CH672177A5

CH672177A5 -

Info

Publication number: CH672177A5
Application number: CH31787A
Authority: CH
Inventors: Otto Boesch
Original assignee: Eigenmann Werkzeug & Masch
Priority date: 1987-01-29
Filing date: 1987-01-29
Publication date: 1989-10-31
Also published as: EP0276857A3; EP0276857A2

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erhitzen eines io wärmeübertragenden Strömungsmittels, insbesondere für Raumheizzwecke, mit Hilfe eines einem Vergasungsofen nachgestalteten Heizkessels in dem keine direkte Berührung der Wärmetauschmittel stattfindet. The invention relates to a method for heating an io heat-transferring fluid, in particular for space heating purposes, with the aid of a boiler simulated by a gasification furnace in which there is no direct contact with the heat exchange medium.

Bei den bekannten Kesselbefeuerungen werden die wasser-15 führenden Teile im Bestreben, die Wärmeverluste möglichst einzudämmen, nach Möglichkeit auf dem kürzesten Wege direkt von den Rauchgasen des Wärmeerzeugers angeströmt. Dabei werden diese wasserführenden Gefässe mindestens teilweise auch von den Flammen selbst beaufschlagt. An 20 Stellen direkter Flammenberührung ist die durch das Wasser gekühlte Wandung genannter Teile relativ kalt und wird durch Niederschlagen des in den Flammen enthaltenen Dampfes dessen korrodierender Wirkung unterzogen. In the known boiler firing, the water-15 leading parts, in an attempt to contain the heat losses as possible, flow directly from the flue gases of the heat generator as far as possible. These water-bearing vessels are at least partially exposed to the flames themselves. At 20 points of direct contact with the flame, the wall of the parts mentioned, which is cooled by the water, is relatively cold and is subjected to the corrosive effect of the vapor contained in the flame.

Wegen des Niederschlags und der ebenfalls einsetzenden 25 Russablagerung verschlechtert sich der Wärmeübergang durch die Wandung. Die in den Flammen und dem Rauchgas befindlichen unverbrannten Brennstoffreste können durch den Kamin entweichen und führen damit zu einer Umweltbelastung. Der Kaloriengehalt des entweichenden, unver-30 brannten Brennstoffes bleibt einer Verwertung unzugänglich. Dieser Sachverhalt ist zusammen mit dem erschwerten Wäremübergang dem Wirkungsgrad der Kesselbefeuerung abträglich. Due to the precipitation and the onset of soot 25, the heat transfer through the wall deteriorates. The unburned fuel residues in the flames and flue gas can escape through the chimney and thus lead to environmental pollution. The calorie content of the escaping, unburned fuel remains inaccessible to recycling. This fact, together with the difficult heat transfer, is detrimental to the efficiency of the boiler firing.

Für die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren 35 eingangs geschilderter Art anzugeben, das unter Vermeidung der oben angeführten Nachteile eine merkliche Erhöhung des Kesselwirkungsgrades bei gleichzeitig radikaler Verringerung der Umweltbelastung durch die Abgase gestattet. The object of the invention is to provide a method 35 of the type described at the outset, which, while avoiding the disadvantages mentioned above, permits a noticeable increase in the boiler efficiency while at the same time radically reducing the environmental impact of the exhaust gases.

Die Aufgabe wird mit Hilfe der Massnahmen gemäss dem 40 kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 gelöst. The object is achieved with the aid of the measures according to the 40 characterizing part of patent claim 1.

Dem vorgesehenen Vorgehen zufolge kann eine fast vollständige Verbrennung von verfrachteten Brennstoffresten und zugleich eine Entlastung der Umwelt von denselben erreicht werden. Zudem trägt die Nachverbrennung 45 erheblich zur Steigerung der Temperatur der den Heizkessel durchströmenden Abgase bei. According to the proposed procedure, an almost complete combustion of the fuel residues that have been carried away and at the same time a relief for the environment can be achieved. In addition, the afterburning 45 contributes significantly to increasing the temperature of the exhaust gases flowing through the boiler.

