DE3329777C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Niedertemperatur-Heizkessel für flüssige und gasförmige Brennstoffe, mit einem zylin­ drischen Umlenk-Brennkammerrohr und einem dieses konzen­ trisch umgebenden Wassermantel, dessen Innenwand das Umlenk- Brennkammerrohr zur Bildung von Heizgaszügen mit Abstand umgibt, wobei der Wassermantel durch eine im wesentlichen zylindrische, zur Innenwand konzentrische Zwischenwand in einen inneren und einen äußeren Wasserring unterteilt ist, der Kesselrücklaufstutzen in den äußeren Wasserring und der Kesselvorlaufstutzen in den inneren Wasserring mündet und die Zwischenwand mindestens eine in Abstand von Kesselrücklauf- und Kesselvorlaufstutzen angeordnete Durchlauföffnung aufweist.

Um Energie zu sparen, werden Heizkessel mit gleitender Temperatur betrieben, d. h. die Kesseltemperatur kann gleich der tatsächlichen Bedarfstemperatur sein. Bei derartigen Heizkesseln für Niedertemperaturbetrieb mit Nachtabschal­ tung und/oder Sommer-Sparschaltung wird der Heizkessel vielfach unter dem Taupunkt der Rauchgase betrieben. Hier­ bei fällt mehr oder weniger schädliches Kondensat an, welches in Verbindung mit Schwefel zu Korrosionserscheinun­ gen führen kann.

Bei einem Heizkessel gemäß der DE-OS 32 17 355 ist die Achse der Umlenk-Brennkammer horizontal angeordnet, wobei im oberen Bereich der Zwischenwand eine einzige Durchlaßöffnung vor­ gesehen ist. Dadurch, daß das Rücklaufwasser zunächst in den äußeren Wasserring geleitet wird, kann es sich an der durch den inneren Wasserring erwärmten Zwischenwand etwas erwärmen und strömt dann erst durch die Durchlaßöffnung in den inneren Wasserring. Hierdurch soll eine zu starke Abkühlung der Innenwand des Wassermantels und damit eine Kondensatbildung vermieden werden.

Zur Vermeidung von durch Kondensat bedingten Korrosionser­ scheinungen ist ferner aus dem DE-GM 79 16 263 ein Heizkessel bekannt mit einem zylindrischen Brennkammerrohr und einem dieses konzentrisch umgebenden Wassermantel, dessen Innenwand zum Brennkammerrohr gerichtete, in Achsrichtung verlaufende Innenrippen aufweist, durch welche zwischen dem Brennkammerrohr und der Innenwand Heizgaszüge gebildet sind. Durch besondere Ausgestaltung und Anordnung der Innenrippen soll das anfallende Kondensat sofort verdampft und mit den Rauchgasen in den Schornstein abgeführt werden. Das Rauchgas kann aber bei einer bestimmten Temperatur auch nur eine bestimmte Wassermenge aufnehmen, was bedeu­ tet, daß je nach Unterschreitung des Taupunktes die Abgas­ temperatur entsprechend hoch sein muß, oder daß bei einer niederen Abgastemperatur die Absenkung der Kesseltempera­ tur unter den Rauchgastaupunkt minimal sein kann. Außerdem können feuchte Schornsteine und Kaminversottung auftreten.

Es sind auch Niedertemperatur-Heizkessel bekannt, die aus korrosionsbeständigen Werkstoffen hergestellt sind, oder solche, die korrosionsbeständig beschichtet werden. Der Nachteil dieser Heizkessel liegt in den hohen Herstellungs­ kosten und in der notwendigen Beseitigung des anfallenden Kondensats. Korrosionsbeständiger Werkstoff ist sehr teuer. Eine Beschichtung ist ebenfalls mit einem erhöhten Kosten­ aufwand verbunden und beeinträchtigt den Wärmeübergang, so daß größere Heizflächen erforderlich sind.

