CH268479A - Mit Heizgasen arbeitende thermische Anlage. - Google Patents

Description

  Mit Heizgasen arbeitende thermische Anlage.    In bekannten mit     Heizgasen    arbeitenden,  thermischen Anlagen wie etwa in     Flamm-          rohrkesseln    ist der Wärmneaustausch beein  trächtigt. Die Geschwindigkeit der Heizgase  ist nämlich an der Wandung, die den Wärme  austausch vermittelt, kleiner als in der Achse  des Flammrohres. Die kleine Geschwindigkeit  an der Wärmeaustauschwandung reduziert die  Wärmeübertragung in starkem Masse und zu  dem lagern sieh zufolge der langsamen     Strö-          mnung    in den untersten Partien des Flamin  rohres Flugasche und Russ ah, was den Wärme  austausch weiterhin herabmindert.

   Durch die  schwache Strömung an der Wärmeaustausch  stelle ergibt sich ferner eine Temperaturver  teilung über den Querschnitt des     Heizgas-          stromnes,    bei der die Höchsttenperatur im     Zen-          trunm    liegt, während am Rande des Stromes,  also dort, wo der Wärmeaustausch stattfindet,  das Heizgas wesentlich niedrigere Tempera  tur aufweist.

   Diese Mängel rühren daher, dass  die Heizgase dlas Flammrohr bei solchen Kes  seln auf dem kürzesten Wege in parallel zur  Rohrachse gerichteten Strähnen durchsetzen  und somit dlas Flammrohr in kürzester Zeit  verlassen, was zusammen mit dem Strömungs  verlauf wesentlich mit Ursache ist, dass der  Wärmeaustausch zwischen     denn    Heizgas und  dem Kesselwasser bei weitem nicht vollständig  ist. Auch findet nur eine teilweise Durch  mischung der Heizgase statt, so dass eine  Nachverbrennung von abziehenden, noch  brennfähigen Gassträhnen durch den Sauer-    stoffüberschuss benachbarter Strähne nur un  genügend stattfinden kann.  



  Vorliegende Erfindung betrifft eine mit  Heizgasen arbeitende, thermische Anlage, bei  welcher die geschilderten Nachteile dadurch  beseitigt sein sollen, dass im Ausnutzungsweg  der Heizgase in Querebenen liegende Kränze  von     Leitschaufeln    vorhanden sind, welche den  Heizgasen eine     schraubenlinienförmige,    die  den Wärmeaustausch vermittelnde Wandung  bestreichende Strömung geben.  



  Die Zeichnung zeigt mehrere     Ausführungs-          Beispiele    des Erfindungsgegenstandes in sche  matischer Darstellung.  



       Fig.1    ist ein Schnitt durch ein erstes,       Fig.    2 durch ein zweites und       Fig.    3 durch ein drittes Ausführungsbei  spiel.  



       Fig.4    zeigt. eine besondere Ausbildung  eines     Leitschaufelkranzes    in einem     Flamm-          rohr,        wozu          Fig.5    ein axialer Schnitt durch das  Flammrohr ist.  



  Das Ausführungsbeispiel nach der     Fig.1     ist eine thermische Anlage mit. einem     Flamm-          rohrkessel,    wobei 1. der Kessel, 2 das     Flamm-          rohr,    3 der Heizrost und 4 die Feuerbrücke  ist. 5 ist ein     Überhitzer,    durch den auch das  Speisewasser für den Kessel 1 in einer  Schlange 6 vorgewärmt wird. 7 ist ein Saug  luftventilator und 8 das Kamin. Das     Flamm-          rohr    2 ist in der Zone des Heizrostes 3 als     -,          1,#Tellrohr    und im weiteren Verlauf bis zum      Überhitzer 5 als glattes, zylindrisches Rohr  ausgeführt.  



  In den zylindrischen Teil des     Flammroh-          res    2 sind, über dessen ganze Länge verteilt,  quer zum Rohr liegende Scheiben 9, 10, 11,  12, 13 eingesetzt. Diese Scheiben 9 bis 13 tra  gen nahe dem Flammrohr 2, also der den  Wärmeaustausch zwischen den Heizgasen und  dem zu beheizenden Medium, dem im Kessel 1       befindlichen    Wasser,     vermittelnden    Wandung  je einen Kranz von Leitschaufeln 14, durch  die den Heizgasen, die vom Rost 3 über die  Feuerbrücke 4 durch das Flammrohr hin  durch in den Überhitzer 5 gelangen, eine       schraubenlinienförmige        Strömung    gegeben  wird.

