wird, wobei parallel zu dieser Wand, angeordnete die am oberen Ende der Strahlungskammer dieser Strahlungsrohre beaufschlagt werden, und sich dann vor nachgeschaltet und gegenüber dieser seitlich ver- der Brennermündung mit den aus dieser austretenden setzt ist, wobei die Strahlungskammer mindestens Rauchgasen mischt und erneut der Zirkulation folgt Im eine vertikale Rohrreihe für das mit Wärme zu be- Bereich des Zwischenbodens werden Rauchgasanteile aufschlagende Strömungsmittel und unterhalb ihrer io abgezweigt, wozu der Zwischenboden folgenden Auf-Decke eine Rauchgasaufnahme aufweist, die mehre- bau hat Parallel zu der Zirkulationsachse bzw. quer zur re voneinander getrennte und unter einander paral- Zirkulationsrichtung erstrecken sich innerhalb des Zwi-IeIe Kanäle umfaßt und sich im wesentlichen über schenbodens über die gesamte Brennkammer Rohre für die gesamte Strahlungskammer erstreckt sowie mit das mit Wärme zu beaufschlagende Strömungsmittel, öffnungen für den Eintritt von aus der Strahlungs- 15 wobei die unter Abstand voneinander angeordneten kammer aufsteigenden Rauchgasen versehen und an Rohre in ebenfalls einen Abstand voneinander aufweidie Konvektionskammer angeschlossen ist wobei senden U-förmigen Schächten angeordnet sind, die sich ate Abmessungen der öffnungen in Richtung der ebenfalls quer zur Zirkulationsrichtung erstrecken. An Konvektionskammer abnehmen, dadurch ge- den freien Enden der Schenkel der U-förmigen Schächkennzeichnet, daß sich zwischen den vertika- 20 te weist der Zwischenboden Platten auf, die sich parallel len Rohrreihen (7) und den Stirnwänden (10,11) der zu und unter Abstand von der Decke der Brennkammer Strahlungskammer (1) die Rauchgaskanäle (8) zur erstrecken, so daß zwischen dem Zwischenboden und Konvektionskammer (12) hin erstrecken und daß der Decke ein Raum als Rauchgasaufnahme entsteht, der Querschnitt der Rauchgaskanäle (8) in Strö- der sich über den gesamten Querschnitt der Brenn-bzw. mungsrichtung der Rauchgase zunimmt 25 Strahlungskammer erstreckt und bei gleichem Quer-

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- schnitt von der brennerseitigen Stirnwand der Vorrichzeichnet, daß jeder Rauchgaskanal (8) aus mehreren tung his zu der Trennwand zwischen der Brennkammer Abschnitten (8a bis Sf) besteht, zwischen denen Fu- und der Konvektionskammer reicht Zwischen den Augen (9a bis 9e) als öffnungen für den Eintritt der ßenseken der Schenkel der U-förmigen Schächte und Rauchgase ausgebildet sind. 30 den Platten werden so öffnungen für den Eintritt von

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- aus der Strahlungskammer aufsteigenden Rauchgasen zeichnet, daß jeder Rauchgaskanal (8) aus mehreren gebildet wobei die Platten derart bemessen und ange-Abschnitten (8a bis 8f) besteht deren Wandungen ordnet sind, daß die freien Strömungsquerschnitte der die öffnungen (15) für den Eintritt der Rauchgase öffnungen in Richtung der Konvektionskammer abnehaufweisen. 35 men. Die Platten wirken damit als Drosseln, wobei die

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, Drosselwirkung am Übergang von der Strahlungskamdadurch gekennzeichnet daß die Rauchgaskanäle mer zu Konvektionskammer am stärksten ist so daß in (8) mittels Schraubbolzen (20) an der Decke (5) der diesem Bereich der Rauchgaszirkulation ein geringerer Strahlungskammer (1) befestigt sind. Rauchgasanteil entnommen wird, als im Bereich der

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn- 40 brennerseitigen Stirnwand der Heizvorrichtung. Durch zeichnet daß im oberen Abschnitt der Schraubbol- diese Anordnung soll eine gleichmäßigere Wärmebezen (20) Federn (22) angeordnet sind. aufschlagung innerhalb der Strahlungskammer erreicht

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, werden, und zwar auch der innerhalb des Zwischenbodadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgaskanäle dens angeordneten Rohre. Zu diesem Zweck wird im (8) einen im wesentlichen halbkreisförmigen Quer- 45 Bereich des Zwischenbodens auf beiden Seiten eine schnitt aufweisen. starke Verwirbelung der Rauchgase bewirkt Im Be-

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, reich der Brennkammer wirken die U-förmigen Schächdadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgaskanäle te als Prallbleche für die Rauchgase und erzeugen eine (8) einen polygonalen Querschnitt aufweisen. Randstörung. Die abgezweigten Rauchgase verwirbeln,

50 bevor sie durch die öffnungen in die Rauchgasaufnah-

, me eintreten. In dieser werden die Rauchgase erneut

verwirbelt, da sie teilweise in die U-förmigen Schächte eintreten und dort die Rohre mit Berührungswärme be-

Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung der im aufschlagen. Aufgrund der starken Verwirbelung im BeOberbegriff von Anspruch 1 angegebenen und aus der 55 reich des Zwischenbodens ergeben sich Strömungsver-US-PS 20 51 880 bekannten Art. luste, die entweder im Bereich der Frischluftzufuhr oder

Bei der bekannten Heizvorrichtung ist innerhalb der des Rauchgasabzugs ausgeglichen werden müssen. Da-Strahlungskammer unterhalb von deren Decke und un- durch sinkt der Gesamtwirkungsgrad der Heizvorrichter Abstand von dieser eiii Zwischenboden vorgesehen, tung. Konstruktiv erfordert der Zwischenboden einen der sich parallel zu der Decke über den gesamten Quer- 60 erheblichen Aufwand, wobei sich der weitere Nachteil schnitt der Strahlungskammer erstreckt. Der Zwischen- ergibt, daß sich innerhalb der U-förmigen Schächte boden hat die Aufgabe zu verhindern, daß die in der Ruß- und Teernebelablagerungen bilden können, die die Brenn- bzw. Strahlungskammer aufsteigenden Rauch- Strahlungs- und Konvektionswärmebeaufschlagung der gase unmittelbar in die Konvektionskammer eintreten, Rohre beeinträchtigt, so daß der thermische Wirkungsund soll die Rauchgase innerhalb der Brennkammer in 65 grad im Bereich dieser Rohrreihen relativ schnell abeine Zirkulation versetzen, die von dem im Bodenbe- nimmt. Wartungsarbeiten im Bereich des Zwischenboreich angeordneten Brenner ausgeht, sich in Richtung dens sind nur umständlich auszuführen und erfordern der diesem gegenüberliegenden Trennwand zwischen ein Stillsetzen der gesamten Heizvorrichtung.