Ferner sind Heizkessel bekannt, bei denen die Brennkammer aus verschiedenen Materialien besteht. Die heizgasberührte Fläche ist vorzugsweise aus Grauguß hergestellt, während die wasserberührte Seite aus Stahlblech gefertigt ist. Grauguß ist teuer und erfordert mehr Heizfläche. Außerdem können sich Abdichtungsprobleme wegen der verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten von Grauguß und Stahl ergeben.

Außerdem ist aus der DE-OS 31 40 821 ein Niedertemperatur-Heizkessel bekannt, welcher zwei separate zylindrische Wassermäntel aufweist. Beide Wassermäntel sind konzentrisch zu einer gemeinsamen vertikalen Achse in Abstand voneinan­ der angeordnet. Im unteren Bereich ist der innere Wasser­ mantel mit dem äußeren Wassermantel über vier Rohrstutzen verbunden, wobei zwischen dem unteren Rand des inneren Wassermantels und einer darunter angeordneten Wand des äußeren Wassermantels ein Abstand vorhanden ist. Auf diese Weise sind zwischen dem inneren und dem äußeren Wasserman­ tel Heizgaszüge gebildet. Der Kesselrücklaufstutzen mündet in den unteren Teil des äußeren Wassermantels, während der Kesselvorlaufstutzen in den oberen Teil des inneren Was­ sermantels mündet. Im Bereich des Kesselvorlaufstutzens ist außerdem eine Drossel vorgesehen, durch welche Wasser von dem äußeren Wassermantel in den Vorlaufstutzen treten kann. Das kalte Rücklaufwasser gelangt bei diesem bekannten Heizkessel direkt an rauchgasführende Wände, so daß dort Kondensatbildung auftritt. Zur Vermeidung von Korrosion ist deshalb eine korrosionsfeste Beschichtung vorgesehen. Nicht nur durch diese Beschichtung, sondern auch durch die Tatsache, daß zwei völlig separate Wassermäntel vorhanden sind, ist dieser Heizkessel teuer in der Herstellung.

Aus der DE-OS 30 15 377 ist ein Heizkessel bekannt, bei welchem in einem konzentrisch zum Brennkammerrohr ange­ ordneten Wassermantel mehrere achsparallele Flammenrohre angeordnet sind. Durch diese Flammenrohre wird das Rauch­ gas geführt. Im radialen Bereich zwischen den Flammenroh­ ren sind Leitbleche angeordnet, die auf ihrer ganzen Länge mit gleichmäßig verteilten Durchlaßöffnungen versehen sind. Durch diese Leitbleche wird zwar der Wassermantel in einen äußeren und einen inneren Wasserring unterteilt. Da jedoch die Durchlaßöffnungen in den Leitblechen gleichmäßig ver­ teilt und auch im Bereich eines an den Kesselrücklauf­ stutzen angeschlossenen Verteilerrohres angeordnet sind, durch welches das kalte Rücklaufwasser in den äußeren Wasserring strömt, kann das kalte Rücklaufwasser auch direkt an die Innenwand des inneren Wasserringes gelangen, so daß hier eine starke Abkühlung und damit Kondensatbil­ dung auftritt. Außerdem ist zumindest der radial äußere Teil der Flammenrohre von kaltem Rücklaufwasser umströmt, so daß auch in den Flammenrohren Kondensatbildung auftritt.