   Die Scheiben 9 bis 13 selbst verdrängen  dabei die Heizgase gegen die Wandung (Heiz  fläche) des     Flammrohres    2, das heisst die       Gasströmung    wird aus dem Zentrum des  Flammrohres gleichmässig an dessen Wan  dung verlegt. Die Scheiben werden dabei im  Durchmesser mit Zunahme der Entfernung  von der Feuerbrücke grösser und die     Leit-          schaufeln    dementsprechend kleiner, so dass  die Gasgeschwindigkeit im Flammrohr gegen  das Ende hin zunimmt.

   Die Abstände der  Scheiben voneinander sind so gewählt, dass  zwischen den Scheiben keine     wesentliche    Ver  minderung der     Gasgeschwindigkeit    oder gar  ein Ablösen der Gasströmung nach der Achse  des Flammrohres hin stattfinden kann. Die  Wandung des Flammrohres wird somit über       dessen    ganze Länge mit Gas von verhältnis  mässig hoher Geschwindigkeit bestrichen, was  much die Ablagerung von Russ und Flug  asche im Flammrohr wirksam verhindert. Mit  der Verdrängung der Heizgase an die Wan  dung des     Flammrohres    wird auch die höchste  Heizgastemperatur, die sonst in der Achsmitte  des Flammrohres herrschen würde, an die  Wandung des Flammrohres, also an die  Wärmeaustauschstelle verlegt.  



  Die Leitschaufeln 14 an den festen Schei  ben 9 bis 13 ergeben durch die durch sie er  zeugte, schraubenlinienförmige, die     Flamm-          rohrwandung        bestreichende    Strömung eine  Verlängerung des Heizgasweges im Flamm-    rohr. Diese Wegverlängerung ist umso gmösser,  je kleiner der     Winkel    der Schaufelfläche     zur     Fläche der Scheibe gewählt ist. Es ist also  mit     diesen        Leitschaiüeln    eine     Verlängerung     des     Heizgasweges    gegenüber dem geraden  Weg um ein Vielfaches möglich.

   Wegen die  sem längeren Weg benötigen die     Gase    mehr  Zeit für das Durchströmen des     Flammrohres,     das heisst es steht mehr Zeit für den Wärme  austausch zur     Verfügung    und dieser kann  bei gegebenen Abmessungen des     Flammrohres     beinahe vollständig gestaltet werden.  



  Die Leitschaufeln 14 an der vordersten  Scheibe 9, die in kurzem Abstand von der  Feuerbrücke 4 eingesetzt ist, leiten die     sehrau-          benlinienförmige    Strömung im Flammrohr 2  ein. Der geringe Eintrittswinkel in die     Leit-          schaufeln    bedingt aber nicht nur eine     schraiu-          benlinienförmige    Strömung in den anschlie  ssenden Partien des     Flammrohres,    sondern  es entsteht schon vor der ersten Scheibe ein       Einströmwirbel,    der sich     bis    in die vordersten  Partien des Flammrohres bzw. des Feuer  raumes geltend macht.

   Durch die     Drehbewe-          gting    der Gase im Feuerraum, unterstützt  durch die     Aufstauung    der Gase in dieser  Partie des Flammrohres, erfolgt eine wirk  same     Durchmischung    der über dem Rost 3  entstehenden Gase. Die einzelnen bei den       Flammrohrkesseln    der üblichen Bauart an  nähernd parallel der Achse des Flammrohres  gerichteten Gassträhnen werden somit, und  zwar schon im Bereiche des Feuerraumes   durchmischt. Es erfolgt auf diese Weise eine  wirksame Nachverbrennung der noch brenn  baren Gase durch den noch vorhandenen       Luftüberschuss.    Dies ermöglicht eine starke  Verminderung des Luftüberschusses und da  mit der pro kg Brennstoff erzeugten Rauch  gasmenge.

