[0001] Die Erfindung betrifft einen Heizkessel zum Verbrennen flüssiger oder gasförmiger
Brennstoffe gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
[0002] Heizkessel der genannten Art sind allgemein bekannt und in Benutzung und bedürfen
insoweit keines besonderen druckschriftlichen Nachweises. Zwecks Reduzierung des sogenannten
NOX-Anteiles in den Abgasen, der neben anderen schädlichen Gasanteilen die Umwelt
belastet, ist es bereits bekannt, einen Teil der Abgase abzuzweigen, dem Brenner wieder
zuzuführen und der Verbrennungs-luft beizumischen. Siehe hierzu den Aufsatz "Rauchgasrezirkulationsanlage"
der Firma Elring GmbH und DEPA GmbH in der DE-Z "Chemie-Anlagen+Verfahren" 1986, November,
und den Sonderdruck aus der DE-Z "gas wärme international", Band 32, Heft 1, 1983,
Seiten 40-46. Insbesondere nach dem erstgenannten Aufsatz ist es danach bereits bekannt,
eirien Teil der Abgase mit einem Zusatzgebläse abzusaugen und diese den Feuerraumgebläsen
bzw. der Feuerung wieder zuzuführen, um damit die Verbrennungstemperaturen und den
NOX-Anteil der entstehenden Abgase zu reduzieren. Abgesehen davon geschieht die Abgasrückführung
bisher auch in der Weise, daß man eine äußere, gut wärmeisolierte Leitung außerhalb
des Kessels vorsieht, die den Gasabzugsbereich des Kessels mit der Saugseite des Brennergehäuses
verbindet. Ähnliche Abgasrückführungen beschreiben auch folgende Druckschriften: DE-U-87
08 656, DE-U-87 16 240 und DE-U-88 12 090.
[0003] Allen diesen bekannten AUsführungsformen ist gemeinsam, daß 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 daß 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. Beim DE-U- 88 12 090 ist außerdem in Betracht gezogen,
offenbar um eine solche Brennerbelastung zu vermeiden, die Ausmündung der Abgasrückführleitung
in den Flammbereich des Brenners zu richten. Für Heizkessel der eingangs genannten
Art, also solche mit horizontal angeordneter Längsachse des Feuerraums, um den herum
oder über dem Abgaszugrohre von einer Umlenkkammer aus zur Abgassammelkammer führen,
sind diese bekannten Einrichtungen zur Abgasrückführung jedoch nicht ohne weiteres
geeignet, da hierbei der Brenner einerseits und die Abgassammelkammer andererseits
sich gerade an den entgegengesetzten Enden des Kessel befinden. Für solche Kessel
ist es zwar bereits bekannt, die am höchsten liegenden Abgaszugrohre nicht als solche,
sondern ausschließlich als Abgasrückführungskanäle zu nutzen. Das wird aber mit einem
Verlust entsprechender Heizfläche erkauft.
[0004] Bei einem Heizkessel nach der CH-Z HLH Bd. 40 (1989) Nr. 2, Seiten 78, 79, bei dem
es sich um einen Mehrzugkessel mit nach hinten offener Brenkammer handelt, die allein
wassergekühlt ist, ist im oberen, noch sehr heißen Bereich eine besondere Abgasrückführleitung
vorgesehen, in der zwangsläufig der aus der Rauchgassammelkammer abgezogene Abgasanteil
wieder eine unerwünschte Aufwärmung erfährt.
[0005] Ausgehend von einem Heizkessel der eingangs genannten Art liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, mit einfachsten Mitteln und unter Ausnutzung der konstruktiven Gegebenheiten
derartiger Kessei mit geringstmöglichen konstruktiven Änderungen für eine Abgasrückführung
sorgen zu können.
[0006] Diese Aufgabe ist mit einem Heizkessel der eingangs genannten Art nach der Erfindung
durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angeführten Merkmale gelöst.
