Heizkessel mit Abgasrückführung zum Brenner

Abstract

 Der Heizkessel mit Abgasrückführung zum Brenner besteht aus ei­nem wasserführenden Gehäuse (17), das von einem den Feuerraum umschließenden, abzugsseitig mit einer Rauchgassammelkammer (18) und brennerseitig mit einer den Brenner (13) tragenden Ver­schlußtür (6) verschlossenen Rohrzug (1) durchgriffen und in diesem eine topfförmige, einen mindestens einzügigen, ringzy­lindrischen Heizgaszug nach innen begrenzende Umkehrbrennkammer (2) angeordnet ist. Nach der Erfindung ist ein solcher Heizkes­sel derart ausgebildet, daß im Rohrzug (1) zwischen diesem und der topfförmigen Umkehrbrennkammer (2) ein Abgasrückströmkanal (3), der sich über die ganze oder angenähert die ganze Länge (L) des Rohrzuges (1) erstreckt, angeordnet ist. Dieser Abgasrück­strömkanal (3) steht mit seinem offenen Ende (4) durch eine Ab­gasrückströmöffnung (5) in der Verschlußtür (6) mit der Saug­seite des an der Verschlußtür (6) angeordneten Brennergebläses in Verbindung und ragt mit dem anderen offenen Ende (7) in die Rauchgassammelkammer (18).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Heizkessel mit Abgasrückführung zum Brenner gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.

[0002] Zwecks Reduzierung des sogenannten NOX-Anteiles in den Abgasen, der neben anderen schädlichen Gasanteilen die Umwelt belastet, ist es nach der DE-Z VGB Kraftwerkstechnik 58, Heft 11, Seite 821, Nov. 1978) bereits bekannt, einen Teil der Abgase mit Ab­gasklappe geregelt abzuzweigen, dem Brenner wieder zuzuführen und der Verbrennungsluft beizumischen. Dies geschieht bisher hauptsächlich in der Weise, daß man eine äußere, gut wärmeiso­lierte Leitung außerhalb des Kessels vorsieht, die den Gasab­zugsbereich des Kessels mit der Saugseite des Brennergebläsege­häuses verbindet.

[0003] So sind bei einem Gußgliederkessel nach der DE-U-87 16 240 an einem oder mehreren Gliedern Abgasrückführungskanäle direkt mit angegossen, durch die, vom Brennergebläse mit angesaugt, ein ge­wisser Abgasteil der Verbrennungsluft zugeführt wird. Das glei­che Prinzip verfolgt auch die DE-U-88 12 090, bei der die Ruck­führungsleitung zum Brenner ebenfalls in die Kesselkonstruktion (z.B. Vorderwand oder Verschlußtür) integriert ist, wobei auch ein separates Absauggebläse für die Abgase in Betracht gezogen ist. Diese Ausbildung ist deshalb möglich, weil die Gase aus der Brennkammer unmittelbar oberhalb des Brenners in den Rauchgasab­zugskanal einströmen.

[0004] Beim Gegenstand der DE-U-87 08 656 ist zwar eine lange Gasrück­führleitung vermieden, doch liegt dies an der besonderen Geome­ trie des bekannten Heizkessels, bei dem der Brenner als Sturz­brenner direkt auf dem oberseitigen Feuerraumverschluß sitzt und die Abgase mit einer relativ kurzen Leitung aus der dort eben­falls befindlichen Rauchgassammelkammer abgesaugt und dem Ge­bläse und damit der Verbrennungsluft zugeführt werden.

[0005] Allen diesen bekannten Ausführungsformen ist gemeinsam, daß se­parate, mehr oder weniger lange Abgasrückführleitungen vor­gesehen werden müssen, daß - soweit Gebläse für die Rückführung vorgesehen sind - es sich dabei um zusätzliche Gebläse mit Sepa­ratantrieb handelt, und dar schließlich die Abgase direkt in die Zuluftöffnung oder das Brennermischrohr eingeleitet werden, und damit der eigentliche Brenner mit seinem Düsenstock mit dem zugeführten Abgas belastet wird. Nur bei der DE-U-88 12 090 ist in Betracht gezogen worden, offenbar um eine solche Brennerbela­stung zu vermeiden, die Ausmündung der Abgasrückführleitung in den Flammbereich des Brenners zu richten.

[0006] Für Heizkessel der eingangs genannten Art, also solche mit hori­zontal angeordneter Längsachse, sind diese bekannten Einrichtun­gen zur Abgasrückführung aus der Abgassammelkammer nicht ohne weiteres geeignet, da hierbei der Brenner einerseits und die Ab­gassammelkammer andererseits sich gerade an den entgegengesetz­ten Enden des Rohrzuges befinden. Für derartige Kessel ist, wie einleitend bereits erwähnt und soweit bekannt, bisher einer Ab­gasrückführung nur dadurch Rechnung getragen worden, daß man eine äußere, gut isolierte Leitung von der hinteren Abgassammelkammer zum Brenner bzw. dessen Gebläsegehäuse führt.

