Novelty Structures liefert Flammrohrkessel und Wasserrohr-Dampfkessel für Industrieanlagen, Heizprojekte und Produktionsstätten.

Es gibt zwei Haupttypen von Dampfkesseln: Flammrohrkessel und Wasserrohrkessel.

Der Hauptunterschied zwischen beiden liegt in der Anordnung von Feuer (Verbrennungsgasen) und Wasser innerhalb der Kesselrohre.

 

Inhaltsverzeichnis

1. Flammrohrkessel

Bei Flammrohrkesseln befinden sich die Verbrennungsgase in den Rohren, während das Wasser die Rohre umgibt. Flammrohrkessel sind seit über einem Jahrhundert ein dominierendes Kesseldesign und machen in normalen Größenbereichen den Großteil der Hochdruckdampferzeugung aus. Nicht alle Flammrohrkessel haben jedoch dieselben Konstruktionsmerkmale. Historisch wurden häufig sogenannte Scotch-Marine-Flammrohrkessel angeboten – mit horizontalem Mehrzugdesign und großem Feuerraum. Die Zahl der Rauchgaszüge (2-, 3- oder 4-Zug) und die Feuerraum-Umlenkung unterscheiden sich je nach Modell.

Flammrohrkessel

Flammrohrkessel

1.1 Scotch-Marine-Flammrohrkessel
  • Aufbau: Zylindrischer Kesselmantel mit Brennkammer zur Verbrennung und mehreren Rohren zur Wärmeübertragung.
  • Umlenkkammern: Dienen der Umkehrung der Verbrennungsgase vom Feuerraum zu den Rauchrohren und ermöglichen mehrere Durchgänge.
  • Wetback- und Dryback-Konstruktion: Wetback-Kessel besitzen eine wassergemantelte Umlenkkammer, während Dryback-Kessel eine feuerfeste, separat angebrachte Rückwand aufweisen.
  • Thermoschock: Mehrzugige Flammrohrkessel können durch unterschiedliche Ausdehnungs- und Kontraktionsraten von Feuerraum, Rauchrohren und Kesselmantel einen Thermoschock erleiden. Langsame Aufheizzyklen sollen Temperaturunterschiede minimieren und Spannungsrisse vermeiden.
  • Warmwasseranwendungen: Mehrzugige Flammrohrkessel werden in der Regel nicht für Warmwasseranwendungen verwendet, da plötzliche Temperaturänderungen zu Thermoschocks führen können.
1.2 Vorteile von Flammrohrkesseln
  1. Große Heizfläche: Typischerweise mit großer Heizfläche gebaut, was zu höherem Wirkungsgrad und geringerer Verschmutzungsanfälligkeit führt.
  2. Großer Dampfraum: Großer Kesseldurchmesser bietet einen großzügigen Dampf- und Wasserraum, was die Dampfqualität ohne mechanische Abscheidung verbessert.
  3. Brennstoffvielfalt: Der Feuerraum kann groß genug gestaltet werden, um unterschiedliche Brennstoffe und Emissionsanforderungen zu erfüllen.
  4. Sedimentaufnahmefähigkeit: Großer Kesselraum erlaubt gewisse Schlammanlagerungen ohne direkte Schäden – erleichtert Wasseraufbereitung und Abschlämmung.
  5. Wasserstandskontrolle: Einfacheres Management des Wasserstands durch großes Volumen – oft ausreichend mit Ein-/Aus-Regelung oder einfacher modulierender Regelung.
  6. Hoher Energieinhalt: Großes Wasser- und Dampfvolumen erlaubt kurzfristig hohe Dampferzeugung bei geringen Druckschwankungen.
  7. Reduzierter Wärmeverlust: Wasser und Dampf befinden sich auf der Innenseite des Kesselmantels – reduziert Wärmeverluste durch die Außenhülle.
1.3 Nachteile von Flammrohrkesseln
  1. Langer Aufheizzyklus: Erfordert langsames Aufheizen über mehrere Stunden – unsachgemäße Aufheizung kann zu Schäden führen, besonders bei größeren Kesseln.
  2. Notwendigkeit von Reservekesseln: Aufgrund der langen Aufheizzeit muss oft ein Reservekessel betriebsbereit gehalten werden – erhöht Kosten und Systemkomplexität.
  3. Druckbegrenzung: Dampfdruck durch großen Kesseldurchmesser limitiert – meist auf ca. 20 bar (300 PSI) begrenzt.
  4. Hoher Energiebedarf: Großes Wasser- und Dampfvolumen erfordert mehr Energie zum Anfahren – ineffizient bei unregelmäßigem Betrieb.

2. Wasserrohrkessel:

Bei Wasserrohrkesseln befindet sich das Wasser in den Rohren, während die Verbrennungsgase außen vorbeiströmen.