[0007] Mit der Erfindung wird der Umstand ausgenutzt, daß zwecks Optimierung der Wärmeübertragung
aus den Abgaszügen zum Kesselwasser die Abgaszugrohre derartiger Kessel in der Regel
mit sog. Verdrängungskörpern versehen sind, um damit zu erreichen, daß die Abgase
an den Abgasrohrwänden entlangstreichen, wobei in der Regel derartige Abgaszüge im
Freiraum zwischen den Verdrängungskörpern und der Rohrwand mit Längsrippen versehen
sind. Da es sich dabei um reine Verdrängungskörper handelt, nehmen diese an der Wärmeübertragung
nicht teil. Nach der Erfindung ausgenutzt wird nun ein solcher Verdrängerkörper für
die Abgasrückführung, indem dieser als beidendig offenes Rohr ausgebildet ist, dessen
hinteres Ende offen in der Abgassammelkammer ausmündet und dessen anderes Ende an
eine Anschlußöffnung des Feuerraumverschlusses angeschlossen und von da aus mit dem
Brenner verbunden ist. Der einzige, dafür erforderliche konstruktive Eingriff besteht
also lediglich in einer entsprechend anderen Gestaltung des Verdrängerkörpers in Form
eines Rohres, das nur etwas länger gehalten werden muß, um das Rohr an die Anschlußöffnung
im Feuerraumverschluß anschließen zu können. Unter der Maßgabe, daß das Rohr von der
Anschlußöffnung aus mit dem Brenner verbunden sein soll, ist dabei nicht eine etwaige
entsprechende Verlängerung des Rohres zu verstehen, sondern eine davon unabhängige
Verbindung, die außerhalb des Feuerraumes zum Brenner führt. Zweckmäßig und vorteilhaft
ist dabei bevorzugt vorgesehen, die Verbindung mittels eines hinter der Anschlußöffnung
des Feuerraumverschlusses saugseitig angeordneten Gebläses herzustellen, das druckseitig
mit dem Brenner in Verbindung steht. Um die rückgeführten Abgase nicht unmittelbar
in den Brenner einzuleiten und diesen damit zu belasten, ist das die Abgase ansaugende
Gebläse mit einer die Mischkammer des Brenners umgebenden, ringförmigen, im Bereich
der Brennermündung ausmündenden Abgaszufuhrkammer verbunden.
[0008] Da es sich beim Feuerraumverschluß in der Regel um eine abschwenkbare Kesselverschlußtür
handeln wird, besteht eine vorteilhafte Weiterbildung darin, daß das feuerraumverschlußseitige
Ende des mindestens einen rohrförmig ausgebildeten Verdränger körpers nach innen eingezogen
ist und damit in die mit einer ringförmigen Weichdichtung versehenen Anschlußöffnung
des Feuerraumverschlusses eingreift. Dies ist problemlos zu bewältigen, da Feuerraumverschlußtüren
regelmäßig mit einem Wärmeisolationsblock versehen sind, in dem ohne weiteres eine
entsprechende Öffnung mit einer Aufnahme für einen Dichtungsring vorgesehen werden
kann. Die vorgesehene Einziehung des Rohrendes kann dabei abgerundet, aber auch kegelförmig
gestaltet sein und richtet sich mit dem Grad ihrer Einziehung nach dem in diesem Bereich
zu beachtenden Schwenkradius des Öffnungsrandes.
[0009] Der aus dem betreffenden Abgaszugrohr herausragende und bis zum Feuerraumverschluß
reichende Teil des Abgasrückführrohres wird nicht etwa isoliert, sondern diesbezüglich
ist der Kessel vorteilhaft derart ausgebildet, daß das mindestens eine Abgasrückführrohr
die Umlenkkammer vom Feuerraum zu den Einmündungen der Abgaszugrohre mit seinem feuerraumverschlußseitigen
Bereich durchgreift. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, daß die zurückströmenden Abgase
aufgewärmt in das Gebläse und damit in den Brenner gelangen, womit der Gefahr begegnet
ist, daß die Abgase im Gebläse bzw. im Brenner kondensieren können, was diese Elemente
im Laufe der Zeit entsprechend schädigen würde.