Schließlich ist auch noch ein Hochtemperatur-Heizkessel bekannt (DE-OS 20 39 243), bei welchem die Achse des Brenn­ kammerrohres vertikal angeordnet ist, und der einen durch eine Zwischenwand in einen äußeren und einen inneren Was­ serring unterteilten Wassermantel aufweist. Das Wasser kann durch mehrere Öffnungen, die ausschließlich am unteren Ende der Zwischenwand vorgesehen sind, von dem äußeren Was­ sermantel in den inneren Wassermantel strömen. Da jedoch dieser Heizungskessel bei Temperaturen von 1600 bis 1900°C betrieben wird und die Abgastemperaturen noch immer bei 300 bis 450°C liegen, kann eine Kondensatbildung nicht ein­ treten. Aus diesem Grund kann dieser bekannte Hochtempera­ tur-Heizkessel auch kein Vorbild für einen Niedertemperatur- Heizkessel sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Niedertem­ peratur-Heizkessel der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der verhältnismäßig billig in der Herstellung ist und trotz verhältnismäßig niedriger Abgastemperatur beliebig lange im Taupunktbereich betrieben werden kann, ohne daß schädi­ gendes Kondensat auftritt.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Achse des Umlenk-Brennkammerrohres vertikal angeordnet ist, daß der Kesselrücklaufstutzen im unteren Bereich des äußeren Wasserringes und der Kesselvorlaufstutzen im oberen Bereich des inneren Wasserringes vorgesehen sind, und daß die Zwischenwand mit mehreren gleichmäßig am Um­ fang verteilten Durchlaßbohrungen versehen ist, die in überwiegender Anzahl und/oder Größe im oberen, kesselvor­ laufseitigen Bereich der Zwischenwand angeordnet sind.

Durch die Anordnung der mit Wasserdurchtrittsbohrungen versehenen, konzentrischen Zwischenwand wird der neue Niedertemperatur-Heizkessel nicht wesentlich teurer als bekannte Stahlheizkessel, die für eine Kesseltempera­ tur von 65 bis 90°C bestimmt waren, wo Kondensatprobleme nicht auftraten. Obwohl der neue Heizkessel mit einer sehr niedrigen Abgastemperatur von 130 bis 160°C beliebig lange im Taupunktbereich betrieben werden kann, tritt schädigen­ des Kondensat nicht auf. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Wassermantel durch die Zwischenwand in einen äuße­ ren und einen inneren Wasserring unterteilt wird. Der an die Heizgaszüge angrenzende innere Wasserring bildet eine Zone warmen Wassers, die meistens in ihrer Temperatur über der Taupunkttemperatur des Rauchgases liegt. Wird dem Kes­ selwasser Wärme entzogen, dann strömt das kalte Kessel­ rücklaufwasser in den äußeren Wasserring und kann nicht direkt an die von Rauchgasen bestrichene Innenwand des Wassermantels gelangen. Das kalte Rücklaufwasser wird im äußeren Wasserring vorgewärmt und strömt dann erst durch die Wasserdurchtrittsbohrungen in den inneren Wasserring, wo es sich mit dem dort befindlichen wärmeren Wasser ver­ mischt. Durch die gleichmäßige Verteilung der Durchlaß­ bohrungen am ganzen Umfang und dadurch, daß im unteren Be­ reich, wo das kalte Rücklaufwasser in den äußeren Wasser­ ring einläuft, nur wenige Durchlaßbohrungen, im oberen Be­ reich hingegen die Durchlaßbohrungen in überwiegender An­ zahl und/oder Größe vorgesehen sind, wird erreicht, daß normalerweise kein kaltes Rücklaufwasser an die Innenwand des Wassermantels gelangen kann. Da die Wassertemperatur im inneren Wasserring höher ist als die Kesselvorlauftem­ peratur, wird der Rauchgastaupunkt an der Innenwand des Wassermantels und an den Rippen kaum überschritten. Beim Anheizen eines kalten Heizkessels wird der innere Wasser­ ring sehr schnell aufgeheizt, so daß nur eine minimale Rauchgastemperaturunterschreitung und Kondensatbildung stattfindet. Das entstehende Kondensat wird jedoch durch die heißen Rippen sofort verdampft und vom Rauchgas auch bei niederen Temperaturen voll aufgenommen. Versuche haben gezeigt, daß bei einem Heizkessel der erfindungsgemäßen Art mit ca. 25 KW Nennleistung und ca. 40 Liter Kesselwas­ serinhalt bei einer Rücklauftemperatur von 10°C, einer Vorlauftemperatur von 24°C und einer Abgastemperatur von 130°C, im Dauerbetrieb über eine Stunde lang kein Kondensat und auch kein erhöhter Wasserdampf in den Abgasen festge­ stellt werden konnte. Durch die vertikale Anordnung des Brennkammerrohres verläuft auch die Achse des Wasserman­ tels in der Zwischenwand vertikal. Es wird hiermit erreicht, daß das Wasser im inneren Wasserring am gesamten Umfang gleichmäßig erwärmt wird und auch das Kesselrücklaufwasser am gesamten Umfang der Zwischenwand gleichmäßig vom äußeren Wasserring in den inneren Wasserring überströmt. Durch die vertikale Anordnung der Brennkammer werden auch die Innen­ rippen rasch und gleichmäßig erwärmt.