Wasserrohrkessel bieten vielfältige Bauformen, da Rohre mit kleinem Durchmesser flexibel geformt werden können. Diese Varianten dienen bestimmten Zwecken wie Festbrennstoffeinsatz, kleiner Grundfläche, Lkw-Montage, geringeren Kosten, Thermoschockbeständigkeit und schnellem Start.
Die Kategorie „Industrielle Wasserrohrkessel“ umfasst Geräte mit hoher Leistung, hohem Druck und Überhitzungsoption. Vormontierte industrielle Wasserrohrkessel erreichen typischerweise bis zu 300.000 PPH, größere Einheiten werden oft nicht als Komplettsystem geliefert.

Wasserrohrkessel

Wasserrohrkessel

2.1 Eigenschaften von Wasserrohrkesseln
  • Anordnung von Dampf und Wasser: Dampf und Wasser befinden sich in den Rohren – deutlich geringeres Wasserinhalt als bei Flammrohrkesseln.
  • Mehrere Trommeln und Rohre: Bestehend aus Dampftrommel, Schlammtrommel und vielen Rohren – ergibt Brennkammer und Konvektionszone.
  • Gebogene Rohrkessel: Mehrere Rauchgaszüge durch gebogene Rohre – keine feste Verbindung – bietet thermischen Schockwiderstand.
  • Rauchgasabdichtung: Dicht durch festen Mantel, Membranwände oder Kombination, mit Feuerfestmaterial und Isolierung zum Schutz der Trommeln und Rohranschlüsse.
  • Spezialtypen:
    • Gebogene Rohrkessel: Erkennbar an gebogenen Rohren mit mehreren Zügen, kleinere Leistung, kostengünstiger.
    • Spiralrohrkessel: Verwendet einzelne Rohrspule(n) für schnelles Anfahren ohne Thermoschock, mit separatem Dampftrennraum – kleiner Wasserinhalt, kompakt, schnelle Startzeit.

Wasserrohrkessel bieten durch ihre vielfältigen Konstruktionen und Konfigurationen hohe Flexibilität zur Anpassung an spezifische Anwendungsanforderungen. Ob gebogene Rohrkessel oder Spiralrohrkessel – sie bieten Vorteile hinsichtlich Wirkungsgrad, Kapazität und Anfahrzeit.

2.2 Vorteile von Wasserrohrkesseln
  1. Höhere Kapazitäten und Drücke: Wasserrohrkessel eignen sich besonders für höhere Leistungen, Dampfdrucke und überhitzten Dampf.
  2. Größerer Feuerraum: Der Feuerraum ist in der Regel größer und erleichtert so den Feuerungsbetrieb.
  3. Hochdruckbeständigkeit: Durch kleine Rohr- und Trommeldurchmesser können höhere Drücke effizient verarbeitet werden.
  4. Energieeffizienz: Geringere Wasser- und Dampfvolumina führen zu kürzeren Aufheizzeiten.
  5. Schnelle Reaktion auf Laständerungen: Durch den geringen Wasser- und Dampfgehalt reagiert der Kessel schnell auf Lastwechsel.
  6. Geringere Energiefreisetzung bei Kesselschäden: Weniger Wasser und Dampf bedeuten bei einem Schaden eine geringere Energiefreisetzung.
2.3 Nachteile von Wasserrohrkesseln
  1. Anfälligkeit für Kesselsteinbildung: Die kleinen Rohrdurchmesser sind kesselsteinempfindlich – hochwertige Speisewasserqualität und Abschlämmung sind erforderlich.
  2. Kleinere Heizfläche: Kann zu höheren Abgastemperaturen und geringerer Dauerbetriebswirkungsgrad führen – oft sind Economiser erforderlich.
  3. Langer Aufheizzyklus: Viele industrielle Wasserrohrkessel benötigen lange Aufheizzeiten für gleichmäßige Erwärmung – bis zu mehreren Stunden.
  4. Schwierigkeiten bei der Wasserstandskontrolle: Besonders bei wechselnder Feuerungs- oder Dampfentnahmeleistung.
  5. Einfluss von Lastwechseln: Weniger Wasser und Dampf führen zu stärkeren Druckschwankungen bei Laständerungen.
  6. Dampfqualitätsprobleme: Kleinere Dampftrommel erfordert zusätzliche mechanische Ausstattung zur Erzeugung von qualitativ hochwertigem Dampf bei niedrigeren Drücken.

3.Gebogene Rohrkessel

Gebogene Rohrkessel zeichnen sich durch kleinere Leistungen aus und sind nicht für hohe Drücke oder überhitzten Dampf ausgelegt. Die tangential angeordneten, gebogenen Rohre bilden den Feuerraum und ermöglichen zusätzliche Rauchgaszüge. Diese Kessel sind beliebt in Warmwasseranlagen und bekannt für ihre Flexibilität. Sie ermöglichen den sofortigen Betrieb mit voller Leistung bei kurzer Aufheizzeit – oft nur wenige Minuten.

