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Die Erfindung betrifft eine Wirbelschichtfeuerung für festen, vorzugsweise granulierten Brennstoff, als Teil einer Zentralheizungsanlage mit einem Wirbelbett, mit einer die Verbrennungsund Fluidisierungsluft durch den Boden des Wirbelbettes einbringenden Frischluftzuführung, mit einem dem Wirbelbett zugeordneten Primärwärmetauscher und mit einer in der Frichluftzuführung nahe dem Wirbelbett angeordneten elektrischen Heizeinrichtung zur Zündung der Wirbelschichtfeuerung.
Eine derartige Wirbelschichtfeuerung ist beispielsweise der WO-A-84/599 zu entnehmen.
Dem Wirbelbett wird dabei über eine mit einem Kühlmantel versehene Zuführeinrichtung der Brennstoff zugeführt, wobei die Zuführeinrichtung im Bereich zwischen den Oberflächen der ruhenden und der expandierten Wirbelschicht in den Feuerungsraum mündet. Der wasserdurchflossene Kühlmantel bildet einen Primärwärmetauscher, der in Reihe mit einem Sekundärwärmetauscher geschaltet ist, der im Strömungsweg der Verbrennungsgase liegt. Beide Wärmetauscher werden vom flüssigen Heizmedium, also dem Wasser, der Zentralheizungsanlage durchflossen. Unterhalb des Wirbelbettes mündet die Zuführung der Frischluft, die sowohl die Fluidisierungsluft für das Wirbelbett als auch die Verbrennungsluft darstellt, und durch den Düsenboden des Wirbelbettes durchtritt.
Eine elektrische Heizeinrichtung ist unmittelbar vor dem Wirbelbett in der Frischluftzuführung angeordnet, die beim Anlaufen der Wirbelschichtfeuerung die Luft auf die zur Inbrandsetzung des Brennstoffes benötigte Temperatur erhitzt, und dann abgeschaltet wird. Unterhalb des Sekundärwärmetauschers ist noch ein die Nachverbrennung der Verbrennungsgase verbessernder Katalysatorkörper angeordnet. Da das Wirbelbett für ein selbsttätiges Wiederanfahren nicht unter 600 und 650 C abkühlen darf, würde die Wärmeabstrahlung nicht zirkulierendes Wasser im Primärwärmetauscher verdampfen lassen. Das zirkulierende Heizungswasser führt daher fortlaufend Strahlungswärme ab, so dass eine verhältnismässig rasche Abkühlung des Wirbelbettes erfolgt, die die zwischen den thermostatgeregelten Brennphasen verbleibenden Ruhezeiten beträchtlich verkürzt.
Die in das Wirbelbett gelangende Frischluft ist nach dem Abschalten der elektrischen Heizeinrichtung kalt, da die Wirbelschichtfeuerung ohne ständige Luftvorwärmung betrieben wird. Dadurch entsteht ein weiterer Energieverlust durch Abkühlung des Wirbelbettes während des Betriebes.
Die Erfindung hat es sich nun zur Aufgabe gestellt, eine Wirbelschichtfeuerung der eingangs genannten Art hinsichtlich der Heizenergieausbeute des Brennstoffes wesentlich zu verbessern, und vor allem die Ruhezeiten zwischen den Brennphasen zu verlängern.
Erfindungsgemäss wird dies nun dadurch erreicht, dass der Primärwärmetauscher als Wärmetauschmedium Luft enthält, und dass ein zweiter, vom Heizmedium der Zentralheizungsanlage durchströmter Wärmetauscher vorgesehen ist, in dem die im PrimärwärmetÅauscher erhitzte Luft Wärme an das Heizmedium abgibt.
