[0002] Niedertemperatur-Heizungen, wie zum Beispiel Decken- oder Bodenheizungen, werden
mit einer geringen Heizwassertemperatur betrieben, die selbst bei tiefen Außentemperaturen
nur höchstens etwa 50 bis 53° C beträgt. Man ist bestrebt, für derartige Heizungsanlagen
einen Heizkessel anzuwenden, der ebenfalls in diesem Niedertem
peraturbereich betrieben werden kann, um zum Beispiel die Kesselwärmeverluste zu verringern
und teure Mischventileinrichtungen und -steuerungen einzusparen. Wenn der Heizkessel
nun aber mit einer Kesselwassertemperatur betrieben wird, die entsprechend der Außentemperatur
gleitend verändert wird, und wenn insbesondere in der übergangsjahreszeit an der sogenannten
Heizgrenze, das heißt bei zum Beispiel plus 15
0 C Außentemperatur, die Kesselwassertemperatur nur noch zwischen etwa 25 und 28° C
liegt, entsteht das Problem, daß auf der von der Brennerflamme und den Rauchgasen
bestrichenen Seite der Kesselwandungen die Taupunktsgrenze unterschritten wird und
Kondensationserscheinungen auftreten mit der Folge von Korrosionen der Kesselstahlbleche
durch die schwefelsäurehaltigen Kondensate. Bei der Verfeuerung von Heizöl der Güteklasse
"extraleicht" liegt die Taupunktsgrenze bei einer Wandtemperatur von etwa 40 bis 45°
C, die mit einer vorerwähnt niedrigen Kesselwassertemperatur weit unterschritten wird.
Es ist mit verschiedenen aufwendigen Maßnahmen versucht worden, diesem Problem der
Taupunktsunterschreitung und Korrosionsgefahr bei Niedertemperatur-Heizkesseln zu
begegnen, beispielsweise durch die Verwendung von korrosionsbeständigen, aber sehr
teuren hochlegierten Edelstahlblechen für die Kesselwandungen oder durch die Anwendung
eines gegen Schwefelsäure-Korrosionsangriffe schützenden feuerfesten glasartigen Überzuges
wie zum Beispiel aus Email auf der Rauchgasseite von normalen Stahlblechwandungen,
der sich jedoch wegen der Gefahr von Rißbildungen oder Absplitterungen oder mechanischen
Beschädigungen bei der Kesselreinigung als unzuverlässig und nicht für die Praxis
geeignet herausgestellt hat.
[0003] Mit der erfindungsgemäßen Problemlösung ist es möglich, praktisch jeden beliebigen
Heizkessel im Niedertemperaturbereich mit einer weit unter der Taupunktsgrenze liegenden
Kesselwassertemperatur zu betreiben und trotzdem einen kondensfreien und korrosionsfreien
Betrieb zu erreichen. Die Erfindung besteht darin, daß die Stahlblechwandungen der
Brennkammer und des Rauchgaskanals, das heißt alle von der Brennerflamme und von den
Rauchgasen bestrichenen Kesselteile, auf der Kesselwasserseite mit einer Beschichtung
aus einem schlecht wärmeleitenden Material versehen sind, dessen Wärmeleitzahl kleiner
als 1 ist. Durch die Beschichtung, die nicht der Brennerflamme oder den Rauchgasen
ausgesetzt ist und daher nicht feuerfest beschaffen zu sein braucht, wird auf der
vom Kesselwasser bestrichenen Seite der Kesselwandungen der Wärmedurchgang von den
Gasen durch die Stahlblechwandungen an das Kesselwasser so weit gebremst, daß sich
bei einer unter der Taupunktsgrenze liegenden Kesselwassertemperatur die rauchgasseitige
Wandtemperatur der Kesselwandungen auf einen die Taupunktsgrenze überschreitenden
Betrag erhöht, wodurch in denkbar einfacher und zuverlässiger Weise ein kondensfreier
Heizkesselbetrieb im Niedertemperaturbereich gewährleistet wird und eine Korrosionsgefahr
an den Kesselstahlblechwandungen mit Sicherheit vermieden wird. Die mit der erfindungsgemäß
wasserseitigen Beschichtung bewußt gewollte Wärmeleitungsverschlechterung durch die
zweischichtig ausgebildeten Kesselwände hängt von der Wärmeleitzahl des verwendeten
Beschichtungsmaterials, von der Beschichtungsdicke auf der Kesselwasserseite und von
dem durch die Kesselwandungen gehenden Wärmestrom ab und kann je nach den Erfordernissen
variiert werden und durch ein Material mit möglichst niedriger Wärmeleitzahl so hoch
bemessen werden, daß selbst mit einer dünnen Beschichtungsdicke die jeweils gewünschte
oder benötigte rauchgasseitige Wandtemperaturerhöhung eintritt. Beispielsweise kann
die Beschichtung aus einem ausreichend hitzebeständigen Polyamid-Kunststoff bestehen,
der eine Wärmeleitzahl von 0,3 oder weniger hat. Hierbei braucht: die Beschichtungsdicke
nur einen Bruchteil eines Millimeters zu betragen, um zu erreichen, daß bei einer
Kesselwassertemperatur von zum Beispiel 25 bis 28° C und bei einer bei Heizkesseln
im Mittelwert üblichen Wärmestromdichte (spezifische Heizflächenbelastung) eine rauchgasseitige
Wandtemperaturerhöhung von rund 25
0 C eintritt, so daß die Stahlblechwandung auf der Rauchgasseite eine Oberflächentemperatur
von rund 50° C annimmt, die über der Taupunktsgrenze bei der Feuerung mit leichtem
Heizöl liegt. In Nachschalt-Rauchgaskanälen von Heizkesseln liegt die Wärmestromdichte
durchschnittlich bei etwa 12300 kcal pro Quadratmeter und pro Stunde. In der Brennkammer
ist die Wärmestromdichte naturgemäß höher und liegt sie durchschnittlich bei 26600.