   Die Folge ist eine bedeutende Er  höhung der     Fenerraumtemperatur,    was eine  Erhöhung der     Wärmeübertragung    an das  Kesselwasser durch Strahlung bedingt und       eines    steiler abfallende Kurve der Gastempe  ratur im     Flammrohr    bewirkt. Die höhere  Temperatur im Feuerraum bewirkt anderseits  einen beschleunigten     Abbrand    des     Brennstof-          fes    auf dem Rost     bz-w.        ermöglicht,    bei Kohlen-      staub-, Gas- oder Ölbrennern die     Brenn-          leistung    entsprechend zu erhöhen.  



  Die Wegverlängerung der Rauchgase und  deren höhere Geschwindigkeit bedingt ander  seits einen grössern Strömungswiderstand, der  bei ungenügendem Kaminzug durch den     Saug-          zugv    entilator überwunden werden muss.  



  Die glatte, zylindrische Form des     Flamm-          rohres    2 im Bereich der Scheiben 9 bis 13 soll  den     Strömungswiderstand    im     Flammrohr    ge  ring halten, während die Wellung des     Flamm-          rohres    in der Zone des Feuerraumes, also  beim Rost 3, der Aufnahme der Dehnungen  des Flammrohres dient.  



  Die Leitschaufeln 14 sind an den Scheiben  9 bis 13, wie aus Fig. 4 und 5 für die Scheibe  9 ersichtlich, an über den Umfang verteilten  Stellen mittels Keile 15 befestigt, während  die Scheiben selbst an das Flammrohr 2  durchsetzende Zirkulationsrohre 16 angeschlos  sen sind, und zwar ebenfalls mittels Keile 17.  



  Die Scheiben und die Leitschaufeln sind  aus hitzebeständigem Material, z. B.     Chrom-          Nickelstahl    oder keramischem Material her  gestellt. Bei Flammrohren grösseren Ausmasses  ist eine Unterteilung der Scheiben und der  Leitschaufelkränze in einzelne Segmente er  forderlich, für die dann die schon beschrie  bene Keilverbindung vorteilhaft ist. Die ein  zelnen Segmente und deren Verbindungen  untereinander sind so zu wählen, dass     Ein-          und    Ausbau der Scheiben und der Schaufel  kränze in einfacher Weise möglich ist.  



  Sind im Flammrohrkessel keine Zirkula  tionsrohre vorhanden, so können die Scheiben  mit Füssen an der Flammrohrwandung ab  gestützt sein.  



  Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig.2  taucht der Überhitzer in den Flammrohrkessel  ein. Der Überhitzer stellt ein topfartiges Ge  bilde mit auf einer Kegelstumpffläche neben  einander liegenden Rohren 18 dar, welche  Rohre 18 an beiden Enden durch einen Ring  raum 19 bzw. 20 miteinander verbunden sind,  wobei in den Ringraum 19 bei 21 Sattdampf,  der aus dem Dom des Kessels 1 kommt, ein  geführt wird. Vom Ringraum 20 gehen auf  einer konzentrisch zur erwähnten Kegel-    stumpffläche angeordneten innern Mantel  fläche liegende Rohre 22 kleineren Durch  messers aus, die in eine Sammelkammer 23  führen, an welche ein     Ableitrohr    24 ange  schlossen ist.  



  Der Überhitzer reicht innerhalb des  Flammrohres in den Bereich der Kränze von  Leitschaufeln 14. Für die Leitung eines Teils  der Heizgase ist ein zentral im Flammrohr 2       angeordnetes    Rohr 25 vorgesehen, das an ein  Loch der Scheibe 10 anschliesst, die Scheibe 11  durchdringt und an den Ringraum 20 an  schliesst. Vor diesem Anschluss ist im Rohr 25  eine Regulierplatte 26 angeordnet.  



  Von den Heizgasen tritt ein Teil aus dem       Schraubenlinienweg    in das Rohr 25 und ge  langt     durch    den Stutzen, den die Innenwan  dung des Ringraumes 20 darstellt, in den  Innenraum der beiden genannten Mantelflä  chen, streicht zwischen den Rohren 22 und 18  hindurch und vereinigt sieh wieder mit den  durch die Leitschaufeln 14 an der Wan  dung des Flammrohres 2 entlang     schrauben-          linienförmig    geleiteten Heizgasen.

