AT411709B - Abgaswärmetauscher für heizkessel zur verbrennung von biomassebrennstoffen - Google Patents

Description

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   Biomassekessel, nach dem heutigen Stand der Technik, sind Stahlkessel, die eine Kondensa- tion des Abgases durch eine Abgastemperatur von 140 - 220 C vermeiden. Diese hohen Abgas- temperaturen werden benötigt um den Stahlkessel vor dem stark korrosiven Kondensat zu schüt- zen, einen natürlichen Kaminzug zu gewährleisten sowie eine Versottung des Kamins durch das im Kamin kondensierende Abgas zu vermeiden. Bei diesen Abgastemperaturen bleibt die Kondensa- tionswärme ungenutzt. 



   Die Erfindung betrifft einen Abgaswärmetauscher für Scheitholz-, Holzvergaser- und Pellets- kessel bzw. deren Kombinationen, wobei die Abgastemperatur im Gegenstromverfahren abgesenkt wird und die Kondensationswärme verwertet wird. 



   Vor allem bei Biomassebrennstoffen, wie Holz, Pellets, Hackschnitzel und dergleichen ist der Feuchtigkeitsgehalt des Brennmaterials in Abhängigkeit von der Lagerung, der molekularen Struk- tur und der Feuchtigkeitsaufnahmefähigkeit des jeweiligen Brennstoffes stark schwankend. Der Feuchtigkeitsgehalt kann in einem Bereich von 10 - 80% schwanken. 



   Bei der Verbrennung zur Wärmegewinnung muss diese Feuchtigkeit des Brennstoffs verdampft werden, die dazu notwendige Wärme wird der Wärmequelle entzogen. Die Verdampfungsenergie bzw. der durch die Verdampfung entstandene Wasserdampf wird als Teil des Abgasstroms abge- führt und in üblichen Systemen daher verloren. 



   Die Verdampfungswärme wird erst dann wieder nutzbar, wenn der Abgasstrom auf unter 55 C abgekühlt wird, und zwar als Kondensationswärme. Bei üblichen Systemen wird der Abgasstrom durch den Kamin ins Freie geleitet, die Verdampfungsenergie ist damit verloren. 



   Bei Öl-/Gaskessel sind Abgaswärmetauscher bekannt, bei denen die Abkühlung des Abgases mittels Rücklaufwasser unter einem max. Druck von 2,5 - 3 *105 Pa (Abblasedruck des Sicher- heitsventils) erfolgt. Dazu müssen die Systeme druckfest ausgeführt werden, was mit hohen Mate- rialanforderungen und Abschaffungskosten verbunden ist. 



   Es wurde nun ein System entwickelt, bei dem die Verdämpfungswärme als Kondensations- wärme wieder genutzt wird ohne dass hohe Materialanforderungen an den Wärmetauscher zu stellen sind. 



   Gegenstand der Erfindung ist daher ein Abgaswärmetauscher zur Verwendung im Abgasstrom eines Heizkessels zur Verbrennung von Biomassebrennstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass im Abgaswärmetauscher das vom Heizkessel kommende Abgas im Gegenstrom mit der über den Kamin angesaugten Verbrennungszuluft auf eine Temperatur von etwa 25 - 50 C abgekühlt wird, wobei die angesaugte Aussenluft auf Temperaturen von etwa 45 - 60 C erwärmt wird. 



   Dabei wird für die Erwärmung der Verbrennungszuluft, die dem Brenner zugeführt wird keine zusätzliche Energie zur Vorwärmung verbraucht. 



   Der Abgaswärmetauscher arbeitet im Gegenstrom-/Kreuzgegenstromprinzip, wobei das Ge- genstrom-/Kreuzgegenstromprinzip beispielsweise mittels einer rippenförmigen Konstruktion, in der Abluft und Aussenluft im Gegenstrom durch jeweils benachbarte Rippen geführt werden, realisiert werden kann. Da das System unter Umgebungsdruck arbeitet, ist keine druckfeste Ausführung erforderlich. 



   Der Abgaswärmetauscher ist vorzugsweise aus Kunststoff ausgeführt, da das Abgas schwefel- , stickstoff- und wasserstoffhältige Verbindungen als Verbrennungsrückstände aus der Verbren- nung der Biomassebrennstoffe enthält und daher gegen Metalle aggressiv wirken kann. 