Beispielsweise bei einer Wärmestromdichte von 26600, einer Kesselwassertemperatur
von 25° C und einer Wärmeleitzahl von 0,25 eines Polyamid-Kunststoffs ergibt sich
aus der Formel für die Wärmeleitung durch eine Wand, daß mit einer Beschichtungsdicke
von nur 0,3 mm eine Erhöhung der rauchgasseitigen Wandtemperatur um rund 32° C auf
rund 57° C bewirkt wird und eintritt, die weit über der normalerweise vorkommenden
Taupunktsgrenze liegt. Polyamid-Kunststoff kann auf die kesselwasserseitige Oberfläche
der Kesselwandungen aufgespritzt werden und härtet anschließend in einem Ofen bei
rund 200
0 C aus, so daß die Beschichtung den beim Heizkesselbetrieb in den Kesselwandungen
vorkommenden Temperaturen, die unter der Sicherheitsgrenze von 150 bis 180° C für
die Temperaturbeständigkeit der Beschichtung liegen, einwandfrei standhält. Ferner
ist die Beschichtung, weil sie auf der Wasserseite der Kesselwandungen angebracht
ist, auch gegen mechanische Beschädigungen beim rauchgasseitigen Reinigen des Heizkessels
absolut geschützt, so daß die Beschichtung auch aus Email bestehen kann, die nicht
nur im Gegensatz zu den bekannten rauchgasseitigen Emailüberzügen keiner Gefahr der
Rißbildung durch hohe rauchgasseitige Temperaturwechsel ausgesetzt ist, sondern durch
die wasserseitige Anordnung und Wärmeleitungsverschlechterung auch weit besser die
Taupunktsunterschreitung und Schwitzwasserbildung auf der Rauchgasseite der Kesselwandungen
verhindert. Email ist ebenfalls ein relativ schlecht wärmeleitendes Material mit einer
Wärmeleitzahl kleiner als 1. Da die Wärmeleitzahl mit etwa 0,9 größer ist als bei
Polyamid-Kunststoff, muß auch die Dicke der Emailbeschichtung größer sein. Bei einer
Wärmestromdichte von 26600, einer Kesselwassertemperatur von 25° C und einer Wärmeleitzahl
von 0,9 für Email reicht ein wasserseitiger Emailüberzug von 1 mm Dicke aus, um zu
gewährleisten, daß eine rauchgasseitige Wandtemperaturerhöhung von rund 30° C eintritt
und die Wandtemperatur mit rund 55° C weit über der Taupunktsgrenze liegt.
[0004] Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Heizkessels in
einem vertikalen Längsschnitt. Der Heizkessel enthält eine Brennkammer 1 und einen
nachgeschalteten Rauchgaskanal 2, die von einem gemeinsamen Kesselwassermantel 3 umgeben
und gekühlt sind. Alle rauchgasseitig von der Brennerflamme beziehungsweise den Rauchgasen
bestrichenen wassergekühlten Stahlblechwandungen des Heizkessels sind auf der Kesselwasserseite
mit einer Beschichtung 4 aus einem schlecht wärmeleitenden Material versehen, das
gegenüber der Wärmeleitzahl der Stahlblechwandungen von etwa 48 nur eine Wärmeleitzahl
kleiner als 1 hat. Beispielsweise besteht die Beschichtung aus einem handelsüblichen
Polyamid-Kunststoff, der eine Wärmeleitzahl von höchstens 0,3 hat. Die Schichtdicke
braucht nur wenigstens etwa 0,3 mm und höchstens etwa 0,5 mm zu betragen, um rauchgasseitig
eine Wandtemperaturerhöhung von rund 25° C zu erhalten, die beim Betrieb des Heizkessels
im Niedertemperaturbereich zu einem Überschreiten der Taupunktsgrenze führt.