Ein wirksameres Aufheizen des wärmeübertragenden Strömungsmittels wird realisierbar, indem der vertikal in den Wärmetauschraum des Heizkessels nach der Umlenkung so aufsteigende, heisse Abgasstrom in eine Anzahl senkrecht verlaufender, geradliniger Zweigströme aufgeteilt wird (Patentanspruch 2). A more effective heating of the heat-transfer fluid can be achieved by dividing the hot exhaust gas stream that rises vertically into the heat exchange chamber of the boiler after the deflection into a number of perpendicular, straight branch streams (claim 2).

Zu einer merklichen weiteren Steigerung der Heizwirkung kann zweckmässig jedem Zweigstrom ein Drall aufge-55 zwungen (Patentanspruch 3) und zusätzlich im Wärmetauschraum auch eine Zwangskonvektion des wärmeübertragenden Strömungsmittels in Gleichstrom mit den Zweigströmen erzeugt werden (Patentanspruch 4). For a noticeable further increase in the heating effect, a twist can expediently be forced on each branch flow (claim 3) and, in addition, forced convection of the heat-transmitting fluid in direct current with the branch flows can also be generated in the heat exchange space (claim 4).

Die Erfindung hat ferner auch einen Heizkessel zur 60 Durchführung des beschriebenen Verfahrens zum Gegenstand. Der Heizkessel ist erfindungsgemäss mit den Merkmalen nach dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 5 ausgebildet. The invention also relates to a boiler for performing the method described. The boiler is designed according to the invention with the features according to the characterizing part of claim 5.

Infolge der gegenseitigen Zuordnung von Verbrennungs-65 räum und Wärmetauscher mit rechtwinklig zueinander verlaufender Stromrichtung im Kesselgehäuse, wodurch der Gasstrom eine entsprechende Richtungsänderung erfährt, kann keine direkte Beaufschlagung der äusseren Wandfläche As a result of the mutual assignment of the combustion chamber and the heat exchanger with the current direction in the boiler housing running at right angles to one another, as a result of which the gas flow experiences a corresponding change in direction, no direct action can be taken on the outer wall surface

wasserführender Bauteile durch Flammen stattfinden. Es lässt sich dadurch das Entstehen einer den Wärmeübergang hemmenden Schicht durch Beschlagen besagter Wandfläche und/oder durch Russbildung an derselben verhüten. water-bearing components take place through flames. It is thereby possible to prevent the formation of a layer which inhibits heat transfer by fogging up said wall surface and / or by forming soot on it.

Merkmale einer vorteilhaften Weiterausbildung des Kessels sind den abhängigen Patentansprüchen 6 bis 11 entnehmbar. Der Aufbau des Wärmetauschers mit senkrecht verlaufenden, geraden Heizrohren in Parallelschaltung, wobei die Heizrohre jeweils einen Zweig des Abgaskanals bilden, ermöglicht die Verwendung einer zum Erhöhen des Kesselwirkungsgrades besonders zweckmässigen Vorrichtung. Diese besteht darin, dass in einem in bezug auf den Heizrohrdurchmesser kleinen, allseitigen Radialabstand um jedes Heizrohr je ein Mantelrohr mit einer Baulänge angeordnet ist, die kürzer als diejenige des Heizrohres ist. Die beiden Enden der Mantelrohre weisen jeweils denselben Abstand sowohl vor der Ebene der Bodenplatte des Oberteils als auch von derjenigen der Deckplatte des das wärmeübertragende Strömungsmittel aufnehmenden Raums im Oberteil des Kesselgehäuses auf. Durch diese Anordnung lässt sich im Ringraum zwischen Heiz- und Mantelrohr eine höhere Temperatur des wärmeübertragenden Strömungsmittels erreichen, sodass auch die Wandtemperatur der Heizrohre höher steigt. Es entsteht eine natürliche Zirkulation des Strömungsmittels zwischen den Ringräumen und dem übrigen, mit dem wärmeübertragenden Strömungsmittel gefüllten Innenraum des Kesselgehäuseoberteils. Die höhere Rohrwandtemperatur verhindert ein Beschlagen der Rohrwand sowie auch eine Russablagerung daran und somit die Ausbildung einer den Wärmeübergang hemmenden Schicht. Bei bekannten Befeurerungsverfahren wäre die gleiche Wirkung nur unter Zuhilfenahme einer Umwälzpumpe und besonderer Mischventile realisierbar. Features of an advantageous further development of the boiler can be found in the dependent claims 6 to 11. The construction of the heat exchanger with vertical, straight heating pipes connected in parallel, the heating pipes each forming a branch of the exhaust gas duct, makes it possible to use a device which is particularly expedient for increasing the boiler efficiency. This consists in that a jacket tube with an overall length that is shorter than that of the heating tube is arranged around each heating tube in a small radial distance on all sides with respect to the heating tube diameter. The two ends of the casing tubes are each at the same distance both in front of the plane of the base plate of the upper part and from that of the cover plate of the space in the upper part of the boiler housing that receives the heat-transfer fluid. This arrangement allows a higher temperature of the heat transfer fluid to be achieved in the annular space between the heating and jacket pipes, so that the wall temperature of the heating pipes also rises. There is a natural circulation of the fluid between the annular spaces and the rest of the interior of the upper part of the boiler housing filled with the heat transfer fluid. The higher pipe wall temperature prevents fogging of the pipe wall as well as soot deposits on it and thus the formation of a layer that inhibits heat transfer. In known lighting methods, the same effect could only be achieved with the aid of a circulation pump and special mixing valves.

