AT392687B - Vorrichtung zur nutzung eines teiles des waermeinhaltes der aus einem oder mehreren kessel durch einen schornstein austretenden abgase - Google Patents

Description

AT 392 687 B

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Nutzung eines Teiles des Wärmeinhaltes der aus einem oder mehreren Kessel durch einen Schornstein austretenden Abgase, welche Vorrichtung hinsichtlich der Strömungsrichtung der Abgase mindestens eine nach der Heizfläche des oder der Kessel angeordnete konvektive Wärmeübertragungsfläche aufweist, wobei im Schornstein selbst, und diesem nachgeschaltet, je ein Temperaturfühler vorgesehen ist, deren von ihnen ermittelter Temperaturunterschied zur Regelung des Restwärmeinhaltes der Abgase dient Eine derartige Vorrichtung ist z. B. in der DE-OS 2 815 882 beschrieben.

Der Wirkungsgrad von Heizvonichtungen für Kohle, Gas oder Öl kann außer dem Vervollkommnen der Verbrennung durch das Verringern des Wärmegehaltes da in die Atmosphäre austretenden Abgase erreicht werden.

Die "Technische Sicherheitsordnung für die Gas- und Ölindustrie" bestimmt die Mindesttemperatur der Abgase vor dem Austritt für den Verbrennungsprodukt-Anschlußpunkt der im Haushalt benutzten und kommunalen wärmeerzeugenden Vorrichtungen. Bei wärmeerzeugenden Vorrichtungen der Industrie und der Kraftwerke - z. B. bei Kesseln - ist für den Mindestwert der Temperatur des aus der Vorrichtung austretenden Abgases kein numerischer Wert durch die Behörden festgesetzt So werden bei da wärmetechnischen Bemessung der Kessel bei der Temperaturberechnung des bei dem Typenkessel austretenden Abgases solche durchschnittliche Umstände in Betracht gezogen, unter welchen im Falle ungünstiger Aufstellbedingungen die Abgase bis zum Austrittsquoschnitt des Schornsteins im Winter selbst bei den ungünstigsten Luftverhältnissen nicht unter den Taupunkt abkühlen. Solcherart treten die Abgase hinwiederum in einem beträchtlichen Teil des Jahres aus dem Schornstein auf einer unbegründeterweise weit über dem Taupunkt liegenden Temperatur aus, und dadurch nehmen sie eine erhebliche Wärmemenge unbenutzt mit, d. h., sie verringern den Wirkungsgrad des Kessels.

Auch bei den individuell konstruierten Kesseln ist die Lage ähnlich, da auch bei diesen die Temperatur des die Heizflächen des Kessels verlassenden Abgases so festgesetzt werden muß, daß die Temperatur bei dem Austritt aus dem Schornstein im Winter bei den ungünstigsten äußeren Luftverhältnissen nocht eben über dem Taupunkt sei.

Bei unter die Taupunkttemperatur abgekühlten Abgasen muß für den Korrosionsschutz des Schornsteins gesorgt werden.

In der Praxis ist mit dem Taupunkt des Wassers und dem Taupunkt der Säure zu rechnen. Der numerische Wert vom Taupunkt des Wassers und vom Taupunkt der Säure ist selbst bei demselben Kessel nicht konstant, da dieser Wert von dem Heizmaterial, dem Druck, dem Feuchtigkeitsgehalt und da Luftüberschußzahl beim Heizen abhängig ist Aus alldem folgt, daß die Temperatur des aus dem Kessel austretenden Abgases - da die erwähnten Einwirkungen, sowie auch die Aufstell- und äußeren Luftverhältnisse bei da wärmetechnischen Bemessung des Kessels für den ungünstigsten Fall, superponiert berücksichtigt werden müssen - bedeutend höher ist als die Temperatur, die während einer beträchtlichen Periode der Inbetriebhaltung bei Vermeidung der Taupunkttemperatur noch entsprechend wäre.

