DE102004051685A1 - Combustion energy efficiency increasing method, involves supplying fresh air heated by flue gas to combustion chamber, and supplying oxygen required for combustion with fresh air, which is heated with dissipated heat of flue gas - Google Patents

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Abstract

The method involves accommodating a heat exchanger flue gas-fresh air (9) in a flue gas path (2a) of a heating furnace (1). The fresh air heated by the flue gas is supplied to a combustion chamber (2). The heating furnace has the combustion chamber with an automatic fuel supply (3) and a heating circulation system (8). Oxygen required for combustion is supplied with a fresh air, which is heated with a dissipated heat of the flue gas.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Verbesserung des Wirkungsgrades bei Verbrennungsvorgängen, im besonderen bei der Verbrennung nachwachsender Rohstoffe mit einer niedrigen Energiedichte in Heizungsanlagen.The The present invention relates to a method and a device to improve the efficiency of combustion processes, in special in the combustion of renewable raw materials with a low energy density in heating systems.

Brennstoffe mit niedriger Energiedichte erfordern für eine wirtschaftliche Energieausbeute Heizungsanlagen mit einem relativ großen und damit aufwändigem Bauvolumen.fuels with low energy density require for an economic energy yield Heating systems with a relatively large and therefore complex construction volume.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Erhöhung des Wirkungsgrades der zugeführten Verbrennungsenergie, im besonderen bei Brennstoffen mit niedriger Energiedichte, weil bei diesen Anlagen ein hoher Anteil der Verbrennungswärme betriebsbedingt durch hohe Abgastemperaturen mit den Rauchgasen nutzlos abgeführt wird.task The present invention is the increase in the efficiency of supplied Combustion energy, especially for lower fuels Energy density, because in these systems, a high proportion of combustion heat operational is exhausted useless by high exhaust gas temperatures with the flue gases.

Zur Erhöhung des Wirkungsgrades sind sog. Brennwertöfen bekannt. Bei diesen wird das Arbeitsmittel im Heizungskreislauf, das bevorzugt Wasser ist, in einem Wärmetauscher Rauchgas-Heizungsrücklauf vom Rauchgas in seiner Temperatur auf einen Mittelwert Rauchgastemperatur-Heizungsrücklauftemperatur gebracht. Nachteilig ist dabei, dass dieser Mittelwert höher sein muss, wenn vom Rauchgas Wärme auf den Heizungskreislauf übertragen werden soll. Eine Nutzung der Rauchgastemperatur mit einer direkten Übertragung auf den Heizungskreislauf ist nur bis zur Rücklauftemperatur des Heizkreislaufes möglich. Auch bei einem geringen Temperaturunterschied ist dadurch nur eine geringe Abgaswärmenutzung wegen des dafür erforderlichen technischen Aufwandes ökonomisch nicht sinnvoll.to increase the efficiency are known. Brennwertöfen known. With these will the working fluid in the heating cycle, which is preferably water, in a heat exchanger Flue gas heating return from the flue gas in its temperature to an average flue gas temperature heating return temperature brought. The disadvantage here is that this mean be higher must, if from the flue gas heat be transferred to the heating circuit should. A use of the flue gas temperature with a direct transmission on the heating circuit is only up to the return temperature of the heating circuit possible. Even with a small temperature difference is thereby only one low exhaust heat utilization because of that required technical effort economically not useful.

Die Erfindungsaufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, bei welchem wenigstens der zur Verbrennung erforderliche Sauerstoff mit einer Frischluft zugeführt wird, welche mit der Verlustwärme der Rauchgase aufgeheizt wird. Die dem Rauchgas entzogene Wärmemenge wird dadurch indirekte über die Zufuhr zur Brennstoffverbrennung dem Heizungskreislauf zugeführt.The Invention task is solved by a method in which at least the oxygen required for combustion is supplied with fresh air, which with the heat loss the flue gases is heated up. The amount of heat extracted from the flue gas becomes indirect over the Supply for fuel combustion supplied to the heating circuit.

Der Anteil der dabei mit der Frischluft dem Verbrennungsvorgang zugeführten Wärmemenge verringert dabei entsprechend anteilmäßig die mit der Brennstoffzufuhr erforderliche Energiemenge.Of the Reduced proportion of thereby supplied with the fresh air to the combustion process amount of heat while proportionately the with the fuel supply required amount of energy.