Vorteilhaft erfolgt die Ausgestaltung so, daß der Öl- oder Gasbrenner am oberen Ende des Heizkessels angeordnet ist, daß die Umlenk-Brennkammer am unteren Ende geschlossen ist, daß am oberen Ende der Umlenk-Brennkammer eine zweite Umlenkkammer vorgesehen ist und daß der Abgasstutzen am unteren Ende des Heizkessels angeordnet ist. Diese Anordnung erbringt einen besseren Wärmeübergang und niedrige Abgastemperatur bei geringer Heizfläche, keine Rußansammlungen, leichte Reinigung und weniger Abkühlung durch den Kaminzug.

Die Erfindung ist in folgendem, anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispieles, näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen schematischen vertikalen Axialschnitt des Niedertemperatur-Heizkessels nach der Linie I-I der Fig. 2,

Fig. 2 einen Querschnitt desselben nach der Linie II-II der Fig. 1.

In der Zeichnung ist mit 1 ein Heizkessel bezeichnet, des­ sen Umlenk-Brennkammer 2 zylindrisch ausgebildet ist, wobei die Zylinderachse A vertikal verläuft. Die Umlenk-Brennkammer 2 ist von einem zylindrischen Umlenk-Brennkammerrohr 3 umschlos­ sen. Nach unten ist die Umlenk-Brennkammer durch einen Isolier­ stein 4 verschlossen. Am oberen Ende des Heizkessels 1 ist ein öl- oder gasbetriebener Brenner 5 angeordnet.

Konzentrisch zu dem Umlenk-Brennkammerrohr 3 ist ein Wassermantel 6 vorgesehen. Die zum Umlenk-Brennkammerrohr 3 konzentrische Innenwand 7 des Wassermantels ist mit einer Vielzahl von nach innen gerichteten, in Achsrichtung verlaufenden Innenrippen 8 versehen, durch welche zwischen dem Umlenk-Brenn­ kammerrohr 3 und der Innenwand 7 Heizgaszüge 9 gebildet sind. Außen ist der Heizkessel 1 in üblicher Weise mit einer Isolierung 10 versehen. Die vom Brenner 5 erhitzten Rauchgase werden am unteren Ende der Umlenk-Brennkammer 2 umge­ lenkt, strömen an der Innenseite des Umlenk-Brennkammerrohres 3 nach oben und werden in der am oberen Ende der Umlenk-Brennkammer 2 vorgesehenen zweiten Umlenkkammer 2 a erneut umgelenkt, so daß sie dann in den Heizgaszügen 9 nach unten strömen. Durch einen am unteren Ende des Heizkessels 1 vorgesehenen Abgasstutzen 11 strömen dann die Rauchgase mit einer Tempe­ ratur von ca. 130° bis 160° in den Kamin. Unterhalb des Brennkammerrohres kann gegebenenfalls auch noch ein Konden­ satauffangtopf 12 für gelegentlich auftretendes Kondensat angeordnet sein.