Die Verwendung von Luft als Wärmetauschmedium des Primärwärmetauschers, deren aufgeladene Wärme im zweiten Wärmetauscher an das Heizmedium der Zentralheizungsanlage zu einem wesentlichen Teil wieder abgegeben wird, erlaubt es, unmittelbar mit dem Abschalten der Wirbelschichtfeuerung die Bewegung des Wärmetauschmediums zu unterbrechen, da die aus dem Wirbelbett während der Ruhezeiten aufgenommene Wärme nicht abgeführt werden muss. Die sich dabei über Normalbetriebstemperatur erhitzende, im Primärwärmetauscher stehende Luft bietet neben der unmittelbaren kräftigen Verringerung des Wärmeverlustes in bevorzugten Ausführungen zusätzliche Vorteile, die in weiterer Folge erläutert werden. So ist in einer ersten bevorzugten Ausführung vorgesehen, dass der Primärwärmetauscher das Wirbelbett umfangsseitig umgibt.
Dies bedeutet, dass im Gegensatz zu der in der eingangs erwähnten WO-A-84/599 beschriebenen Ausbildung, der Primärwärmetauscher in direktem Kontakt mit dem Wirbelbett im Ruhezustand verbleibt, wobei die stehende Luft eine erste umhüllende Isolierung des Wirbelbettes bildet. Es ist weiters nicht mehr notwendig, die Zuführeinrichtung für den Brennstoff, und damit dessen Kühlmantel in den Feuerungsraum vorstehen zu lassen, sondern beide enden an der Zufuhröffnung, so dass der Kühlmantel der Abstrahlung des Wirbelbettes nicht ausgesetzt ist, und daher auch die Zirkulation des Kühlmediums, das bevorzugt durch das Heizungswasser der Zentralheizungsanlage gebildet ist, eingestellt werden kann.
Die im Primärwärmetauscher erhitzte Luft gibt im zweiten Wärme-
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tauscher die aufgeladene Wärme natürlich nur zu einem Teil an das Heizmedium ab, und wird diesen noch mit Restwärme verlassen. Es besteht daher eine weitere Möglichkeit der Verringerung des Energieverlustes dadurch, dass der Primärwärmetauscher und der zweite Wärmetauscher in der Frischluftzuführung in Reihe geschaltet sind, wobei die Lufteintrittsseite des Primärwärmetauschers an die ein Gebläse aufweisende Frischluftzuführung angeschlossen ist und die vom zweiten Wärmetauscher kommende Rückleitung in das Wirbelbett mündet. Auf diese Weise wird nämlich dem Wirbelbett als Verbrennungsluft und als Fluidisierungsluft die mit der Restwärme beladene Luft aus dem zweiten Wärmetauscher und somit eine beträchtlich vorgewärmte Luft zugeführt.
Die als Primärwärmetauschmedium verwendete Luft wird also nicht in einen Kreislauf geführt, sondern ständig durch Frischluft von aussen ergänzt, die nach dem Umweg über die Wärmetauscher als vorgewärmte Luft in das Wirbelbett eintritt. Dies wirkt sich etwa in der Übergangszeit nach längeren Verbrennungspausen aus, in denen das Wirbelbett unter die Selbstanfahrtemperatur abgekühlt ist, da die elektrische Heizeinrichtung wesentlich weniger zusätzliche Energie einbringen muss.
Bei der Erstanheizung ist der Umweg der Luft über die Wärmetauscher nicht notwendig, so dass in einer weiteren Ausführung zwischen der Frischluftzufuhrleitung und der Rückleitung aus dem zweiten Wärmetauscher im Nahbereich des Wirbelbettes eine sperrbare Verbindungsleitung geöffnet werden kann, durch die die Frischluft direkt zur elektrischen Heizeinrichtung vor dem Wirbelbett zutreten kann. Der. in den Wärmetauscher führende Abschnitt der Frischluftzufuhrleitung ist währenddessen vorzugsweise gesperrt.