[0007] Bei einem Heizkessel nach der DE-A-37 38 622 werden die Abgase nicht aus der Abgassammelkammer, sondern an einer Stelle des Feuerraumes abgezogen, die unmittelbar im türnahen Bereich vor der topfartigen Umkehrbrennkammer liegt. Dort herrschen aber, verglichen mit der Abzugsseite des Heizkessels, immer noch rela­tiv hohe Temperaturen.

[0008] Bei einem Heizkessel nach der DE-Z HLH, Bd. 40 (1989), Hr. 2, Seiten 78/79, handelt es sich um einen Mehrzugkessel, bei dem nur die nach hinten offene Brennkammer wassergekühlt ist. Bei diesem Heizkessel ist im oberen, noch sehr heißen Bereich eine besondere Abgasrückführleitung vorgesehen, in der zwangsläufig der aus der Rauchgassammelkammer abgezogene Abgasanteil wieder eine Aufwärmung erfährt.

[0009] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auch einen Heizkessel der eingangs genannten Art mit einfachsten Mitteln und ohne äu­pere Leitungsführungen einer Abgasrückführung aus der Rauchgas­sammelkammer zugänglich zu machen, und zwar mit der Maßgabe, da­bei die zurückgeführten Abgase längs einer gekühlten Fläche strömen zu lassen, wobei auch eine einfache Nachrüstbarkeit be­reits vorhandener Heizkessel, die noch keine Abgasrückführung haben, gegeben sein soll.

[0010] Diese Aufgabe ist mit einem Heizkessel der eingangs genannten Art nach der Erfindung durch die im Kennzeichen des Pa­tentanspruches 1 angeführten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Wei­terbildungen und praktische Ausführungsformen ergeben sich nach den Unteransprüchen.

[0011] Bei dieser erfindungsgemäßen und denkbar einfachen Lösung ist also lediglich ein entsprechend querschnittsangepaßter Abgas­rückströmkanal im wassergekühlten Rohrzug zwischen diesem und der topfförmigen Umkehrbrennkammer anzuordnen, wobei nur dafür zu sorgen ist, daß das eine offene Ende des Abgasruckströmkanals mit einer querschnittsentsprechenden Öffnung in der Verschlußtür fluchtet, so daß die Abgase vom unmittelbar davorsitzenden Bren­nergebläse angesaugt werden können, und zwar aus der entfernt liegenden Abgassammelkammer, in die das andere offene Ende des vom Rohrzug her gekühlten Abgasrückströmkanales einfach einragt. Sofern der Rohrzug feuerungsseitig mit Längsrippen besetzt ist, was bei derartigen Kesseln in der Regel der Fall ist, muß der Abgasruckströmkanal im Querschnitt natürlich so bemessen sein, daß er in den Freiraum zwischen zwei Längsrippen eingepaßt wer­ den kann. Falls sich dadurch ein zu kleiner Querschnitt für nur einen Abgasrückströmkanal ergibt, steht im übrigen nichts entge­gen, in benachbart zwischen den Rippen befindlichen Einzelzügen zwei oder drei derartige, rohrförmige Abgasrückströmkanäle anzu­ordnen.

[0012] Vorteilhafter und bevorzugt ist jedoch eine Ausführungsform da­hingehend vorgesehen, daß der Abgasrückströmkanal in Form eines mit seiner offenen Seite gegen die Wand des Rohrzuges gerichte­ten U-Profiles ausgebildet ist. Einerseits ist ein derartiger Abgasrückströmkanal denkbar einfach herzustellen, und anderer­seits besteht keine Schwierigkeit, einen derartigen Abgas­rückströmkanal in den Kessel einzubringen, und zwar insbesondere dann, wenn der Rohrzug, wie erwähnt, innen mit Längsrippen be­setzt sein sollte. Bei einer solchen Ausführungsform kann näm­lich der im Querschnitt U-förmige Abgasruckströmkanal je nach Breitenbemessung mindestens eine Längsrippe übergreifen und mit seinen Flankenstegen in die zur Längsrippe benachbarten Ein­zelzüge eingreifen. Außerdem hat eine solche Ausbildung des Ab­gasrückstromkanales im Vergleich zu einem in sich geschlossenen, rohrförmigen Rückströmkanal den Vorteil, daß sich unter diesem kein Schmutz bzw. keine Verbrennungsrückstände ansammeln können.

