DD242262A1

DD242262A1 - GAS-FIRED MIXED AIR HEATER FOR THE CARBON DIOXIDE DIET AND HEATING OF GEWAECHSHAEUSERN

Info

Publication number: DD242262A1
Application number: DD85282519A
Authority: DD
Inventors: Adolf Gleu; Herbert Munser
Original assignee: Inst En U Transportforschung M
Priority date: 1985-11-06
Filing date: 1985-11-06
Publication date: 1987-01-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein gasbefeuertes Mischluftheizgeraet, das zur gleichzeitigen CO2-Duengung und Teilheizung von Gewaechshaeusern, insbesondere solchen Gewaechshaeusern, in denen die Pflanzen in humuslosen Substraten und mit Naehrloesung wachsen, angewendet wird, wobei das Mischluftheizgeraet vorteilhaft auch mit Biogas betrieben werden kann. Ziel der Erfindung ist, an einem gasbefeuerten Mischluftheizgeraet mit nur einem gemeinsamen Geblaese fuer Umluft und Verbrennungsluft die vollstaendige Verbrennung des Brennstoffes so zu stabilisieren, dass auch Biogas zuverlaessig und CO-arm verbrannt werden kann. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass eine konstante geringe Rauchgasgeschwindigkeit in Verbindung mit der Brennkammerlaenge die Verweilzeit der Brennstoffteilchen in der Brennzone bestimmt. Die konstante geringe Rauchgasgeschwindigkeit wird im wesentlichen durch den Saugdruck des gemeinsamen Geblaeses erzeugt und die gesamten Rauchgase werden vollstaendig dem Ansaugluftstrom des gemeinsamen Geblaeses beigemischt, wodurch die druckseitig am Mischluftheizgeraet auftretenden unterschiedlichen Stroemungsbedingungen der Mischluft nur von sehr geringem Einfluss auf die Verbrennungsguete sind. FigurThe invention relates to a gas-fired Mischluftheizgeraet that is used for simultaneous CO2 dewatering and partial heating of greenhouses, especially those Gewaechshaeusern in which the plants grow in humuslosen substrates and with Naehrloesung, the Mischluftheizgeraet can be advantageously operated with biogas. The aim of the invention is to stabilize on a gas-fired Mischluftheizgeraet with only a common blower for circulating air and combustion air, the complete combustion of the fuel so that biogas can be reliably and CO-poor burned. According to the invention, the object is achieved in that a constant low flue gas velocity in conjunction with the combustion chamber length determines the residence time of the fuel particles in the firing zone. The constant low flue gas velocity is essentially generated by the suction pressure of the common blower and the entire flue gases are completely admixed with the intake air flow of the common blower, whereby the pressure occurring on Mischluftheizgeraet different flow conditions of the mixed air are only of very little effect on the Verbrennungsguete. figure

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein gasbefeuertes Warmluftheizgerät, dessen Warmluft mit den Rauchgasen der Gasverbrennung gemischt wird, und das zur gleichzeitigen CO₂-Düngung und Heizung von Gewächshäusern, insbesondere solchen Gewächshäusern, in denen die Pflanzen in humuslosen Substraten mit Nährlösung wachsen, angewendet wird, wobei das Warmluftheizgerät vorteilhaft auch mit Biogas betrieben werden kann.The invention relates to a gas-fired hot air heater, the hot air is mixed with the flue gases of gas combustion, and for simultaneous CO ₂ fertilization and heating of greenhouses, especially such greenhouses in which the plants grow in humuslosen substrates with nutrient solution is applied, the Hot air heater can also be operated advantageously with biogas.

Characteristic of the known technical solutions

Es sind bereits gasbefeuerte Warmluftheizgeräte als CO₂-Generatoren bekannt, die speziell der Teilbeheizung und gleichzeitigen Co₂-Anreicherung der Gewächshausluft dienen, und die unterschieden werden nach CO₂-Generatoren mit je einem separaten Gebläse für die Verbrennungsluft bzw. für die zu erwärmende Umluft und solchen COyGeneratoren mit nur einem gemeinsamen Gebläse.There are already gas-fired hot air heaters known as CO ₂ generators that specifically serve the partial heating and simultaneous Co ₂ -Anreicherung the greenhouse air, and are distinguished by CO ₂ generators, each with a separate fan for the combustion air or for the circulating air to be heated and such COyGeneratoren with only one common blower.