Die Erfindung wird beispielsweise anhand einer bevorzugten Ausführungsform gemäss der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: The invention is explained in more detail, for example, using a preferred embodiment according to the drawing. Show it:

Figur 1 einen vertikalen Längsschnitt durch einen Heizkessel gemäss der Erfindung längs der Schnittebene I-I in der Figur 2, wobei ein dem Kessel vorgeschalteter Vergasungsofen strichpunktiert angedeutet ist; 1 shows a vertical longitudinal section through a boiler according to the invention along the section plane I-I in FIG. 2, a gasification furnace upstream of the boiler being indicated by dash-dotted lines;

Figur 2 einen horizontalen Querschnitt durch den Heizkessel gemäss der Figur 1 in der dort angedeuteten Schnittebene II-II und 2 shows a horizontal cross section through the boiler according to FIG. 1 in the sectional plane II-II and indicated there

Figur 3 eine Konstruktionseinzelheit des im Heizkessel angeordneten Wärmetauschers. Figure 3 shows a construction detail of the heat exchanger arranged in the boiler.

Der in Figur 1 veranschaulichte Heizkessel weist ein zweiteiliges Kesselgehäuse 1, bestehend aus einem Unterteil 2 und einem Oberteil 3, auf. Das Innere des Unterteils 2 ist als ein Verbrennungsraum 4 ausgebildet, der über einen Anschluss 5 mit dem Flammrohr F eines Vergasungsofens 0 in Verbindung steht. Der Vergasungsofen 0 und dessen Flammrohr F sind in der Figur 1 mit strichpunktiert gezeich- The boiler illustrated in FIG. 1 has a two-part boiler housing 1, consisting of a lower part 2 and an upper part 3. The inside of the lower part 2 is designed as a combustion chamber 4, which is connected to the flame tube F of a gasification furnace 0 via a connection 5. The gasification furnace 0 and its flame tube F are shown in FIG.