[0010] Um das Abgasgebläse und den Brenner räumlich kompakt auf der äußeren Frontfläche
des Feuerraumverschlusses anordnen zu können, ist das Abgasrückführrohr in demjenigen
Abgaszugrohr angeordnet, das sich mittig über dem Feuerrraum erstreckt. Ebenfalls
unter dem gleichen Gesichtspunkt, aber auch dem zusätzlichen einer möglichst kurzen
Überleitungsstrecke vom Abgasgebläse zum Brenner, steht die Maßgabe, daß sowohl das
Abgasansauggebläse als auch das Brennergebläse achsparallel zur Feuerraumachse am
Feuerraumverschluß angeordnet sind.
[0011] Abgesehen von der konstruktiv wenig aufwendigen Abgasrückführung, die sich lediglich
auf den Ersatz eines Verdrängerkörpers durch ein Abgasrückführrohr beschränkt, hat
also die erfindungsgemäße Lösung noch den Vorteil, daß die rückgeführten
[0012] Abgase den Flammbereich, den es ja zwecks NOX-Reduzierung zu kühlen gilt, nicht zu
kalt erreichen und aufgrund ihrer Temperatur einen Kondensatanfall im Bereich des
Brenners mit Sicherheit verhindern.
[0013] Diese Art der Abgasrückführung mit Hilfe eines durch ein Rohr ersetzten Verdrängerkörpers
hat nicht nur den Vorteil, daß bestehende Kessel dieser Art problemlos auf eine Abgasrückführung
umgerüstet werden können, und die Abgasrückführung mit konstruktiv sehr einfachen
Mitteln bewerkstelligt werden kann, sondern es besteht auch der Vorteil, daß das bzw.
die entsprechend mit Abgasrückstromrohren ausgestatteten Abgaszüge als solche für
den Wärmeübergang voll erhalten bleiben.
[0014] Nachfolgend wird anhand der zeichnerischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung erläutert.
[0015] Es zeigt schematisch
- Fig. 1
- einen Längsschnitt durch einen Heizkessel und
- Fig. 2
- im Schnitt eine konstruktive Einzelheit.
[0016] Der als Ausführungsbeispiel dargestellte Heizkessel besteht aus einem wasserführenden
Gehäuse 1, in dem ein mit einem Brenner 2 bestückter Feuerraum 3 (hier Umkehrbrennkammer)
angeordnet ist, von dem mehrere, das wasserführende Gehäuse 1 durchgreifende Abgaszugrohre
4 zur Abgassammelkammer 5 führen, in denen Abgasverdrängerkörper 6 zwecks Ausbildung
langgestreckter, ringzylindrischer Abgaszüge 7 angeordnet sind. Wesentlich an diesem
Kessel ist nun, daß in mindestens einem der Abgaszugrohre 4 der Verdrängerkörper 6
als Rohr ausgebildet ist, das offen in der Abgassammelkammer 5 ausmündet und dessen
anderes Ende 8 an eine Anschlußöffnung 9 des Feuerraumverschlusses 10 angeschlossen
und von da aus mit dem Brenner 2 verbunden ist. Der Feuerraumverschluß 10 ist im Ausführungsbeispiel
als ausschwenkbare Verschlußtür ausgebildet und feuerraumseitig mit einem entspre
chenden Wärmeisolationsblock 19 ausgestattet, der in diesem Falle auch die Anschlußöffnung
9 für das Ende 8 des Rohres enthält, durch das ein Teil der aus der Abgassammelkammer
5 angesaugten Abgase zuströmt und dem Brenner 2 zugeleitet wird. In Rücksicht auf
die Konstruktionsverhältnisse und Unterbringungsmöglichkeiten des Brenners 2 an der
Tür, ist dasjenige Abgaszugrohr 4 für die Rückströmung der Abgase ausgewählt, das
sich, wie dargestellt, mittig über dem Feuerraum 3 und unmittelbar benachbart zu diesem
erstreckt. Dadurch ergibt sich genügend Raum vor dem Feuerraumverschluß 10 für die
Anordnung des Gebläses 11, das die Abgase aus der Abgassammelkammer 5 ansaugt, wobei
sich durch diese Anordnung ein außerordentlich kurzer Weg für die Abgase zum eigentlichen
Brenner 2 ergibt. Vorteilhaft werden dabei die Abgase nicht direkt in den Brenner
2 eingeleitet, sondern in eine die Mischkammer 12 des Brenners 2 umgebende, ringförmige,
im Bereich der Brennermündung 2' ausmündende Abgaszufuhrkammer 13. Ebenfalls im Sinne
einer günstigen und kurzwegigen Uberleitung der Abgase vom Gebläse 11 in den Brenner
2, sind sowohl das Abgasansauggebläse 11 als auch das Brennergebläse 14 achsparallel
zur Feuerraumachse 15 am Feuerraumverschluß 10, wie dargestellt, angeordnet.