Der Vorteil der Warmluftheizgeräte mit zwei separaten Gebläsen liegt in der besseren Beherrschbarkeit der vollkommenen Verbrennung, die durch minimale CO-Bildung und dementsprechend maximal möglicher C0₂-Konzentration der Rauchgase charakterisiert ist. Diese vollständige Verbrennung des Brennstoffes ist besonders bei den C0₂-Generatoren für die Gewächshaus-CO₂-Düngung und -beheizung so wichtig, weil einerseits das CO₂ die stoffliche Grundlage der fotosynthetischen Biomasseproduktion ist, und andererseits das bei unvollständiger Verbrennung entstehende CO bereits ab Konzentrationen von 0,003Vol.-% im Rauchgasausblasquerschnitt des CO₂-Generators für die Pflanzen giftig ist. Diese giftige CO-Bildung entsteht aber nicht nur infolge Verbrennungsluftmangel, sondern auch bei zu großem Verbrennungsluftüberschuß durch Unterkühlung der Verbrennung. Die Einstellung einer optimalen Luftverhältniszahl der Verbrennung mit minimaler CO-Bildung ist beiden Gasbrennern mit separatem Verbrennungsluftgebläse am einfachsten und zuverlässigsten möglich. Diese Gasbrenner sind deshalb auch für minderwertige Brenngase wie Biogas geeignet.The advantage of the warm air heaters with two separate blowers lies in the better controllability of the perfect combustion, which is characterized by minimal CO formation and, accordingly, the maximum possible C0 ₂ concentration of the flue gases. This complete combustion of the fuel is particularly important in the C0 ₂ generators for greenhouse CO ₂ fertilization and heating so important because on the one hand, the CO _{2 is} the material basis of the photosynthetic biomass production, and on the other hand, the incomplete combustion CO from already Concentrations of 0.003Vol .-% in Rauchgasausblasquerschnitt the CO ₂ generator is toxic to the plants. However, this toxic CO formation is not only due to lack of combustion air, but also to excessive combustion air excess by supercooling the combustion. Setting the optimum combustion air ratio with minimal CO formation is the easiest and most reliable way for both gas burners with a separate combustion air blower. These gas burners are therefore also suitable for low-quality fuel gases such as biogas.

Trotzdem werden auch bei diesen Gasbrennern mit separatem Verbrennungsluftgebläse noch Vorrichtungen zur Verbesserung der vollständigen Verbrennung angewendet, wobei eine teilweise Rezirkulation der Verbrennungsprodukte zur Verbrennungsluftvorwärmung sowie zur Vergrößerung der Verweilzeit und dem damit verbundenen besseren Ausbrenngrad der Brennstoffteilchen genutzt wird. Bei diesen Gasbrennern mit separatem Verbrennungsluftgebläse ist jedoch keine vollständige Zwangsrezirkulation der gesamten Rauchgase möglich, da ständig eine der kontinuierlichen Verbrennung entsprechende Rauchgasmenge abgeführt werden muß.Nevertheless, even with these gas burners with separate combustion air blower devices are still used to improve the complete combustion, with a partial recirculation of the combustion products for combustion air preheating and to increase the residence time and the associated better Ausbrenngrad the fuel particles is used. In these gas burners with a separate combustion air blower, however, a complete forced recirculation of the entire flue gases is not possible because a constant amount of flue gas corresponding to the continuous combustion must be dissipated.

Die Patentschrift DE 2605134, F 23 D 11/00, schlägt eine kombinierte Zwangsrezirkulation eines Teiles der Rauchgase über das separate Verbrennungsluftgebläse vor, wobei der Rauchgasabzugskanal eine Hauptmündung in die Atmosphäre und eine kleinere Nebenmündung in das Ansaugrohr des separaten Verbrennungsluftgebläses aufweist, und nur der aus der Nebenmündung austretende Rauchgasteilstrom rezirkuliert.The patent DE 2605134, F 23 D 11/00, proposes a combined forced recirculation of a portion of the flue gases on the separate combustion air blower, wherein the flue gas outlet channel has a main orifice into the atmosphere and a smaller side opening in the intake pipe of the separate combustion air blower, and only the the secondary outlet recirculating flue gas partial flow recirculated.