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neten Umrissen angedeutet. Der Oberteil 3 des Kesselgehäuses 1 ist lösbar mit dem Unterteil 2 desselben verbunden. Es ist im Oberteil 3 ein Wärmetauscher 6 mit vertikaler Durchströmrichtung angeordnet, der eingangs mit dem Verbrennungsraum 4 des Unterteils 2 und ausgangs mit dem Abzug 7 eines nicht gezeigten Schornsteins in Strömungsverwendung steht. Die lösbare Verbindung von Oberteil 3 und Unterteil 2 des Kesselgehäuses 1 miteinander gestattet eine Ausrichtung des Wärmetauschers 6 auf die jeweilige Lage des Schornsteinabzuges 7. Ansonsten ist der Oberteil 3 gegen den Unterteil 2 abgedichtet und nimmt ein den Wärmetauscher 6 umgebendes, wärmeübertragendes Strömungsmittel auf. Die Zu- bzw. Abführung des letzteren erfolgt über je einen Anschluss 8 bzw. 9 im unteren bzw. oberen Bereich des Oberteiles 3. Ferner weist die Bodenplatte 10 des Oberteils 3 in ihrer Partie, die den Schornsteinabzug 7 vom Verbrennungsraum 4 trennt, eine mit einer Verschlussklappe 11 versehene Bypassöffnung 12 auf. Die normalerweise im Betrieb geschlossene Verschlussklappe 11 wird lediglich während der Anlaufphase der Befeuerung des Heizkessels offen gehalten. hinted outlines. The upper part 3 of the boiler housing 1 is detachably connected to the lower part 2 of the same. A heat exchanger 6 with a vertical flow direction is arranged in the upper part 3, which is in flow use at the beginning with the combustion chamber 4 of the lower part 2 and at the outlet with the exhaust 7 of a chimney (not shown). The detachable connection of the upper part 3 and lower part 2 of the boiler housing 1 allows the heat exchanger 6 to be aligned with the respective position of the chimney vent 7. Otherwise, the upper part 3 is sealed against the lower part 2 and takes up a heat-transferring fluid surrounding the heat exchanger 6. The latter is supplied or discharged via a connection 8 or 9 in the lower or upper region of the upper part 3. Furthermore, the bottom plate 10 of the upper part 3, which separates the chimney extractor 7 from the combustion chamber 4, also has one a bypass opening 12 provided with a closure flap 11. The closing flap 11, which is normally closed during operation, is only kept open during the start-up phase of the heating of the boiler.

Der Wärmetauscher 6 umfasst senkrecht verlaufende, gerade und miteinander parallelgeschaltete Heizrohre 13, deren Anzahl in der gezeigten bevorzugten Ausführungsform zu acht gewählt ist (vgl. auch Fig. 2). Zur Verminderung der Geschwindigkeit der durch die Heizrohre 13 des Wärmetauschers 6 strömenden heissen Abgase zwecks einer verbesserten Wärmeabgabe an das wärmeübertragende Strömungsmittel ist im Innern eines jeden Heizrohres 13 ein Drahlerzeuger 14 aus wendeiförmigen Profilen vorgesehen. Es könnte auch ein andersartiger ausgebildeter Drahlerzeuger zum Einsatz gelangen. The heat exchanger 6 comprises vertical, straight and parallel heating tubes 13, the number of which in the preferred embodiment shown is eight (cf. also FIG. 2). In order to reduce the speed of the hot exhaust gases flowing through the heating tubes 13 of the heat exchanger 6 for the purpose of improved heat transfer to the heat-transferring fluid, a wire generator 14 made of helical profiles is provided inside each heating tube 13. A different type of trained wire producer could also be used.

Es ist, wie aus den Figuren 1 und 3 ersichtlich, in einem in bezug auf den Heizrohrdurchmesser kleinen, allseitigen Radialabstand um jedes Heizrohr 13 je ein Mantelrohr 15 befestigt. Die Baulänge der Mantelrohre 15 ist kleiner als diejenige der Heizrohre 13. Zweckmässig weisen die beiden Enden der Mantelrohre 15 jeweils denselben Abstand sowohl von der Ebene der Bodenplatte 10 des Gehäuseoberteiles 3 als auch von derjenigen der Deckplatte 16 eines das wärmeübertragende Strömungsmedium enthaltenden Raumes 17 im Gehäuseoberteil 3 auf. As can be seen from FIGS. 1 and 3, a jacket pipe 15 is attached to each heating pipe 13 at a radial distance that is small on all sides with respect to the heating pipe diameter. The overall length of the casing pipes 15 is smaller than that of the heating pipes 13. Appropriately, the two ends of the casing pipes 15 each have the same distance both from the plane of the base plate 10 of the upper housing part 3 and from that of the cover plate 16 of a space 17 in the upper housing part containing the heat-transferring flow medium 3 on.