   Der durch  die Rohre 18 und 22 geführte     Sattdampf    wird  durch die intensive     Bespülung    dieser Rohre  durch die Heizgase einerseits von den     Leit-          schaufeln    14 her und anderseits vom Zen  trum des Flammrohres 2 her überhitzt, so dass  er als überhitzter Dampf durch das     Ableit-          rohr    24 den Kessel verlässt.  



  Das Ausführungsbeispiel nach     Fig.    3 stellt  einen durch Heizgase betriebenen     Luftvor-          wäriner    dar. Hier werden die Heizgase von  einem Rohr     26a    durch einen     Austauschraum     geführt, der von     einem    Isoliergehäuse 27 um  schlossen ist.

   Innerhalb des     IIeizgasrohres        26a     ist ein konischer Verdrängungskörper 28     an-          .,geordnet,    der von einer konischen Erweite  rung 29 des     Heizgasrohres        26a    umgeben ist,  derart,     da.ss    sieh der     Heizgasraum.    in der     Strö-          niungsrichtung    der Heizgase     verengert,    wäh  rend sich der Luftraum in der Strömungs  richtung der Luft.

       erweitert.    Das     IIeizgasrolir          verengt    sieh unterhalb des Verdrängungs  körpers wieder und führt. über einen Wasser  abseheider 30 zu einem Gebläse 31 für die ab  gekühlten Heizgase. 32 ist ein Gebläse für      Frischluft, die in den Raum 33 zwischen dem  Isoliergehäuse 27 und der Erweiterung 29 ge  leitet wird, und an den Raum 33 schliesst sich  bei 34 eine Ableitung für die erwärmte  Luft an.  



  Im Raum zwischen dem Verdrängungskör  per 28 und der Erweiterung 29 sind Kränze  von     Leitschaufeln    35 für die Heizgase und im  Raume 33 sind Kränze von Leitschaufeln 36  für die aus dem Gebläse 32 kommende Luft  vorgesehen.  



  Die Heizgase und die Luft werden also  im Luftvorwärmer im Gegenstrom zueinander       geführt,    wobei die Erweiterung 29 des Heiz  gasrohres 26c die dem Wärmeaustausch die  nende Wandung ist. Die Leitschaufeln 35  geben dabei den Heizgasen, wie bei den vor  her beschriebenen Ausführungsbeispielen, eine       schraubenlinienförmig    diese Wandung bestrei  chende Strömung und die Leitschaufeln 36  geben der Luft im Raum 33 ebenfalls eine       schraubenlinienförmig    diese Wandung bestrei  chende Strömung.

   Bei weitgehender Wärme  ausnutzung durch entsprechende Winkelstel  lung der Leitschaufeln wird eine Temperatur  der Heizgase erreicht, bei welcher der Was  serdampfgehalt der Heizgase kondensiert, und  das Kondensat wird durch den     Wasserabschei-          der    30 ausgeschieden. Die Führung der Heiz  gase     und    der Luft kann auch im Gleichstrom  zueinander erfolgen.  



  Die Leitschaufeln für die Heizgase und  für die Luft können sowohl am Verdrängungs  körper 28 bzw. dem Isoliergehäuse 27 wie  auch an der Erweiterung 29 befestigt sein.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Mit Heizgasen arbeitende thermische An lage, dadurch gekennzeichnet, dass im Aus nutzungsweg der Heizgase in Querebenen lie gende Kränze von Leitschaufeln vorhanden sind, welche den Heizgasen eine sehrauben- linienförmige, die den Wärmeaustausch ver mittelnde Wandung bestreichende Strömung geben. UNTERANSPRÜCHE: 1. Anlage nach demn Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln. an Scheiben angeordnet sind. 2.