Ein separates Verbrennungsluftgebläse neben dem Umlaufgebläse ist aber aufwendig, und deshalb sind auch schon Warmluftheizgeräte mit nur einem gemeinsamen Gebläse für die Verbrennungsluft und die zu erwärmende Umluft vorgeschlagen worden.However, a separate combustion air blower in addition to the circulating fan is expensive, and therefore warm air heaters have been proposed with only one common fan for the combustion air and the circulating air to be heated.

Die DE-AS 2114817, F 24 H 3/04, beschreibt ein solches gasbefeuertes Warmluftheizgerät zur Gewächshausheizung und -CO₂-Düngung, das eine an der der Luftströmungsrichtung abgewandten Seite offene Brennkammer besitzt, und dessen Brennerrohr mit einer wirbelbildenden Ringscheibe umgeben ist, die eine teilweise Rezirkulation der Rauchgase mit besserem Ausbrenngrad des Brennstoffes bewirken soll.The DE-AS 2114817, F 24 H 3/04, describes such a gas-fired warm air heater for greenhouse heating and -CO ₂ fertilization which has a on the side opposite the air flow direction side open combustion chamber, and the burner tube is surrounded by an eddy-forming annular disc, which to cause a partial recirculation of the flue gases with better Ausombenngrad of the fuel.

Das Verhältnis von Umluft zu Verbrennungsluft muß beim Einsatz dieses Warmluftheizgerätes als CO₂-Generator zwischen 50:1 bis 80:1 betragen, damit die erzeugte rauchgashaltige Warmluft eine für die Pflanzen erträgliche Temperatur hat. Bedingt durch dies große Verhältnis ist die Strömungsgeschwindigkeit der Umluft in dem Warmluftheizgerät größer als die Strömungsgeschwindigkeit der Rauchgase in der von der Umluftströmung umgebenen und an der abgewandten Seite offenen Brennkammer. Durch diese höhere Strömungsgeschwindigkeit der Umluft werden die Rauchgase aus der Brennkammer mitgerissen, und die noch nicht vollständig ausgebrannten Brennstoffteilchen verlöschen infolge Abkühlung und bilden CO. Auch unterschiedliche Strömungsbedingungen auf der Druckseite des Heizgerätes, wie sie durch die verschiedenen Luftleitungs- und Luftverteilungseinrichtungen der C0₂-Generatoren im Gewächshaus unvermeidbar sind, beeinflussen immer die Luftverhältniszahl der Verbrennung dieser Warmluftheizgeräte mit nur einem gemeinsamen Gebläse, so daß auch durch diese unterschiedlichen Strömungsbedingungen eine Zunahme der CO-Bildung erfolgt.The ratio of circulating air to combustion air must be between 50: 1 to 80: 1 when using this warm air heater as a CO ₂ generator, so that the produced hot-air containing hot air has a tolerable temperature for the plants. Due to this large ratio, the flow velocity of the circulating air in the hot air heater is greater than the flow velocity of the flue gases in the combustion chamber surrounded by the circulating air flow and open on the opposite side. As a result of this higher flow velocity of the circulating air, the flue gases are entrained out of the combustion chamber, and the fuel particles which have not yet burned completely extinguish due to cooling and form CO. Also different flow conditions on the pressure side of the heater, as they are unavoidable by the various air ducting and air distribution facilities of the C0 ₂ generators in the greenhouse, always affect the air ratio of the combustion of hot air heaters with only a common blower, so that even by these different flow conditions Increase in CO formation occurs.

