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Rauchgaszug, insbesondere eines Heisswasserkessels
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Die Erfindung betrifft einen Rauchgaszug, insbesondere eines Heisswasserkessels,
mit rechteckigem Querschnitt, der von aus gasdicht verschweissten Rohren gebildeten
Wänden begrenzt ist und mindestens ein berührungsbeheiztes Rohrbündel enthält, wobei
in einer der vier Wande eine Gaseintrittsöffnung vorgesehen ist.
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Ein Rauchgaszug dieser Art ist aus der CH-PS 580 791 bekannt. Er
hat den Nachteil, dass durch die seitliche Einströmung der Heizgase deren Geschwindigkeitsverteilung
über den Querschnitt des Rohrbündels, insbesondere in dessen Eintrittsbereich, ungleichmässig
ist. Dies kann wasserseitig zu instabilen Strömungsverhältnissen sowie zu ungleichmässiger
Kühlung der Gase führen, was einen höheren Abgasverlust sowie eine ungleichmässige
Beheizung der Rohrwände zur Folge hat.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, bei einem Gaszug der eingangs genannten
Art die Verteilung der Gas strömung über den Querschnitt des Rohrbündels zu verbessern.
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Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäss dadurch, dass im Bereich
des Eintritts des Gases in das erste Rohrbündel eine fieber den ganzen Querschnitt
des Gaszuges sich erstreckende, aus parallelen, gekühlten Rohren gebildete Drosselfläche
mit gleichmässig über den Querschnitt des Gaszuges verteilten Durchtrittsöffnungen
für das Gas vorgesehen ist.
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Durch das Anbringen der Drosselfläche wird auf konstruktiv einfache
Weise die Geschwindigkeitsverteilung des Heizgases im Eintrittsbereich des Rohrbündels
vergleichmässigt.
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Damit wird sowohl die Beheizung des Rohrbündels als auch der Rohrwand
verbessert. Durch die Drosselfläche wird überdies Turbulenz erzeugt, was den Wärmeübergang
an den Rohren des Rohrbündels günstig beeinflusst.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung mit in der Vorderwand des
Gaszuges befindlicher Gaseintrittsöffnung sind die Rohre der Vorderwand im Bereich
des Eintritts des Gases in das erste Rohrbündel derart abgebogen, dass sie quer
über den Gaszug verlaufend bis nahe zur Rückwand des Gaszuges geführt sind und mit
diesen abgebogenen Teilen die Drosselfläche bilden. Die Verwendung der Vorderwandrohre
zur Bildung der Drosselfläche hat den konstruktiven Vorteil, dass praktisch keine
zusätzliche Fertigungsoperationen notwendig sind, weil die Vorderwandrohre im Bereich
der Eintrittsöffnung ohnehin ausgebogen werden müssten.
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Nach einer zweckmässigen Weiterbildung der Erfindung sind die die
Drosselfläche bildenden, aus der Vorderwand abgebogenen Rohre im Bereich der Rückwand
des Gaszuges derart abgebogen, dass sie, nochmals den Querschnitt des Gaszuges durchquerend,
in den Bereich der Vorderwandebene zurückgeführt sind, so dass sich ein V-förmiger
Rohrverlauf ergibt. Durch die V-förmige Biegung der Rohre wird der Zuströmquerschnitt
zur Drosselfläche in günstiger Weise verengt, wobei die Normale zur Drosselfläche
bereits an die gewünschte Richtung der Gase beim Eintritt in das Rohrbündel angenähert
ist.
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Lassen die dem Rohrbündel abgewendeten Schenkel der V-förmig gebogenen
Rohre zwischen sich Durchlässe für den Durchtritt von Russ und/oder Schlacketeilchen
frei, so ergeben sich die weiteren Vorteile, dass das von diesen Schenkeln gebildete
Rohrgitter das Umlenken in die gewünschte Richtung unterstützt und es gegebenenfalls
vom Brenner angefachte Gasschwingungen dämpft.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit oberhalb der
Drossel fläche angeordnetem Rohrbündel und aus der Vorderwand abgebogenen Rohren
zur Bildung der Drosselfläche sind die Vorderwandrohre, bevor sie quer über den
Gaszug verlaufend geführt sind, in einem dem ersten Rohrbündel benachbarten Bereich
bezüglich des Gaszuges etwas gegen aussen ausgebogen. Dieses Ausbiegen der Rohre
gestattet nicht nur,
bei gegebenem Rohrkrümmungsradius, die Front
des Rohrbündels näher an die Drosselfläche heran zu legen, sondern auch die Geschwindigkeitsverteilung
in dem Rohrbündel weiter zu verbessern. Durch das Ausbiegen der Rohre gegen aussen
wird die Vorderwand überdies in vorteilhafter Weise in Querrichtung versteift.