[0013] Im Grunde kann ein solcher, im Querschnitt U-förmiger Rückström­kanal ohne weiteres freiliegend zwischen der topfförmigen Um­kehrbrennkammer und dem Rohrzug angeordnet werden. Vorteilhaft und bevorzugt ist jedoch eine Ausbildung dahingehend vorgesehen, daß der im Querschnitt U-förmige Abgasrückströmkanal mit der topfförmigen Umkehrbrennkammer fest verbunden ist. Da zur Reini­gung des Rohrzuges die topfartige Umkehrbrennkammer sowieso aus dem Feuerraum bzw. dem Rohrzug herausgezogen werden muß, ist dies gleichzeitig mit der Entfernung des Abgasrückströmkanales verbunden. Ferner übernimmt dabei ebenfalls gleichzeitig der Ab­gasrückströmkanal die Aufgabe bisher an solchen Brennkammern an­gebrachter, stangenartiger Haltebügel, die einerseits ein Hilfs­mittel zum Herausziehen der Umkehrbrennkammer darstellen und die andererseits die Umkehrbrennkammer in ihrer Anordnung im Rohrzug fixieren.

[0014] Um einen möglichst dichten Anschluß des Abgasrückströmkanales an die Öffnung in der Verschlußtür zu gewührleisten, kann der Ab­gasrückströmkanal an seinem türseitigen Ende mit einem Anlage­flansch versehen werden, gegen den sich dann gie Verschlußtür bzw. deren feuerfeste Fütterung anlegt. Um ferner einen ausrei­chenden Saugzug im Abgasrückströmkanal wirksam werden zu lassen, ist der insoweit zu jedem Kessel gehörende Brenner mit einem zweikammerigen Gebläsegehäuse mit je einem Läuferrad ausgestat­tet, wobei die türnahe Kammer die Abgasrückströmöffnung in der Verschlußtür übergreift, d.h. das in der türnahen Kammer befind­liche Läuferrad wirkt unmittelbar auf die Öffnung in der Ver­schlußtür und damit auf den Abgasrückströmkanal, mit welcher Ausbildung des Gebläsegehäuses auch noch der zusätzliche Vorteil verbunden ist, daß bei entsprechend übriger Gestaltung des Bren­ners die angesaugten und an den Brenner weitergeleiteten Abgase nicht der vom anderen Läuferrad zugeführten Verbrennungsluft und damit dem Düsenstock belastend zugeführt werden mussen, sondern direkt in den Flammbereich ausgeblasen werden können.

[0015] Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Heizkessels, insbeson­dere in der bevorzugten Ausführungsform ist es denkbar einfach, bestehende Heizkessel, soweit sie noch keiner NOX-Reduzierung Rechnung tragen, entsprechend nachzurüsten, wofür lediglich der im Querschnitt U-förmige Abgasrückströmkanal in den Kessel ein­gelegt und für eine Anschlupöffnung in der Kesseltür und ggf. für einen entsprechend ausgebildeten Brenner gesorgt werden muß.

[0016] Nachfolgend wird anhand der zeichnerischen Darstellung eine be­vorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizkessels er­läutert.

[0017] Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Heizkessel mit Brenner und

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Heizkessel gemäß Fig. 1.

[0018] Wie aus Fig. 1 ersichtlich, besteht der Heizkessel aus einem wasserführenden Gehäuse 17, das von einem den Feuerraum um­schließenden, abzugsseitig mit einer Rauchgassammelkammer 18 und brennerseitig mit einer den Brenner 13 tragenden Verschlußtür 6 verschlossenen Rohrzug 1 durchgriffen wird, in dem die topfför­mige, einen ringzylindrischen Heizgaszug nach innen begrenzende Umkehrbrennkammer 2 angeordnet ist, wobei im dargestellten Aus­führungsbeispiel der ringzylindrische Heizgaszug durch Längsrip­pen 10 in Einzelzüge 9 gegliedert ist, siehe Fig. 2.

[0019] Wesentlich für einen derart ausgebildeten Heizkessel ist nun, daß im Rohrzug 1 zwischen diesem und der topfförmigen Umkehr­brennkammer 2 ein Abgasrückströmkanal 3, sich über die ganze oder angenähert die ganze Länge L des Rohrzuges 1 erstreckend, angeordnet ist, wobei der Abgasrückströmkanal 3 mit seinem einen offenen Ende 4 durch eine Öffnung 5 in der Verschlußtür 6 mit der Saugseite des an der Tür angeordneten Brennergebläses in Verbindung steht und mit dem anderen offenen Ende 7, wie dar­gestellt, in die Rauchgassammelkammer 18 ragt.