   Anlage nach dem Patentanspruch und dem Unteranspruch 1, mit einem Flammrohr- lessel, dadurch gekennzeichnet, dass die Schei ben mit den Leitschaufelkränzen im Flamm- rohr zwischen der Feuerbrücke und der Aus trittsstelle der Heizgase aus dem Kessel ver teilt angeordnet sind. 3. Anlage nach demn Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, dass die Scheiben mit Zunahme der Entfernung von der Feuerbrücke grösser und die Leitschaufeln dementsprechend klei ner werden. 4. Anlage nach dem Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, dass die Leitschaufeln mittels der Scheiben im Flammrohr des Kessels be festigt sind. 5.

   Anlage nach dein Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, dass die Scheiben an das Flamm- rohr überquerenden Teilen befestigt sind. 6. Anlage nach dein Patentanspruch und den Unteransprüchen 1, 2 und 5, dadurch ge kennzeichnet, dass die Scheiben an den das Flammrohr überquerenden Teilen lösbar be festigt sind. 7. Anlage nach dem Patentanspruch und den Unteransprüchen 1, \? und 4, dadurch ge kennzeichnet, dass die Leitschaufeln an den Scheiben lösbar befestigt sind. B.

   Anlage nach dem Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass jeder Leitschau felkranz aus mehreren Teilen ziLsammengesetzt ist. 9. Anlage nach dein Patentanspi-Lich und den Unteransprüchen 1, 2 und 5, dadurch ge kennzeichnet, dass die Scheiben an das Flamm rohr durchsetzenden Zirkulationsrohren be festigt sind. 10. Anlage nach dein Patentanspruch und den Unteransprüchen 1, 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheiben mittels Füsse am Flammrohr befestigt sind. 11.

   Anlage nach dem Patentanspruch und den Unteransprüchen 1, 2 und 4 bis 7, da durch gekennzeichnet, dass zur Befestigung der Scheiben und der Leitschaufeln Keile ver wendet sind. 12. Anlage nach dem Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, dass in das Flammrohr ein Über- hitzer für aus dem Kessel kommenden Dampf eintaucht, der von einem Teil der Leitschau felkränze umgeben ist und den Heizgase vom Zentrumu des Flammrohres her ebenfalls ge gen die Wärmeaustauschwandung des Flamm- rohres hin durchströmen. 13.

   Anlage nach dem Patentanspruch und den Unteransprüchen 1, 2 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Überhitzer in zwei konzentrischen NU ntelflächen angeordnete und durch Ringräume miteinander verbundene Rohre aufweist, wobei ein zentrales, einen Teil der Scheiben im Flammrohr durchdringendes Rohr Heizgase in den Innenraum der beiden Rohrkränze leitet, damit diese zwischen den Überhitzerrohren hindurchstreichend wieder den Heizgasen zugeführt werden, die durch die Leitschaufeln aussen am Überhitzer schrau- benlinienförmig hindurchströmen. 11.

   Anlage nach dem Patentanspruch und den Unteransprüchen 1, 2, 12 und 13, da durch gekennzeichnet, dass in dem zentralen Robr eine Regulierplatte verstellbar ist, die den Strom der von innen den Rohren des Überhitzers zugeführten Heizgase zu verän dern gestattet. 15. Anlage nach dem Patentanspruch, als Luftvorwärmner, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizgase und die Lift an einer Wä.rme austauschwandung vorbeigeleitet werden, durch welche sie voneinander getrennt sind, wobei im Wege beider Medien Leitschaufel kränze zur Erzeugung einer schraubenlinien- förmigen Strömung der Medien vorhanden sind. 16.

   Anlage nach dem Patentanspruch und dem Unteranspruch 15, dadurch gekennzeich net, dass die Heizgase und die Luft im Gegen strom zueinander geführt werden. 17. Anlage nach dem Patentanspruch und dem Unteranspruch 15, dadurch gekennzeich net, dass die Heizgase und die Luft im Gleich strom zueinander geführt werden. 18.

   Anlage nach dem Patentanspruch und den Unteransprüchen 15 und 16, dadurch ge kennzeichnet, da.ss der Heizgasraum innen von einem konischen Verdrängungskörper begrenzt ist und die Wärmeaustauschwandung gegen die Basis des Verdrängungskörpers konisch erweitert ist, derart, dass sich der Heizgas raum in der Strömungsrichtung der Heizgase verengert, während sich der Luftraum in der Strömungsrichtung der Luft erweitert.