Dieser Mangel tritt bei allen bisher bekannten Warmluftheizgeräten mit nur einem gemeinsamen Gebläse und offener Brennkammer auf, und auch die in der DE-AS 2114817 vorgesehenen Mittel können diesen Mangel nurteilweise beheben. Aus diesem Grunde ist es bisher auch nicht gelungen, in den Warmluftheizgeräten mit nur einem gemeinsamen Gebläse und offener Brennkammer minderwertige Brenngase wie Biogas zuverlässig zu verbrennen. Der den spezifischen Brennwert des Biogases vermindernde CO₂-Anteil im Biogas muß als Ballast durch die Brennkammer strömen und unterkühlt dabei die Verbrennung. Erfolgt dann noch das Mitreißen der Rauchgase durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit der kalten Umluft, so tritt eine weitere Unterkühlung ein, unddieCO-Bildung übersteigt das für Gewächshauspflanzen zulässige Maß.This deficiency occurs in all previously known hot air heaters with only a common fan and open combustion chamber, and also provided in DE-AS 2114817 means can fix this deficiency only partially. For this reason, it has not been possible to reliably burn inferior combustion gases such as biogas in the warm air heaters with only one common fan and open combustion chamber. The specific calorific value of the biogas reducing CO ₂ content in the biogas must flow as ballast through the combustion chamber and thereby cools the combustion. If then the entrainment of the flue gases by the high flow rate of the cold circulating air, so there is a further supercooling, and the CO formation exceeds the allowable for greenhouse plants measure.

Object of the invention

Die Erfindung hat das Ziel, an einem gasbefeuerten Warmluftheizgerät mit nur einem gemeinsamen Gebläse für die Umluft und die Verbrennungsluft und Zumischung der Rauchgase zur Umluft die vollständige Verbrennung des Brennstoffes so zu stabilisieren, daß auch minderwertige Brenngase wie Biogas zuverlässig und CO-arm verbrannt werden können, und daß die unterschiedlichen druckseitigen Strömungsbedingungen der vom Warmluftheizgerät erzeugten Mischluft ohne Einfluß auf die Verbrennungsgüte sind.The invention aims to stabilize the complete combustion of the fuel to a gas-fired hot air heater with only a common fan for the circulating air and the combustion air and admixture of the flue gases to the circulating air, that even inferior fuel gases such as biogas can be reliably and CO-poor burned , And that the different pressure-side flow conditions of the mixed air generated by the hot air heater are without influence on the quality of combustion.

Explanation of the essence of the invention

Die technische Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Verbrennungsluftvorwärmung und der Ausbrenngrad nicht wie bei den bereits bekannten und nicht zufriedenstellenden Lösungen durch strömungsabhängige Rezirkulationswirbel vergrößert werden, sondern daß eine konstante geringe Rauchgasgeschwindigkeit in Verbindung mit der Brennkammerlänge die Verweilzeit der Brennstoffteilchen im Brennraum bestimmt und die gesamte Rauchgasmenge vollständig der Ansaugluft zugemischt wird. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Brennkammer ein an sich bekannter Gegenstromwärmeübertrager nachgeschaltet wird und der Rauchgasaustritt aus dem Gegenstromwärmeübertrager durch einen entsprechend ausgebildeten Rauchgasabzugskanal ausschließlich mit dem Ansaugrohr des gemeinsamen Gebläses verbunden ist. Die Einbindung des Rauchgasabzugskanals in das Ansaugrohr erfolgt erfindungsgemäß vorteilhaft in Form eines das Ansaugrohr radial umschließenden Ringkanals mit einem Ringspalt als Mündung. Ein Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der Querschnitt des Ringspaltes gleich dem Querschnitt des Rauchgasabzugskanals ist und vorzugsweise weniger als Vs des Ansaugrohrquerschnittes beträgt.The technical object is achieved in that the combustion air preheating and Ausbrenngrad not be increased as in the already known and unsatisfactory solutions by flow-dependent Rezirkulationswirbel, but that a constant low flue gas velocity in conjunction with the combustion chamber length determines the residence time of the fuel particles in the combustion chamber and the entire Flue gas is completely mixed with the intake air. According to the invention, this object is achieved in that the combustion chamber is followed by a known countercurrent heat exchanger and the flue gas outlet from the countercurrent heat exchanger is connected by a correspondingly formed flue gas exhaust duct exclusively with the intake manifold of the common blower. The integration of the flue gas exhaust duct in the intake pipe is carried out according to the invention advantageously in the form of a ring tube radially surrounding the intake manifold with an annular gap as the mouth. A feature of the invention is that the cross section of the annular gap is equal to the cross section of the flue gas exhaust duct and is preferably less than Vs of Ansaugrohrquerschnittes.