Der Wassermantel 6 ist durch eine konzentrisch zu der Innenwand 7 bzw. dem Umlenk-Brennkammerrohr 3 verlaufende, im wesentlichen zylindrische Innenwand 13 in einen äußeren Wasserring 14 und einen inneren Wasserring 15 unterteilt. Zur Verbindung zwischen dem äußeren Wasserring 14 und dem inneren Wasserring 15 sind je nach Kesselgröße mehr oder weniger Durchlaßbohrungen 16 vorgesehen, die gleich­ mäßig am Umfang der Zwischenwand 13 verteilt sind. Die Mehrzahl der Durchlaßbohrungen ist vorzugsweise im oberen Teil der Zwischenwand 13 angeordnet. Der Kesselrücklauf­ stutzen 17 mündet im unteren Bereich des Wassermantels 6 in den äußeren Wasserring 14, während der Kesselvorlaufstut­ zen 18 im oberen Bereich des Wassermantels 6 an den inneren Wasserring 15 angeschlossen ist.

Beim Anheizen des noch kalten Heizkessels wird der innere Wasserring 15 sehr schnell aufgeheizt, während der äußere Wasserring als Puffer wirkt und mit Verzögerung nachge­ heizt wird. Wird dem Heizkessel Wärme entzogen, dann kann das kalte Kesselrücklaufwasser nicht direkt auf die Innen­ wand 7 gelangen, sondern es wird in dem äußeren Wasserring 14 etwas vorgewärmt und dann durch die Durchlaßbohrungen 16 in der Zwischenwand 13 dosiert dem wärmeren Wasser im inne­ ren Wasserring 15 beigemischt. Da die Wassertemperatur im inneren Wasserring 15 höher ist als die Kesselvorlauftempe­ ratur, wird der Rauchgastaupunkt kaum unterschritten. Bei extrem kalter Wasserrücklauftemperatur findet nur eine minimale Rauchgastaupunktunterschreitung statt und das da­ durch entstehende Kondensat wird durch die heißen Rippen sofort verdampft und vom Abgas auch bei einer niederen Temperatur voll aufgenommen.

Claims (2)

1. Niedertemperatur-Heizkessel für flüssige und gasförmige Brennstoffe, mit einem zylindrischen Umlenk-Brennkammerrohr und einem dieses konzentrisch umgebenden Wassermantel, dessen Innenwand das Umlenk-Brennkammerrohr zur Bildung von Heizgaszügen mit Abstand umgibt, wobei der Wassermantel durch eine im wesentlichen zylindrische, zur Innenwand konzentrische Zwischenwand in einen inneren und einen äußeren Wasser­ ring unterteilt ist, der Kesselrücklaufstutzen in den äußeren Wasserring und der Kesselvorlaufstutzen in den inneren Wasserring mündet und die Zwischenwand minde­ stens eine in Abstand von Kesselrücklauf- und Kessel­ vorlaufstutzen angeordnete Durchlaßöffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (A) des Umlenk-Brennkam­ merrohres (3) vertikal angeordnet ist, daß der Kesselrück­ laufstutzen (17) im unteren Bereich des äußeren Wasser­ ringes (14) und der Kesselvorlaufstutzen (18) im oberen Bereich des inneren Wasserringes (15) vorgesehen sind und daß die Zwischenwand (13) mit mehreren gleichmäßig am Umfang verteilten Durchlaßbohrungen (16) versehen ist, die in überwiegender Anzahl und/oder Größe im oberen, kesselvorlaufseitigen Bereich der Zwischenwand (13) angeordnet sind.

2. Heizungskessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Öl- oder Gasbrenner (5) am oberen Ende des Heizungskessels (1) angeordnet ist, daß die Umlenk-Brennkam­ mer (2) am unteren Ende geschlossen ist, daß am oberen Ende der Umlenk-Brennkammer (2) eine zweite Umlenkkammer (2 a) vorge­ sehen ist und daß der Abgasstutzen (11) am unteren Ende des Heizungskessels (1) angeordnet ist.