Um eine unmittelbare, in einfacher Weise steuerbare Wechselwirkung zwischen den beiden Sperrelementen, zu erzielen, ist in einer weiteren bevorzugten Ausführung vorgesehen, dass der Eintrittsteil der Frischluftzufuhrleitung in den Primärw rme- tauscher und die Verbindungsleitung im rechten Winkel von dem an das Gebläse anschliessenden Abschnitt der Frischluftzufuhrleitung abstehen, wobei in diesem Abschnitt ein rohrförmiges Umsteuerorgan um die Längsachse drehbar ist, das am Umfang versetzte Durchtrittsöffungen aufweist, die wechselweise mit dem Eintrittsteil in den Primärwärmetauscher oder der Verbindungsleitung übereinstimmbar sind.
Nachstehend wird nun die Erfindung an Hand der Zeichnung näher beschrieben, ohne darauf beschränkt zu sein. Die Zeichnung zeigt einen Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemässe Wirbelschichtfeuerung.
Die Wirbelschichtfeuerung umfasst einen insbesondere für kleine Zentralheizungsanlagen in Wohnhäusern konzipierten Ofen --1--, der einen in einer Isolierung --8-- eingeschlossenen Brennraum mit einem einen Düsenboden --27-- aufweisenden Wirbel bett --14--, einen Nachverbrennungsraum --23-- mit einem katalytisch wirksamen Einsatzkörper --24--, eine Brennstoffzuführeinrichtung --12-- und eine Frischluftzuführung aufweist. Als Brennstoffzuführeinrichtung --12--
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getrieben und übernimmt den Brennstoff aus einem Vorratsbehälter --10--. Eine Steuerung --16-mit einem in das Wirbelbett --14-- ragenden Temperaturfühler --17-- ist dem Motor --13-- und einer elektrischen Heizeinrichtung --15-- zugeordnet.
Das Wirbelbett --14-- ist im unteren Teil von einem Ringraum --7-- umgeben, in dem die elektrische Heizeinrichtung --15-- angeordnet ist.
Oberhalb des Ringraumes --7-- umgibt das Wirbelbett --14-- ein Primärwärmetauscher --5--, in den Frischluft über den Endabschnitt --21-- der Frischluftzufuhrleitung --4-- eintreten kann. Von der Austrittsseite des Primärwärmetauschers --5-- führt innerhalb der Isolierung --8-eine Leitung --18-- zu einem zweiten Wärmetauscher --2--, der vom Heizmedium der Zentralheizungsanlage durchflossen wird. Aus dem zweiten Wärmetauscher --2-- führt ebenfalls innerhalb der Isolierung --8-- eine Leitung --19-- in den das Wirbelbett --14-- umgebenden Ringraum --7--. In der Frischluftzuführungsleitung --4-- ist ein Gebläse --9-- angeordnet, von dem ein Leitungsabschnitt --22-- ausgeht.
Von dem Leitungsabschnitt --22-- zweigt im rechten Winkel eine Verbindungsleitung --20-- ab, die in die vom zweiten Wärmetauscher --2-- kommende Leitung --19-- unmittelbar vor ihrem Eintritt in den Ringraum --7-- mündet. Der Leitungsabschnitt --22-- geht schliesslich rechtwinkelig in den Endabschnitt --21-- über, der in den
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Primärwärmetauscher --5-- führt. In dem die beiden Leitungsteile --20 und 21-- umfassenden Bereich der Frischluftzufuhrleitung --4-- ist ein Umsteuerorgan --6-- vorgesehen, durch das in Wechselwirkung einer der beiden Leitungsteile --20, 21-- gesperrt wird.
Das Umsteuerorgan wird etwa durch ein in seine Längsachse drehbares Rohrstück gebildet, das am Umfang der Leitungsteile --20, 21-- wechselweise zuordenbare Durchtrittsöffnungen --25-- aufweist. Durch Verstellung des Umsteuerorgans --6-- kann daher der Leitungsabschnitt --22-- entweder mit der Verbindungsleitung --21-- verbunden werden, was ebenfalls über die Steuerung --16-erfolgt.
