Einführung
Rauchrohrkessel, auch bekannt als Feuerrohrkessel, sind die am häufigsten eingesetzten Industriekessel heutzutage. Im Vergleich zu Wasserrohrkesseln sind sie viel besser für kleinere Anlagen geeignet, da sie plötzliche Schwankungen im Dampfdruck besser bewältigen können.
Verbrennung findet in einem Brennraum statt, wobei die Abgase (Rauchgase) durch eine Reihe von Kesseltuben geleitet werden, bevor sie durch einen Schornstein austreten. Da die Abgase durch im Wasser eingetauchte Rohre geleitet werden, wird der Kessel als 'Rauch-/Feuerrohrkessel' bezeichnet. Wasserrohrkessel haben Rohre, die mit Wasser gefüllt sind und von Abgasen umgeben sind, also das Gegenteil einer Rauchrohrkessel-Konfiguration.
Rauchrohrkessel
Kesselteile und Funktionen
Kesselmantel
Viele Teile eines Rauchrohrkessels sind in einem langen zylindrischen Kesselmantel untergebracht, der als Druckbehälter dient. Der Mantel ist mit Wasser gefüllt, wobei oben Platz für die Dampffreisetzung ist.
Kesselmantel
Rohre
Rohre verlaufen von einem Ende des Mantels zum anderen; dies kann einmal oder mehrmals geschehen. Der Mantel und die Rohre können in vertikaler oder horizontaler Ausrichtung installiert werden, wobei die vertikale Ausrichtung weniger häufig ist.
Einige der Rohre können einen größeren Durchmesser als die Standardrohre haben, diese Rohre werden als 'Stehrohre' bezeichnet. Stehrohre reduzieren die mechanischen Spannungen, die auf die Rohrplatten wirken, wenn der Kessel unter Druck steht; Stehstäbe können ebenfalls zu diesem Zweck verwendet werden.
Rohre
Brennraum
Der Brennraum ist der Ort, an dem die Verbrennung stattfindet; hier werden die höchsten Temperaturen im Kessel erreicht. Brennräume sind normalerweise gewellt, um ihre mechanische Festigkeit zu erhöhen, obwohl nicht gewellte Brennräume nicht ungewöhnlich sind.
Brennraum, Rohre und Kesselmantel
Rohrplatten
Rohrplatten werden verwendet, um beide Enden des Mantels abzudichten und bieten eine Befestigungsmöglichkeit für die Rohre. Rohrplatten werden normalerweise über Stehstäbe mit dem Mantel verbunden.
Rauchrohrkessel Rohrplatten
Brenner
Brennstoff, Luft und Hitze müssen dem Brennraum zugeführt werden, um die Verbrennung zu erreichen. Brennstoff und Luft werden durch den Brenner in den Brennraum geleitet. Eine Zündquelle wird durch einen Zünder bereitgestellt (eine Elektrode, die einen elektrischen Lichtbogen erzeugt, ähnlich einer Zündkerze, aber größer). Typische Brennstoffe sind leichtes Heizöl (LFO) und Methangas, obwohl auch andere verfügbar sind. Die 'Vorderseite' des Kessels befindet sich dort, wo der Brenner montiert ist.
Brenner auf Kesseln montiert
Umlenkraum
Es kann einen oder mehrere Umlenkräume geben. Umlenkräume ändern die Richtung der Abgase, wenn sie einen Zug verlassen und in einen anderen geleitet werden. Umlenkräume, die sich vom Brenner entfernt befinden, sind 'hintere Umlenkräume', während die, die dem Brenner am nächsten sind, 'vordere Umlenkräume' sind.
Umlenkraum
Rauchkammer
Die Rauchkammer ist der letzte Teil des Kessels, durch den die Abgase strömen, bevor sie in den Schornstein austreten.
Rauchkammer und Schornstein
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Rauchrohrkessel-Designs
Es ist möglich, das Kesseldesign auf verschiedene Weise zu variieren:
- Nassrückwand - das hintere Ende des Brennraums ist von einem Wassermantel umgeben.
- Trockenrückwand - das hintere Ende des Brennraums ist nur von Blech umgeben.
- Dampfdome - eine Kuppel, die auf dem Kesselmantel montiert ist, um die Dampffreisetzung zu unterstützen.
- Anzahl der Brennräume - ein Kessel kann zwischen einem und drei Brennräume haben (allgemeine Regel).
- Brennraumdesign - gewellt oder nicht gewellt. Das untenstehende Bild zeigt einen gewellten Brennraum, d.h. der Brennraum ist kein gerader Zylinder.
Gewellter Brennraum angezeigt
- Anzahl der Züge - jedes Mal, wenn Abgas durch den Kessel strömt, wird als Zug bezeichnet. Rauchrohrkessel haben typischerweise drei oder vier Züge, obwohl auch ein- und zweizügige Kessel in Gebrauch sind.
Kessel 1. Zug
Wie funktionieren Rauchrohrkessel?
Das untenstehende Video ist ein Auszug aus unserem Einführung in Dampf, Kessel und Thermodynamik Online-Video-Kurs.
Luft und Brennstoff (normalerweise leichtes Heizöl (LFO) oder Methangas) werden durch einen Brenner in den Brennraum geleitet. Das Luft-/Brennstoffgemisch wird durch einen Zünder entzündet und die Verbrennung beginnt.
Die Wärme aus der Verbrennung wird sofort auf die Brennraumwand und das umgebende Wasser übertragen. Zwischen 40-60% der gesamten im Kessel erzeugten Wärme wird vom Brennraum auf das Wasser übertragen, der Rest wird über die Rohre auf das Wasser übertragen. Der Brennraum stellt den 1. Zug durch den Kessel dar.
Die Abgase aus der Verbrennung gelangen dann in den ersten Umlenkraum. Die Gase verlassen den Umlenkraum und treten dann in den 2. Rohrzug, den zweiten Umlenkraum, den 3. Rohrzug, die Rauchkammer und schließlich den Schornstein ein.
Das Wasser wird durch die Wärme aus der Verbrennung und die resultierenden Abgase erhitzt. Während das Wasser im Mantel erhitzt wird, wird Dampf an der Oberseite des Kesselmantels freigesetzt. Der Dampf sammelt sich weiter an, bis der gewünschte Druck und die gewünschte Temperatur erreicht sind.
3D-Modellkomponenten
Dieses 3D-Modell zeigt alle Hauptkomponenten eines typischen dreizügigen Rauchrohrkessels, darunter:
- Kesselmantel – befeuerter Druckbehälter.
- Brenner – zur Verbrennung.
- Gewellter Brennraum – wo die Verbrennung stattfindet.
- Rohre – zur Leitung der Abgase durch den Mantel.
- Rohrplatten – zur Befestigung der Rohre.
- Umlenkraum – in diesem Raum werden die Gase umgekehrt und in die entgegengesetzte Richtung geleitet.
- Abdeckung – hält die Isolierung, die die thermische Effizienz des Kessels erhöht.
- Rauchkammer – befindet sich dort, wo die Abgase den letzten Rohrzug verlassen, aber vor dem Schornstein.
- Sicherheitsventile - zur Druckentlastung des Systems bei Überdruck.
- Messgeräte - lokale und entfernte Messgeräte zur Überwachung von Temperatur, Druck und Durchfluss.
Zusätzliche Ressourcen
https://en.wikipedia.org/wiki/Fire-tube_boiler
https://www.elprocus.com/fire-tube-boiler-working-principle-types-of-fire-tube-boilers
https://en.zozen.com/products/wns-series-gas-oil-fired-steam-hot-water-boiler.html