Dies bedeutet, daß die Abgase - falls die Bemessungsverhältnisse des Kessels gleichzeitig nicht bestehen, was in einer beträchtlichen Periode der Inbetriebhaltung der Fall ist, - auf einer unbegründet hohen Temperatur in den Schornstein geführt werden. In solchen Fällen treten die Abgase durch den Austrittsquerschnitt des Schornsteins auf einer Temperatur über dem Taupunkt in die Atmosphäre hinaus. Es kommt oft vor, daß Kessel gleichen Typs und mit gleicher Wärmeübertragungsfläche zum Verbrennen von schwefelfreiem Erdgas und von Heizöl mit hohem Schwefelgehalt verwendet werden.

Bei dem Verbrennen von schwefelfreiem Erdgas soll der Taupunkt des Wassers, welcher unter atmosphärischem Druck zwischen 50 bis 70 °C fällt, vermieden werden, bei dem Verbrennen von schwefelhaltigem Öl ist jedoch der Taupunkt der Säure, welcher bei 0,5 % Schwefelgehalt um 110 °C liegt, zu vermeiden.

Es ist offensichtlich, daß die Abweichung zwischen den beiden Taupunkttemperaturen bedeutend ist, und bei einem alternativen Heizen die höhere Taupunkttemperatur der Säure auch bei dem Verbrennen von Erdgas die Temperatur des aus dem Kessel austretenden Abgases bestimmt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zur Nutzung eines Teiles des Restwärmeinhaltes des aus dem Kessel austretenden Abgases zu schaffen, mit welcher Vorrichtung die in den Schornstein geführten Abgase in jeder Periode der Inbetriebhaltung und beim Verbrennen von Heizmaterial jeder Art auf entsprechender Temperatur aus dem Schornstein austreten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in die Leitung eines zu da Wärmeübertragungsfläche zu leitenden Kühlmittels ein durch einen Regler betätigtes Zweiwegorgan eingebaut ist, wobei an den Eingang des Reglers der Ausgang eines in dem Austrittsquerschnitt des Schornsteins angeordneten Temperaturfühlers und die Ausgänge eines in der Leitung des aus dem oder den Kesseln austretenden Abgase befindlichen Taupunkttemperaturmeßinstrumentes und ein Ausgang an das Ausführungsorgan des Zweiwegorgans angeschaltet sind, welcher ein mit der Differenz der Eingabewerte proportionales, dem Vorzeichen entsprechendes Stellsignal abgibt.

Mit dieser Lösung kann erreicht werden, daß die aus dem Kessel austretenden Abgase nur bis zu einer Temperatur abkühlen, bei welcher die Temperatur des aus dem Schornstein austretenden Abgases noch höher ist als der Momentanwert der Taupunkttemperatur, so daß im Schornstein weder Kondensation noch schädliche Korrosion auftritt. Anderseits kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Wärmegehalt der Abgase immer bis zu der durch die Konstruktionen noch zugelassene Temperatur nutzbar gemacht werden und es ist vermeidbar, -2-

AT 392 687 B daß bei dem Verbrauch des Heizmaterials auch dann die ungünstigsten Verhältnisse zugrunde gelegt werden, wenn diese nicht vorhanden sind. Auf diese Weise läßt sich ein beträchtliches Brennstofferspamis erreichen, anderseits wird auch der Wirkungsgrad des Kessels besser.