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Die die Drosselfläche bildenden Rohre können nach einer Weiterbildung
der Erfindung auch aus quer über den Gaszug gezogenen Rohren bestehen, die abwechslungsweise
aus Rohren der einen und der anderen Seitenwand des Gaszuges entspringen und sich
in Rohren der jeweils gegenüberliegenden Seitenwand fortsetzen. Der Vorteil dieser
Lösung ist darin zu sehen, dass die Seitenwandrohre thermisch höher beaufschlagt
werden, sodass in diesen die Wasserzirkulation erhöht wird.
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Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist auf der Höhe
der Drosselfläche jedes zweite Rohr in den beiden Seitenwänden durch ein seinen
lichten Querschnitt asperrendes Blech in einen unteren und einen oberen Abschnitt
unterteilt und die die Drosselfläche bildenden Rohre verbinden jeweils einen unteren
Abschnitt der Rohre der einen Seitenwand mit einem oberen Abschnitt der Rohre der
anderen Seitenwand.
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Hierdurch ergibt sich eine gute seitliche Abstützung des Gaszuges.
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Schliesslich ist es auch möglich, die vom Gasstrom zuerst beaufschlagten
Rohre des Rohrbündels zur Bildung der Drosselfläche heranzuziehen, indem diese Rohre
der ersten Reihe einen kleineren gegenseitigen Abstand aufweisen als die Rohre in
den darauf folgenden Reihen. Hierdurch ergibt sich eine sehr gleichmässige Verteilung
der Gasströmung und überdies fällt die Zone, in der die hohe Geschwindigkeit wieder
abgebaut wird, voll in den Bereich des Rohrbündels, sodass also der an der Drosselfläche
auftretende Druckabfa-ll voll zur Erzielung eines guten Wärmeüberganges ausgenützt
wird.
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Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung
anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 einen schematischen Vertikalschnitt durch einen
öl-oder gasbefeuerten Heisswasserkessel mit Rauchgaszug gemäss der Erfindung, Fig.
2 einen Schnitt entsprechend der Linie II - II in Fig. 1, Fig. 3 eine Ansicht bzw.
Draufsicht einer Drosselfläche einer und 4 abgewandelten Ausführungsform der Erfindung,
Fig.
5 einen Schnitt entsprechend der Linie V - V in FiQ. 3, Fig. 6 einen Schnitt eines
abgewandelten Details zur Ausführungsform gemäss Fig. 3 bis 5 Fig. 7 eine Draufsicht
zu Fig. 6 und Fig. 8 einen Vertikalschnitt durch ein unteres Rohrbündel eines weiteren
abgewandelten Rauchgaszuges.
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Der Kessel 1 gemäss Fig. 1 und 2 besteht - ähnlich wie der in der
CH-PS 580 791 im Detail Beschriebem - - aus einer aus gasdicht miteinander verschweissten
Rohren 3 gebildeten Brennkammer 2 und einem rauchgasseitig daran anschliessenden
Gaszug 4. Der Gaszug ist durch vier zueinander rechtwinklig angeordnete, vertikale
Wände begrenzt, nämlich durch eine Vorderwand 10, eine Rückwand 11, sowie zwei Seitenwände
12 und 13.
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Diese vier Wände bestehen aus wasserführenden, gasdicht verschweissten
Rohren 10', 11', 12' bzw. 13', die oben an vier Sammlern 18, 19, 20 bzw. 21 angeschlossen
sind. Mit ihrem unteren Ende sind die Rohre 10' und 11' an einem gemeinsamen Verteiler
15 und die Rohre 12' und 13' an je einem Verteiler 16 bzw. 17 angeschlossen.
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An den Rohren 12' und 13' der Seitenwände 12 und 13 sind U-förmig
gebogene Rohre 25 angeschweisst, welche Fahnenheizflächen bilden und parallel zur
Vorderwand 10 und Rückwand 11 in den Gaszug 4 ragen. Im Bereich des untersten Bündels
der Rohre 25 sind die Rohre 10' der Vorderwand 10 bezüglich des Gaszuges 4 um einen
geringen Betrag nach aussen gebogen und sind dann quer über den Gaszug bis nahe
zur Rückwand 11 geführt. Diese den Gaszug 4 durchquerenden Rohre 30 sind gleichmässig
über den Querschnitt des Zuges verteilt und bilden eine Drosselfläche für das Heizgas.
Die Rohre 30 gehen nahe der Rückwand 11 in Rohre 31 über, die den Gaszug 4 durchquerend
sich bis zur Ebene der Vorderwand 10 erstrecken und dann von oben her in den Verteiler
15 münden. Die Rohre 30 und 31 sind dabei auf dem grössten Teil ihres V-förmigen
Verlaufes unverschweisst und abwechslungsweise gegeneinander leicht versetzt, sodass
sich einerseits gegen oben spaltartige Durchtrittsöffnungen 28 für das aus der Brennkammer
2 in den Gaszug 4 strömende Rauchgas und andererseits gegen unten spaltartige Durchlässe
29 für den Durchtritt von Russ- und Schlacketeilchen ergeben.