Bei der Erstanheizung der Wirbelschichtfeuerung wird der Verbindungsabschnitt --20-geöffnet, und damit der Endabschnitt --21-- geschlossen. Die vom Gebläse --9-- kommende Frischluft wird durch die elektrische Heizeinrichtung --15-- so weit erwärmt, dass der Brennstoff im Wirbelbett --14-- entzündet wird. Die Frischluft dient dabei als Verbrennungs- und Fluidisierungsluft. In den Wärmetauschern --5 und 2-- und den Leitungen --18, 19-- steht das Tauschmedium, also die Luft, still. Es kommt also während der Aufheizphase zu keiner vorzeitigen Wärmeabführung.
Nachdem die Verbrennung des Brennstoffes eingesetzt hat, wird die Heizeinrichtung - abgestellt und das Umsteuerorgan --6-- betätigt, so dass die Frischluft nicht mehr über die Verbindungsleitung --20-- zugführt werden kann. Sie tritt stattdessen in den Primärwärmetauscher --5-- ein und dient als Wärmeträger durch die Leitung --18-- bis in den zweiten Wärmetauscher --2--, indem sie einen Teil der Wärme an das Wasser der Zentralheizungsanlage abgibt. Die über die Leitung --19-- wieder austretende Luft wird erst jetzt nach dem Umweg über die beiden Wärmetauscher --5, 2-- in den Ringraum --7-- und von dort in das Wirbelbett - eingeblasen. Sie stellt auf Grund ihrer Restwärme eine vorgewärmte Frischluft dar, so dass ein geringerer Energieverlust des Wirbelbettes --14-- erreicht wird.
Anderseits strömt
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--5-- kalteWärmetauscher --2-- wieder abgeben kann. Es haben sich in Versuchen merkliche Verkürzungen der Heizphasen und eine Verringerung des Brennstoffbedarfes ergeben. Während jeder Ruhephase ist der Frischluftzutritt vollständig abgesperrt, so dass im primärwärmetauscher --5-- die Luft stillsteht. Da sie einerseits die vom Wirbelbett abgegebene Wärme aufnehmen kann, diese aber nicht abführt, und anderseits auch eine umfangsseitige Isolierung des Wirbelbettes --14-- bildet, kühlt dieses langsamer aus als in herkömmlichen Ausführungen. Es konnte in den Versuchen
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Beim Wiederanfahren wird dem Wirbelbett --14-- anfangs die ebenfalls sehr hoch vorerwärmte Luft aus dem Ringraum --7-- zugeführt, die während der Ruhephase ebenfalls Wärme aus dem Wirbelbett --14-- gespeichert hat, so dass eine geringere Abkühlung des Wirbelbettes-14-erfolgt, und eine niederere Starttemperatur erreichbar ist.
Da der Speichereffekt der Luft im primärwärmetauscher --5-- und im Ringraum --7-auch einen Stillstand der Feuerung überdauert, wie er etwa in der Übergangszeit gegeben ist, ist die über die elektrische Heizeinrichtung --15-- zuzuführende Energie bei jeder Wiederanheizung geringer, wenn die Verbindungsleitung --20-- in diesen Fällen geschlossen bleibt und die Frischluft über die Wärmetauscher --5, 2-- und die Leitungen --18, 19-- nachgeschoben wird.
Im Anschluss an den Nachverbrennungsraum --23-- ist ein üblicher Sekundärwärmetauscher --3-- vorgesehen, der vom Heizmedium der Zentralheizungsanlage durchflossen wird und den Verbrennungsgasen Wärme entzieht. Der die vom Primärwärmetauscher --5-- abgegebene Wärme übernehmende zweite Wärmetauscher --2-- kann dabei, wie dargestellt, im Bereich des Sekundärwärmetauschers --3-- angeordnet werden und mit diesem gekoppelt sein, so dass die Installation vereinfacht ist. Der Kühlmantel --11-- ist vorzugsweise auch vom Heizungswasser durchströmt und in das Wärmetauschsystem eingebunden.
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