3.1 Vorteile von gebogenen Rohrkesseln
  1. Kompakte Bauweise: Oft so kompakt, dass sie durch Türöffnungen passen – ideal für kleine Technikräume.
  2. Flexible Rohre: Vermeiden Thermoschocks – die meisten Einheiten können sofort gestartet werden.
  3. Geringe Wasser- und Dampfmenge: Schnelle Reaktion auf Laständerungen möglich.
  4. Kurze Aufheizzeit: Geringer Energiebedarf zur Inbetriebnahme.
  5. Montageflexibilität: Modelle mit Ferrule-Verbindungen können vor Ort ohne zertifizierten Schweißer montiert werden – ideal bei schwer zugänglichen Standorten.
3.2 Nachteile von gebogenen Rohrkesseln
  1. Isolierung und Kondensation: Kondensation in isolierten Rohren beim Kaltstart kann Korrosion verursachen.
  2. Begrenzte Heizfläche: Führt zu geringerem Wirkungsgrad im Dauerbetrieb.
  3. Dampfqualitätsprobleme: Kleine Trommel kann bei niedrigem Druck zu schlechter Dampfqualität führen.
  4. Wasserstandskontrolle: Schwieriger durch geringes Wasservolumen.
  5. Einfluss von Lastwechseln: Große Druckschwankungen bei Laständerung durch geringen Energieinhalt.

4. Vergleich von Flammrohr- und Wasserrohrkesseln

  • Konstruktion und Betrieb:
  • Flammrohrkessel:
    • Design: Heiße Verbrennungsgase strömen durch kleine Rohre in einem unter Druck stehenden, mit Wasser gefüllten zylindrischen Kessel.
    • Betrieb: Die Wärmeenergie wird auf das umgebende Wasser übertragen, bis Dampf erzeugt wird.
  • Wasserrohrkessel:
    • Design: Wasser zirkuliert in den Kesselrohren, die von heißen Gasen umgeben sind. Design: Wasser zirkuliert in den Kesselrohren, die von heißen Gasen umgeben sind.
    • Betrieb: Die heißen Gase erhitzen das Wasser in den Rohren.
  • Druck und Dampferzeugung:
  • Flammrohrkessel:
    • Niedrigere Betriebsdrücke
    • Geringere Dampferzeugung
  • Wasserrohrkessel:
    • Höhere Betriebsdrücke möglich
    • Größere Dampferzeugungsraten und überhitzter Dampf realisierbar
  • Brennerkonfiguration und -steuerung:
  • Flammrohrkessel:
    • In der Regel mit einem einzelnen Brenner betrieben.
    • Begrenzte Steuerungsmöglichkeiten.
  • Wasserrohrkessel:
    • Oft mit mehreren Brennern ausgestattet, die eine gezielte Abschaltung zu Wartungszwecken ermöglichen.
    • Individuell programmierbare SPS zur Kesselsteuerung und Brennermodulation.
  • Reaktionsverhalten und Wirkungsgrad:
  • Flammrohrkessel:
    • Langsamere Reaktion auf Dampfdruckschwankungen aufgrund des großen Wasservolumens.
    • Geringerer Wärmeübertragungswirkungsgrad.
  • Wasserrohrkessel:
    • Sehr reaktionsschnell, erzeugen Dampf deutlich schneller.
    • Hoher Wirkungsgrad, Betrieb bei höherem Druck.
  • Brennstoffkompatibilität und Umweltaspekte:
  • Flammrohrkessel:
    • Begrenzte Eignung für aschereiche Brennstoffe.
    • Herausforderungen hinsichtlich der Einhaltung von Umweltauflagen.
  • Wasserrohrkessel:
    • Ausgelegt für aschereiche Brennstoffe – geeignet für Biomasseanwendungen und Müllverwertungsanlagen.
    • In der Lage, Umweltvorschriften einzuhalten.
  • Kosten und Konstruktion:
  • Flammrohrkessel:
    • Geringere Investitionskosten.
    • In der Regel werkseitig vormontiert.
  • Wasserrohrkessel:
    • Höhere Investitionskosten.
    • Oft vor Ort montiert, was Kosten und Bauzeit erhöhen kann.

Flammrohrkessel haben bei gleicher Leistung ein größeres Wasser- und Dampfvolumen als Wasserrohrkessel. Das große Wasser- und Dampfreservoir sorgt bei Flammrohrkesseln für stabileren Dampfdruck und Wasserstand bei Lastschwankungen. Durch das große Wasser- und Dampfvolumen benötigen Flammrohrkessel mehr Energie, um Betriebstemperatur und -druck zu erreichen.

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