[0017] In Rücksicht auf die Abschwenkbarkeit, aber auch den möglichst dichten Anschluß des
Rückstromrohres an die Anschlußöffnung 9 ist das feuerraumverschlußseitige Ende 8
des Abgasrückführrohres nach innen eingezogen, das mit dieser Einziehung 21 (siehe
Fig. 2) in die mit einer ringförmigen Weichdichtung 16 versehene Anschlußöffnung 9
des Feuerraumverschlusses 10 eingreift. Bei der dargestellten Ausführungsform ergibt
sich außerdem, daß das Abgasrückführrohr die Umlenkkammer 17 vom Feuerraum 3 zu den
Einmündungen 18 der Abgaszugrohre 4 mit seinem feuerraumverschlußseitigen Bereich
6" durchgreift.
1. Heizkessel zum Verbrennen flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe, bestehend aus einem
wasserführenden Gehäuse (1), in dem ein mit Brenner (2) bestückter Feuerraum (3) angeordnet
ist, von dem mehrere, das wasserführende Gehäuse (1) durchgreifende Abgaszugrohre
(4) zur Abgassammelkammer (5) führen, in denen Abgasverdrängerkörper (6) zwecks Ausbildung
langgestreckter, ringzylindrischer Abgaszüge (7) angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß in mindestens einem der Abgaszugrohre (4) der Verdrängerkörper (6) als Abgasrückführrohr
(20) ausgebildet ist, das offen in der Abgassammelkammer (5) ausmündet und dessen
anderes Ende (8) an eine Anschlußöffnung (9) des Feuerraumverschlusses (10) angeschlossen
und von da aus mit dem Brenner (2) verbunden ist.
2. Heizkessel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß hinter der Anschlußöffnung (9) des Feuerraumverschlusses (10) saugseitig ein Gebläse
(11) angeschlossen ist, das druckseitig mit dem Brenner (2) in Verbindung steht.
3. Heizkessel nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gebläse (11) mit einer die Mischkammer (12) des Brenners (2) umgebenden, ringförmigen,
im Bereich der Brennermündung (2') ausmündenden Abgaszufuhrkammer (13) verbunden ist.
4. Heizkessel nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das feuerraumverschlußseitige Ende (6') des mindestens einen Abgasrückführrohres
(20) nach innen eingezogen ist und mit diesem Ende (6') in die mit einer ringförmigen
Weichdichtung (16) versehenen Anschlußöffnung (9) des Feuerraumverschlusses (10) eingreift.
5. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das mindestens eine Abgasrückführrohr (20) die Umlenkkammer (17) vom Feuerraum
(2) zu den Einmündungen (18) der Abgaszüge (4) mit seinem feuerraumverschlußseitigen
Bereich (6") durchgreift.
6. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das mindestens eine Abgasrückführrohr (20) in einem Abgaszugrohr (4) angeordnet
ist, das sich mittig über dem Feuerraum (3) im wasserführenden Gehäuse (1) erstreckt.
7. Heizkessel nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß sowohl das Abgasansauggebläse (11) als auch das Brennergebläse (14) achsparallel
zur Feuerraumachse (15) am Feuerraumverschluß (10) angeordnet ist.