Einem anderen Merkmal der Erfindung zufolge wird der Gasbrenner des Mischluftheizgerätes mit Biogas betrieben, das die CO₂-Ausbeute je erzeugter Wärmeeinheit gegenüber Erdgas fast verdoppelt, bzw. das die Wärmeleistung bei gleicher CO₂-Ausbeute bis zu 50% reduziert. Dadurch tritt durch Taupunktunterschreitung des Rauchgases Kondenswasser auf. Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist deshalb die Ausbildung des Rauchgasabzugskanals als Kondenswasserabscheider mit Druckschleuse.According to another feature of the invention, the gas burner of the mixed air heater is operated with biogas, which almost doubles the CO ₂ yield per unit of heat generated compared to natural gas, or reduces the heat output at the same CO ₂ yield up to 50%. As a result, condensate water occurs due to dew point undershooting of the flue gas. Another feature of the invention is therefore the formation of the flue gas exhaust duct as a condensate with pressure lock.

Diese Erfindungsmerkmale gewährleisten, daß der konstante Saugdruck des gemeinsamen Gebläses über Ringspalt, Ringkanal, Rauchgasabzugskanal und Gegenstromwärmeübertrager in voller Höhe auf die Brennkammer wirkt und die gesamte Rauchgasmenge mit gleichmäßig langsamer Strömungsgeschwindigkeit aus der Brennkammer absaugt. Die Rauchgase sind auf ihrem Weg vom Gasbrenner bis zum Ringspalt vollständig ausgebrannt und insbesondere bei Biogasverbrennung auch stark abgekühlt und damit durch Taupunktunterschreitung getrocknet. Im Ansaugrohr und im gemeinsamen Gebläse werden diese Rauchgase vollständig mit der angesaugten Umluft gemischt und als Mischluft vom gemeinsamen Gebläse durch das Mischluftheizgerät gedrückt. Diese Mischluft hat einen Rauchgasanteil von ca. 2%. Von dem Mischluftstrom wird die Verbrennungsluft abgezweigt. Mit Hilfe der Verbrennungsluftreguliereinrichtung wird der Gasbrenner auf diese rauchgashaltige Verbrennungsluft eingestellt. Diese Einstellung und die gleichmäßig langsame Rauchgasabsaugung aus der Brennkammer gestatten die bisher nicht mögliche Biogasverbrennung in CO₂-Generatoren. Da der Saugdruck des gemeinsamen Gebläses im wesentlichen die Verbrennungsbedingungen in der Brennkammer bestimmt und dieser Saugdruck nahezu konstant ist, sind auch die druckseitig am Heizgerät auftretenden unterschiedlichen Strömungsbedingungen nur von sehr geringem Einfluß auf die Verbrennungsgüte.These features of the invention ensure that the constant suction pressure of the common blower via annular gap, annular channel, flue gas outlet channel and countercurrent heat exchanger acts in full on the combustion chamber and sucks the entire amount of flue gas with uniformly slow flow rate from the combustion chamber. The flue gases are completely burned out on their way from the gas burner to the annular gap and, especially when biogas combustion is also strongly cooled and thus dried by dew point. In the intake manifold and in the common blower these flue gases are completely mixed with the intake air circulated and pressed as mixed air from the common blower through the mixed air heater. This mixed air has a flue gas content of about 2%. From the mixed air flow, the combustion air is diverted. With the help of Verbrennungsluftreguliereinrichtung the gas burner is set to this flue gas-containing combustion air. This setting and the evenly slow smoke evacuation from the combustion chamber allow the previously not possible biogas combustion in CO ₂ generators. Since the suction pressure of the common blower substantially determines the combustion conditions in the combustion chamber and this suction pressure is almost constant, the different flow conditions occurring on the pressure side on the heater are of very little influence on the quality of combustion.

embodiment

An einem Ausführungsbeispiel soll der Gegenstand der Erfindung näher erläutert werden. Die Figur zeigt einen Längsschnitt durch das Mischluftheizgerät mit schematischer Darstellung der Luft- und Rauchgasströme.In one embodiment, the subject of the invention will be explained in more detail. The figure shows a longitudinal section through the mixed air heater with a schematic representation of the air and flue gas streams.