Die innerlich je mit einem Drahlerzeuger 14 und äus-serlich je mit einem Mantelrohr 15 ausgerüsteten Heizrohre 13 des Wärmetauschers 6, unterstützt noch durch die im Verbrennungsraum 4 des Gehäuseunterteiles 2 ablaufende Nachverbrennung des mit den Ofenabgasen verfrachteteten, daraus durch die Umlenkung derselben ausgeschiedenen Restbrennstoffe, gestatten eine erhebliche Verbesserung des Kesselwirkungsgrades bei simultaner Entlastung der Umwelt von den in den Abgasen enthaltenen Schadstoffen. The heating tubes 13 of the heat exchanger 6, each of which is equipped internally with a wire generator 14 and externally with a jacket tube 15, are supported by the afterburning of the residual fuels carried out in the combustion chamber 4 of the lower housing part 2, and consequently by diverting the same remaining residual fuels a significant improvement in boiler efficiency with simultaneous relief of the environment from the pollutants contained in the exhaust gases.

Der Deckel 18 des Gehäuseoberteiles 3 ist zwecks Wartung und Reinigung des Wärmetauschers 6 aufklappbar angeordnet. The cover 18 of the upper housing part 3 is arranged such that it can be folded open for the maintenance and cleaning of the heat exchanger 6.

3 3rd

s s

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

B B

2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings

Claims

672177 PATENT CLAIMS

1. A method for heating a heat-transferring fluid, in particular for space heating purposes, with the aid of a boiler connected downstream of a gasification furnace, in which there is no direct contact with the heat exchange medium, characterized in that the burning gases from the gasification furnace are deflected by 90 degrees in the boiler and those from the gas flow entrained fuel particles separated therefrom during the deflection are fed to an afterburning.

2. The method according to claim 1, characterized in that a hot exhaust gas stream entering the heat exchange chamber of the boiler after the deflection is divided into a number of vertical, straight branch streams.

3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that a swirl is forced on each branch stream.

4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that a forced convection of the heat transfer fluid is generated in direct current with the branch currents in the heat exchange chamber.

5. Boiler for carrying out the method according to claims 1 to 4, which connects with its entrance directly to a gasification furnace (0) and with its outlet to a chimney and thus forms a section of a channel for the exhaust gases of the gasification furnace (0) and means for heating a heat-transmitting fluid through the hot exhaust gas flow without direct contact with the heat exchange media involved, characterized by a two-part boiler housing (1), in the lower part (2) of which a combustion chamber (4) is formed and a connection (5) to the flame tube (F ) of the gasification furnace (0), while in the upper part (3) of the boiler housing (1), which is sealed against the lower part (2), there is a heat exchanger (6) surrounded by the heat-transferring fluid with a vertical flow direction, which is initially connected to the combustion chamber (4) of the lower part (2) and the outlet is in flow connection with the chimney flue (7).

6. Boiler according to claim 5, characterized in that the heat exchanger (6) is formed from a number of vertically extending, straight heating pipes (13) which are connected in parallel with one another and at the same time each form a branch of the exhaust gas duct.

7. A boiler according to claim 6, characterized by a swirl generator (14) arranged inside each heating tube (13).

8. Boiler according to claim 7, characterized in that the swirl generator (14) consists of helical profiles.

9. Boiler according to claims 6 to 8, characterized in that in each case with respect to the heating tube diameter small, all-round radial distance around each heating tube (13) a jacket tube (15) with a length that is shorter than that of the heating tube ( 13), the two ends of the casing tubes (15) each having the same distance both from the plane of the base plate (10) of the upper housing part (3) and from that of the cover plate (16) of the space (17) in the upper part of the housing which receives the heat-transferring fluid (3).

10. Boiler according to claim 5, characterized in that the upper part (3) and lower part (2) of the boiler housing (1) are detachably connected to one another, so that the connection of the upper part (3) to the chimney flue (7) to the respective position the latter can be aligned.

11. Boiler according to claim 5, characterized in that in the area of the base plate (10) of the upper part (3) of the boiler housing (1), which separates the chimney flue (7) from the combustion chamber (4), a bypass opening (12) with a Closing flap (11) is arranged.