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Die Abstände zwischen den oberen Schenkeln der V-bildenden Rohre
30 sind so bemessen, dass die Summe der freien Strömungsquerschnitte zwischen diesen
Rohren kleiner als 60 % des engsten Strömungsquerschnittes im Bereich des folgenden
Rohrbündels ist. Damit beträgt die Durchtrittsgeschwindigkeit
vorzugsweise
im Bereich zwischen dem zwei-und dem vierfachen Wert der sich zwischen den folgenden
Rohren des Rohrbündels ergebenden Durchtrittsgeschwindigkeit. Dadurch wird erreicht,
dass an der so gebildeten Drosselfläche das Gas aufgestaut und damit über den Querschnitt
gleichmässig verteilt wird. Die von den Rohren 31 gebildete durchlässige untere
Wand hilft die Gasströmung gegen die Drosselfläche zu führen und trägt damit zu
einer gleichmässigen Verteilung des Gases über den Querschnitt des Gaszuges bei.
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Es kann vorteilhaft sein, die frei in den Gaszug 4 ragenden Rohre
30 an der Rückwand 11 des Gaszuges abzustützen, wie dies durch Stützen 35 in Fig.
1 angedeutet ist.
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Im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 bis 5 zweigen die Rohre 40'
und 40", die die Drosselfläche bilden, von Seitenwandrohren 41 bzw. 42 ab, die zusammen
mit Rohren 43 bzw.
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44 die Seitenwände 12 bzw. 13 bilden. Von den letztgenannten Rohren
43 und 44 zweigen keine, den Rohren 40' und 40" entsprechende Rohre ab. Jeweils
ein Verbindungsrohr 40' führt von einem unteren Abschnitt 45 eines Rohres 41 zum
oberen Abschnitt 46 eines gegenüberliegenden Seitenwandrohres 42. Umgekehrt führt
ein Verbindungsrohr 40" von einem unteren Abschnitt 47 des erwähnten Seitenwandrohres
42 zum oberen Abschnitt 48 des erwähnten Seitenwandrohres 41. Zwischen der Abzweigung
des Rohres 40' aus dem Rohr 41 und der Einmündung des Rohres 40"
in
dasselbe Seitenwandrohr 41, d.h. also zwischen den Abschnitten 45 und 48 des Seitenwandrohres
41, ist der lichte Querschnitt des Rohres 41 ganz oder zum grössten Teil durch ein
Trennblech 50 abgesperrt. Solche Trennbleche 50 sind an entsprechenden Stellen auch
in den übrigen Rohren 41 und 42 zu finden. Das im unteren Abschnitt 45 des Seitenwandrohres
41 aufsteigende Wasser strömt, wegen des engeren Querschnittes des Rohres 40' mit
höherer Geschwindigkeit durch dieses Rohr 40 und anschliessend wieder langsamer
durch den oberen Abschnitt 46 des Rohres 42.
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Dementsprechend strömt Wasser aus dem unteren Abschnitt 47 des Rohres
42 durch das Verbindungsrohr 40" und den oberen Teil 48 des Seitenwandrohres 41.
Durch absichtlich oder unabsichtlich vorhandene Durchtrittsöffnungen an den Trennblechen
50 kann eine sichere Entlüftung der Rohre erreicht werden.
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Alle Verbindungsrohre 40' und 40" zusammen bilden eine über den vollen
Querschnitt des Gaszuges 4 sich erstreckende Drosselfläche. Sie kann, wie in Fig.
5 gezeigt, geneigt verlaufen; sie kann aber auch horizontal angeordnet sein, wobei
dann, wie in den Fig. 6 und 7 für ein Rohr 42 dargestellt, die Abzweigung des Rohres
40" und die Einmündung des Rohres 40' auf gleicher Höhe liegen und das Trennblech
50' zweckmässig S-förmig gekrümmt ist. Um das Trennblech 50' leicht anschweissen
zu können, kann es zweckmässig sein, die Rohre 41, 42 in
der Nähe
der Abzweig- bzw. Mündungsstelle durch Schweissung zusammenzufügen, wie dies aus
Fig. 6 durch die rundlaufende Schweisskante 52 angedeutet ist.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 muss man sich vorstellen, dass
die Rohrbündel im Gaszug 4, wie in Fig. 2 gezeigt, als Fahnenheizflächen an den
Seitenwandrohren 13' angeschlossen sind. Jeweils der untere Schenkel der U-Rohre
60 der zuerst vom Gasstrom beaufschlagten Fahnenheizflächen weist dabei einen grösseren
Durchmesser auf als die innerhalb jeder Fahnenheizfläche des Bündels liegenden U-Rohre
61 und 62. Die miteinander korrespondierenden Rohre 61 und 62 aller emeinsamen Fahnenheizflächen
dieses Bündels liegen auftHorizontalebenen, während die oberen Schenkel der U-Rohre
60 abwechslungsweise in zwei Ebenen unterschiedlicher Höhen verlaufen. Die unteren
Schenkel der Rohre 60 bilden somit eine Drosselfläche.
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Es wäre auch möglich, die U-Rohre 60, 61 und 62 alle mit demselben
Durchmesser auszuführen, sie jedoch mit Ausnahme der unteren Schenkel der U-Rohre
60 versetzt anzuordnen.