Vorteilhaft kann das Taupunkt-Temperaturmeßinstrument periodisch betätigt werden. Diese Lösung ist deshalb vorteilhaft, weil sich die Taupunkttemperatur der aus dem Kessel austretenden Abgase im Falle eines gegebenen Kessels nicht oft ändert und so die Vorrichtung durch die periodische, eventuell Handeinstellung verbilligt und vereinfacht werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind im Falle der Verwendung von mehreren Kesseln die Kessel auf der Abgasseite parallelgeschaltet und im Falle der Verwendung von mehreren konvektiven Wärmeübertragungsflächen sind diese sowohl auf der Abgasseite wie auch auf der Kühlmittelseite parallelgeschaltet.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht also die Möglichkeit auch mehrere Kessel und mehrere konvektive Flächen zu verwenden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung mehrere Kessel auf, die auf der Abgasseite parallelgeschaltet sind, wobei zu jedem Kessel eine konvektive Wärmeübertragungsfläche gehört, die einen eigenen Kühlmittelkreis hat, in welchen ein Zweiwegorgan eingebaut ist.

Auf diese Weise wird es möglich, die Vorrichtung mit mehrerlei Kühlmitteln in Betrieb zu halten.

Die Erfindung wird näher anhand der Zeichnungen erläutert, die verschiedene Schaltschemen einer beispielsweisen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellen.

Fig. 1 ist das Schaltschema der ersten Variante, wo das Zweiwegorgan als Sammler eingebaut ist. Fig. 2 zeigt eine Lösung, wo das Zweiwegorgan als Verteiler angeordnet ist. Fig. 3 veranschaulicht eine Schaltung, bei welcher das Kühlmittel aus dem Zweiwegorgan nicht in den Kessel, sondern zu einem äußeren Wärmeverbraucher gelangt Fig. 4 stellt die Lösung gemäß Fig. 3 in dem Fall dar, wenn das Zweiwegorgan als Sammler angeordnet ist. Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform der Vorrichtung, bei welcher mehrere Kessel verwendet werden und diese auf der Abgasseite parallelgeschaltet sind. Fig. 6 stellt eine ähnliche Lösung wie Fig. 2 mit mehreren Kesseln dar. Fig. 7 zeigt eine ähnliche Lösung wie Fig. 3 mit mehreren Kesseln. Fig. 8 veranschaulicht eine ähnliche Lösung wie Fig. 4 mit mehreren Kesseln. Fig. 9 zeigt eine Lösung mit einem Kessel und mehreren Wärmeübertragungsflächen, die parallelgeschaltet sind. Fig. 10 zeigt eine Vorrichtung mit mehreren Kesseln und mehreren Wärmeübertragungsflächen, wo die Kessel auf der Abgasseite und die Wärmeübertragungsflächen sowohl auf der Abgas- wie auch auf der Kühlmittelseite parallelgeschaltet sind. Fig. 11 stellt eine mit mehreren Kesseln und mehreren Wärmeübertragungsflächen versehene Vorrichtung dar, wo die Kessel parallelgeschaltet sind, und die Wärmeübertragungsflächen über einen eigenen Kühlmittelkreis verfügen.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung ist hinsichtlich der Strömungsrichtung der Abgase nach der konstanten Heizfläche des Kessels (4) eine konvektive Wärmeübertragungsfläche (5) angeordnet. Die aus dem Kessel (4) austretenden Abgase gelangen durch die Leitung (11) in den Schornstein (6). ln die Leitung (11) ist ein Absperrelement (7) eingebaut, von dessen offener oder geschlossener Stellung es abhängt, daß die Abgase unmittelbar in den Schornstein (6) gelangen, oder über die konvektive Wärmeübertragungsfläche (5) strömen. Über die konvektive Wärmeübertragungsfläche (5) strömt auch ein Kühlmittel, in dessen Leitung (1) ein Zweiwegorgan (2) eingebaut ist Das Kühlmittel strömt teils unmittelbar, teils über die konvektive Wärmeübertragungsfläche in den Kessel (4) hinein.