   Besonders bevorzugt sind Polyolefinkunststoffe, beispielsweise Kunststoffe auf Polypropylen- basis, die bis zu einer Temperatur von etwa 200 C temperaturbeständig sind, da die Abgastempe- ratur bei üblichen Heizkesseln zur Verbrennung von Biowärme etwa 160 - 200 C beträgt. 



   Die Dimensionierung des Abgaswärmetauschers, wie Zahl und Durchmesser der Rippen ist abhängig von der Leistung des Heizkessels. Der Fachmann wird unschwer die geeigneten Dimen- sionen ermitteln können. 



   Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemässen Abgaswärmetauscher in Verbindung mit einem konven- tionellen Heizkessel zur Verbrennung von Biomassebrennstoffen. 



  Darin bedeuten 1 den Heizkessel, 2 den Abgaswärmetauscher, 3 die Führung des Abgases durch den Abgaswär- metauscher, 4 die Führung der durch den Kamin, 5 angesaugten Zuluft durch den Wärmetauscher, 6 den Kondensatablauf, 7 das Rohr für die Zuführung der Zuluft zur Verbrennung, 8 das Abgas- rohr. 

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   Das bei der Verbrennung entstehende Abgas wird aus dem Kessei über den Abgaswärmetau- scher und das durch den Kamin verlegte Abgasrohr ins Freie geleitet, wobei gleichzeitig die durch den Kamin angesaugte Verbrennungszuluft im Gegenstrom-/Kreuzgegenstromprinzip durch den Wärmetauscher geleitet wird. Dabei wird die Abgastemperatur je nach Dimensionierung des Wär- metauschers von etwa 165 - 180 C auf etwa 25 - 50 C gesenkt. Gleichzeitig wird die Verbren- nungszulufttemperatur von der jeweils herrschenden Aussentemperatur auf etwa 45 - 60 C er- wärmt. Die erwärmte Verbrennungszuluft wird in den Verbrennungsraum geleitet. Für das Vorwär- men der Zuluft ist keine zusätzliche Energie nötig. 



   Der Wirkungsgrad des Heizkessels wird dadurch beträchtlich erhöht. 



   Bei sinkenden Aussentemperaturen sinkt durch die tiefere Temperatur der zugeführten Zuluft auch die Abgastemperatur, wobei die durch Kondensationswärme gewonnene Energie, die zur Vorwärmung der Zuluft verwendet wird, höher wird. 



   Daraus ergibt sich auch bei tiefen Aussentemperaturen eine weitere Verbesserung des Wir- kungsgrades. 



   Das System ist im Gegensatz zu bekannten System unabhängig von der Vorlauf- und der Rücklauftemperatur und zeigt daher auch bei tiefen Temperaturen einen ausgezeichneten Wir- kungsgrad. 



   PATENTANSPRÜCHE: 
1. Abgaswärmetauscher zur Verwendung im Abgasstrom eines Heizkessels zur Verbrennung von Biomassebrennstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass im Abgaswärmetauscher das 
Abgas im Gegenstrom mit der über den Kamin angesaugten Verbrennungsluft auf eine 
Temperatur von etwa 25 - 50 C abgekühlt wird, wobei die angesaugte Aussenluft auf Tem- peraturen von etwa 45 - 60 C erwärmt wird.

Claims (1)

1. 2. Abgaswärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaswärme- tauscher aus Kunststoff gefertigt ist.

   3. Abgaswärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaswärmetauscher aus Kunststoff auf Polyolefinbasis gefertigt ist.

   4. Verfahren zur Erhöhung des Wirkungsgrades eines Heizkessels zur Verbrennung von Bio- massebrennstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass an den Heizkessel ein Abgaswärme- tauscher angeschlossen ist, der das Abgas mit der über den Kamin angesaugten Aussen- luft auf eine Temperatur von etwa 25 - 50 C abkühlt, und die angesaugte Aussenluft auf Temperaturen von etwa 45 - 60 C erwärmt, worauf die erwärmte Aussenluft in den Heiz- kessel geleitet wird.

   5. Heizsystem mit hohem Wirkungsgrad, dadurch gekennzeichnet, dass einem Heizkessel zur Verbrennung von Biomassebrennstoffen ein Abgaswärmetauscher nachgeschaltet ist, über den das Abgas mit der über den Kamin angesaugten Aussenluft auf eine Temperatur von etwa 25 - 50 C abkühlt, und die angesaugte Aussenluft auf Temperaturen von etwa 45 - 60 C erwärmt, worauf die erwärmte Aussenluft als Verbrennungszuluft in den Heizkessel geleitet wird.

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