[0020] Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist dabei der Abgasrückströmkanal 3 in Form eines mit seiner offenen Seite gegen die Wand 1′ des Rohrzuges 1 gerichteten U-Profiles 8 ausgebildet und fest mit der topfförmigen Umkehrbrennkammer 2 verbunden. Wie ebenfalls am besten aus Fig. 2 erkennbar, übergreift dabei der im Querschnitt U-förmige Abgasrückströmkanal 3 mindestens eine Längsrippe 10 und greift mit seinen Flankenstegen 11 in die zur Längsrippe 9 benachbarten Einzelzüge 9 ein. Um einen möglichst dichten An­schlug des offenen Endes 4 des Abgasrückströmkanales 3 an die Öffnung 5 zu erreichen, ist dieser an diesem Ende, wie aus Fig. 1 ersichtlich, mit einem kleinen Anlageflansch 12 versehen. Die Anordnung des Abgasrückstromkanales 3 erfolgt dabei bevorzugt und wie dargestellt an der tiefsten Stelle des Rohrzuges 1, da dort die am wenigsten hohen Temperaturen im Feuerraum auftreten.

[0021] Da sich der Abgasrückströmkanal im Inneren des Feuerraumes er­streckt, sind im Gegensatz zu außerhalb des Kessels verlegten Abgasrückströmleitungen keinerlei Isoliermaßnahmen erforderlich.

[0022] Um - wie erwähnt - eine gute Saugwirkung im Abgasrückströmkanal zu erzeugen, ist der Brenner mit einem zweikammerigen Ge­bläsegehäuse 14 mit je einem Läuferrad 14′ ausgestattet, wobei die türnahe Kammer 15 die Abgasrückströmöffnung 5 in der Ver­schlußtür 6 dergestalt übergreift, daß das in dieser Kammer 15 befindliche Läuferrad 14′ seine Saugwirkung auf die Öffnung 5 und damit den Abgasrückströmkanal 3 ausübt. Das aus der Sammel­kammer 18 zurückgeführte Abgas wird dabei nicht mit der ange­saugten Verbrennungsluft im Brenner vermischt, sondern durch einen Doppelmantel direkt in den Flammbereich ausgeblasen, wie dies mit durchgezogenen Pfeilen dargestellt ist.

Ansprüche

1. Heizkessel mit Abgasrückführung zum Brenner, bestehend aus einem wasserführenden Gehäuse (17), das von einem den Feuer­raum umschließenden, abzugsseitig mit einer Rauchgassammel­kammer (18) und brennerseitig mit einer den Brenner (13) tragenden Verschlußtür (6) verschlossenen Rohrzug (1) durch­griffen und in diesem eine topfförmige, einen mindestens einzügigen, ringzylindrischen Heizgaszug nach innen begren­zende Umkehrbrennkammer (2) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet
daß im Rohrzug (1) zwischen diesem und der topfförmigen Um­kehrbrennkammer (2) ein Abgasrückströmkanal (3), sich über die ganze oder angenähert die ganze Länge (L) des Rohrzuges (1) erstreckend, angeordnet ist und dieser mit seinem offe­nen Ende (4) durch eine Abgasrückströmöffnung (5) in der Verschlußtür (6) mit der Saugseite des an der Verschlußtür (6) angeordneten Brennergebläses in Verbindung steht und mit dem anderen offenen Ende (7) in die Rauchgassammelkammer (18) ragt.

2. Heizkessel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet
daß der Abgasrückströmkanal (3) in Form eines mit seiner of­fenen Seite gegen die Wand (1′) des Rohrzuges (1) gerichte­ten U-Profiles (8) ausgebildet ist.

3. Heizkessel nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet
daß der Abgasrückströmkanal (3) mit der topfförmigen Umkehr­brennkammer (2) fest verbunden ist.

4. Heizkessel nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei der Rohrzug (1) mindestens im Anordnungsbereich der topfartigen Umkehrbrennkammer (2) mit den ringzylindrischen Heizgaszug in Einzelzüge (9) gliedernden Längsrippen (10) versehen ist,
dadurch gekennzeichnet
daß der im Querschnitt U-förmige Abgasrückströmkanel (3) mindestens eine Längsrippe (10) übergreift und mit seinen Flankenstegen (11) in die zur Längsrippe (10) benachbarten Einzelzüge (9) eingreift.

5. Heizkessel nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet
daß der Abgasrückströmkanal (3) an seinem türseitigen Ende mit einem Anlageflansch (12) versehen ist.

6. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet
daß der Abgasrückströmkanal (3) an der tiefsten Stelle des Rohrzuges (1) angeordnet ist.

7. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet
daß der Brenner (13) mit einem zweikammerigen Gebläsegehäuse (14) mit je einem Läuferrad (14′) ausgestattet ist, wobei die türnahe Kammer (15) die Abgasrückströmöffnung (16) der Verschlußtür (6) übergreift.

Zeichnung