Das gemeinsame Gebläse 1 saugt gleichzeitig Umluft 2 auf Rauchgas 3 über ein Ansaugrohr 4 an, mischt beide Medien und drückt sie als Misch luftstrom 5 durch das Mischluftheizgerät 6. Dabei wird vom Mischluftstrom 5 die Verbrennungsluft 7 abgezweigt und über eine Verbrennungsluftreguliereinrichtüng 8 dem Gasbrenner 9 zugeführt. Im Gasbrenner 9 wird die Verbrennungsluft 7 mit Brenngas gemischt und entzündet, wobei sich heißes Rauchgas 10 bildet, das in der Brennkammer 11 ausbrennt und im Gegenstromwärmeübertrager 12 vom Rest des Mischluftstromes 5 gekühlt wird. Der Rauchgasaustritt 13 aus dem Gegenstromwärmeübertrager 12 ist über den Rauchgasabzugskanal 14, Ringkanal 15 und Ringspalt 16 nur mit dem Ansaugrohr 4 verbunden, so daß das gesamte Rauchgas 3 in das Ansaugrohr 4 geleitet wird. Der Rauchgasabzugskanal 14 ist als Kondenswasserabscheider 17 mit Druckschleuse 18 ausgebildet. Die aus dem Mischluftheizgerät 6 austretende warme Mischluft 19 ist rauchgashaltig und damit zur gleichzeitigen CO₂-Düngung und Heizung von Gewächshäusern geeignet. Die Temperatur und der CO₂-Gehalt der warmen Mischluft 19 wird vom Verhältnis Umluft 2 zu Rauchgas 3 bestimmt. Bei Biogasverbrennung kann dieses Verhältnis kleiner und damit energiewirtschaftlicher gewählt werden.The common blower 1 simultaneously sucks circulating air 2 on flue gas 3 via a suction pipe 4, mixes both media and presses them as mixing air flow 5 through the Mischluftheizgerät 6. It is branched off from the mixed air stream 5, the combustion air 7 and 9 supplied via a Verbrennungsluftreguliereinrichtüng the gas burner , In the gas burner 9, the combustion air 7 is mixed with fuel gas and ignited, forming hot flue gas 10, which burns out in the combustion chamber 11 and is cooled in the countercurrent heat exchanger 12 from the rest of the mixed air stream 5. The flue gas outlet 13 from the countercurrent heat exchanger 12 is connected via the flue gas outlet channel 14, annular channel 15 and annular gap 16 only with the intake pipe 4, so that the entire flue gas 3 is passed into the intake pipe 4. The flue gas outlet channel 14 is formed as a condensate separator 17 with pressure lock 18. The emerging from the mixed air heater 6 warm mixed air 19 is smoke-containing and thus suitable for simultaneous CO ₂ fertilization and heating of greenhouses. The temperature and the CO ₂ content of the warm mixed air 19 is determined by the ratio of circulating air 2 to flue gas 3. In the case of biogas combustion, this ratio can be chosen to be smaller and thus more energy-efficient.

Claims

Invention claim:

1. Gas fired mixed air heater for CO ₂ fertilization and heating of greenhouses with a common fan for recirculation and combustion air promotion, a gas burner with combustion chamber and downstream countercurrent heat exchanger for cooling the flue gases by heating the circulating air and a flue gas duct for the discharge of the cooled flue gases from the Countercurrent heat exchanger, characterized in that the flue gas outlet channel (14) opens exclusively in the intake pipe (4) of the common blower (1) in the region of maximum static suction pressure, wherein the cross section of the flue gas extraction duct (14) is preferably less than Vs of Ansaugrohrquerschnittes and the flue gas duct (14) in the region between the flue gas outlet (13) and the annular gap (16) at its lowest point a condensate separator (17) with pressure lock (18).

2. Gas-fired mixed air heater according to claim 1, characterized in that the mouth of the flue gas extraction duct (14) in the intake pipe (4) as an annular gap (16) of the intake pipe (4) radially surrounding annular channel (15) is formed.

3. Gas fired mixed air heater according to claim 2 and 3, characterized in that the gas burner (9) is operated with CO ₂ -rich biogas.

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