In dem Austrittsquerschnitt des Schornsteins (6) ist der Temperaturfühler (9) angeordnet. In der Leitung (11) des aus dem Kessel (4) austretenden Abgases ist jedoch ein Taupunkt-Temperaturmeßinstrument (8) angeordnet. Die Ausgänge der beiden Instrumente (8 und 9) sind mit dem Eingang eines Reglers (3) verbunden dessen Ausgang hingegen an das Ausführorgan (12) des Zweiwegorgans (2) angeschaltet ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet wie folgt: Der Kessel (4) wird so in Betrieb gesetzt, daß zunächst das Absperrelement (7) vollkommen geöffnet ist, d. h., das gesamte Abgas wird durch die Leitung (11) unmittelbar in den Schornstein (6) geführt. Wenn der Kessel (4) und der Schornstein (6) die Betriebstemperatur erreichen, werden das Taupunkt-Temperaturmeßinstrument (8) und der Temperaturfühler (9) eingeschaltet. Danach werden der Regler (3) und das Zweiwegorgan (2) in Betrieb gesetzt.

Das Absperrelement (7) wird stufenweise geschlossen, wobei ein Strömen des Kühlmittels durch die Leitung (1) gesichert wird. Der Taupunkt des aus dem Kessel durch die Leitung (11) austretenden Abgases wird durch das Taupunkt-Temperaturmeßinstrument (8) gemessen und das mit dem gemessenen Wert proportionale Ausgabesignal dem Regler (3) übermittelt. Der in dem Austrittsquerschnitt des Schornsteins (6) angeordnete Temperaturfühler (9) mißt die effektive Temperatur der in die Atmosphäre austretenden Abgase und übermittelt ein Ausgabesignal dem Regler (3). Der Regler (3) vergleicht die beiden Temperaturen und gibt, von dem Vorzeichen der Differenz abhängig, dem Ausführorgan (12) des Zweiwegorgans (2) ein Ausgabesignal. Unter der Wirkung dieses Signals läßt das Zweiwegorgan (2) das Kühlmittel in solcher Menge durch die konvektive Wärmeübertragungsfläche (5) strömen, daß die Abgase darin bis zu einer Temperatur abkühlen, bei welcher die durch den Temperaturfühler (9) gemessene Abgastemperatur in dem Austrittsquerschnitt des Schornsteines (6) größer ist als der durch das Taupunkt-Temperaturmeßinstrument (8) gemessene Momentanwert.

Ist der Schornstein (6) mit Korrosionsschutz versehen - das heißt solcherweise auch zulässig ist, daß die Temperatur der in die Atmosphäre austretenden Abgase um eine bestimmte Temperatuidifferenz niedriger als die -3-

Claims (4)

1. AT 392 687 B Taupunkttemperatur sei dann verringert der Regler (3) die Taupunkttemperatur um diesen Temperaturunterschied und vergleicht diesen verringerten Wert mit der durch den Temperaturfühler (9) gemessenen Temperatur. Ist die konvektive Wärmeübertragungsfläche (5) von entsprechender Größe, dann ist es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erreichbar, daß aus dem Schornstein (6) die Abgase von sämtlichen, die Taupunkttemperatur der Abgase beeinflussenden Faktoren unabhängig auf Taupunkttemperatur beziehungsweise bei einem mit Korrosionsschutz versehenen Schornstein auf einer unter dem Taupunkt festgesetzten Temperatur austreten. Als Kühlmittel kann Flüssigkeit, z. B. Kesselspeisewasser, oder anderswo zur Verwendung kommendes aufzuwärmendes Wasser, oder Luft, z. B. die Brennluft des Kessels, oder anderswo zur Verwendung kommende aufzuwärmende Luft verwendet werden. Der Betrieb des Taupunkt-Temperaturmeßinstrumentes (8) kann kontinuierlich oder periodisch sein. Im Falle eines periodischen Betriebes bleibt immer das Ergebnis der vorherigen Messung in dem Regler (3) bis zum Auftreten des nächstfolgenden Meßergebnisses, wobei das frühere Meßergebnis gelöscht wird. Die Lösung gemäß Fig. 2 weicht insofern von der Lösung gemäß Fig. 1 ab, als das Zweiwegorgan (2) als Verteiler und nicht als Sammler angeordnet ist. Bei der Lösung gemäß Fig. 3 gelangt das Kühlmittel, über die konvektive Wärmeübertragungsfläche (5) und das Zweiwegorgan (2) strömend, nicht in den Kessel (4), sondern durch die Leitung (10) zu einem äußeren Wärmeverbraucher. Die Lösung gemäß Fig. 4 weicht insofern von der Lösung gemäß Fig. 3 ab, als das Zweiwegorgan (2) als Sammler und nicht als Verteiler angeordnet ist. Die Lösung gemäß Fig. 5 stimmt im Prinzip mit der Schaltung von Fig. 1 überein, doch die n Stück Kessel sind auf der Abgasseite parallelgeschaltet. Mit ebensolcher Abweichung stimmen Fig. 6 mit Fig. 2, Fig. 7 mit Fig. 3 und Fig. 8 mit Fig. 4 überein. Die Lösung gemäß Fig. 9 weicht insofern von der in Fig. 1 dargestellten Lösung ab, als n Stück konvektive Wärmeübertragungsflächen (5) parallelgeschaltet sind. Mit ebensolcher Abweichung stimmt die Lösung gemäß Fig. 10 mit der in Fig. 2 gezeigten Lösung überein. Die Lösung gemäß Fig. 11 weicht insofern von der in Fig. 2 dargestellten Schaltung ab, als sie n Stück Kessel (4), n Stück konvektive Wärmeübertragungsflächen (5) und mehrerlei i Kühlmittel aufweist. Die Kessel sind auf der Abgasseite parallelgeschaltet, die konvektiven Wärmeübertragungsflächen haben hingegen einen eigenen Kühlmittelkreis. PATENTANSPRÜCHE 1. Vorrichtung zur Nutzung eines Teiles des Wärmeinhaltes der aus einem oder mehreren Kessel durch einen Schornstein austretenden Abgase, welche Vorrichtung hinsichtlich der Strömungsrichtung der Abgase mindestens eine nach der Heizfläche des oder der Kessel angeordnete konvektive Wärmeübertragungsfläche aufweist, wobei im Schornstein selbst, und diesem nachgeschaltet, je ein Temperaturfühler vorgesehen ist, deren von ihnen ermittelter Temperaturunterschied zur Regelung des Restwärmeinhaltes der Abgase dient, dadurch gekennzeichnet, daß in die Leitung (1) eines zu der Wärmeübertragungsfläche (5) zuleitenden Kühlmittels ein durch einen Regler (3) betätigtes Zweiwegorgan (2) eingebaut ist, wobei an den Eingang des Reglers (3) der Ausgang eines in dem Austrittsquerschnitt des Schornsteins (6) angeordneten Temperaturfühlers (9) und die Ausgänge eines in der Leitung (11) des aus dem oder den Kesseln (4) austretenden Abgases befindlichen Taupunkttemperaturmeßinstrumentes (8) und ein Ausgang an das Ausführungsorgan (12) des Zweiwegorgans (2) angeschaltet sind, welcher ein mit der Differenz der Eingabewerte proportionales, dem Vorzeichen entsprechendes Stellsignal abgibt.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Taupunkt-Temperaturmeßinstrument (8) periodisch betätigbar ausgebildet ist.
3. 3. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle der Verwendung von mehreren Kesseln (4) die Kessel auf der Abgasseite parallelgeschaltet sind (Fig. 5 bis 8 und 10,11). -4- AT 392 687 B
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere Kessel (4) aufweist, die auf der Abgasseite parallelgeschaltet sind, wobei zu jedem Kessel (4) eine konvektive Wärmeübertragungsfläche (5) vorgesehen ist, die einen eigenen Kühlmittelkreis hat, in welchen ein Zweiwegorgan (2) eingebaut ist Hiezu 6 Blatt Zeichnungen -5-