Die Rauchgase durchströmen zu diesem Zweck einen einfachen Wärmetauscher Frischluft-Rauchgas, welcher im Abluftweg des Rauchgases installiert ist, bei welchem in einem Ausführungsbeispiel in einer Aufheizkammer eine größere Anzahl senkrecht angeordneter Rohre vom Rauchgas durchströmt und erhitzt werden. Horizontal wird diese Heizkammer von der zur Verbrennung nötigen Frischluft durchströmt, wobei verbunden mit einer Kühlung der Rauchgasrohre die Frischluft aufgeheizt wird. Die aufgeheizte Frischluft wird mittels einer zum Brennraum führenden Verbindungsleitung dem Verbrennungsvorgang zugeführt. Der Heizungskreislauf wird beim erfindungsgemäßen Verfahren beim Wärmetausch mit den Rauchgasen nicht tangiert. Die Rauchgastemperatur und die Heizungsrücklauftemperatur werden voneinander nicht beeinflusst und können dadurch auf optimale Werte zur Wirkungsgradverbesserung eingestellt werden.The Flow through flue gases for this purpose a simple heat exchanger fresh air flue gas, which is installed in the exhaust path of the flue gas, in which in one embodiment in a heating chamber a larger number perpendicular arranged pipes are traversed by the flue gas and heated. Horizontal this heating chamber is flowed through by the fresh air necessary for the combustion, wherein connected with a cooling the flue gas pipes, the fresh air is heated. The heated up Fresh air is supplied by means of a connecting line leading to the combustion chamber fed to the combustion process. The heating circuit is in the process of the invention during heat exchange not affected by the flue gases. The flue gas temperature and the Heating return temperature are not affected by each other and can therefore reach optimal levels be set to improve the efficiency.

Durch die Rauchgaskühlung ist der natürliche Rauchgasabzug durch den Kamin nicht ausreichend. Durch ein Gebläse mit einem geringem Stromverbrauch, welches im Frischluft- oder im Rauchgasweg installiert ist und durch eine Lambda-Sondenregelung können wie bei Heizungsanlagen bekannt, die erforderlichen Werte automatisch gesteuert werden.By the flue gas cooling is the natural one Flue gas exhaust through the fireplace is not sufficient. By a blower with a low power consumption, which in the fresh air or in the flue gas path is installed and through a lambda probe control can like In heating systems known, the required values automatically controlled become.

Beim Verbrennen fester Brennstoffe ist im Rauchgas ein erhöhter Staubanteil, welcher bei einer Ablagerung im Wärmetauscher dessen Wirksamkeit beeinträchtigt. Die vom Rauchgas durchströmten Rohre müssen in vorgegebenen Zeitabständen von Rauchgasablagerungen gereinigt werden, damit eine effiziente Wärmeübertragung möglich ist.At the Burning of solid fuels is an increased dust content in the flue gas, which impairs its effectiveness in a deposit in the heat exchanger. The pipes through which the flue gas flows have to at predetermined intervals be cleaned of flue gas deposits, thus ensuring efficient heat transfer possible is.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Wärmetauscher Rauchgas-Frischluft als schubladenartig herausnehmbarer Gasdurchlasssatz ausgebildet sein kann.In An embodiment of the invention provides that the heat exchanger Flue gas fresh air as a drawer-like removable gas outlet can be trained.

Diese Wärmetauschereinheit kann dadurch zur Reinigung auf einfache Weise herausgezogen werden.These heat exchanger unit can be easily pulled out for cleaning.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.in the The following is an embodiment of the invention explained in more detail with reference to drawings.

Hierbei zeigt:in this connection shows:

1 in einer Schnittdarstellung teilweise schematisch einen Heizungsofen 1 in a sectional view partially schematically a heating furnace

2 eine Detaildarstellung eines Wärmetauschers in einer Draufsicht Mit dem in der 1 gezeigten Heizungsofen 1 ist vereinfacht im wesentlichen die allgemeine Ofenbauart für Hackschnitzelheizungen aufgezeigt, wobei am Beispiel eines derartigen Ofens das erfindungsgemäße Verfahren mit den dazu gehörenden Bauteilen veranschaulicht ist. 2 a detailed view of a heat exchanger in a plan view with the in the 1 shown heating furnace 1 simplified is shown essentially the general type of furnace for wood chip heating, showing the example of such a furnace method of the invention with the associated components is illustrated.

Im Ofen 1 befindet sich ein Brennraum 2, in dem mit einer Schneckenförderung 3 sog. Holzhackschnitzel dem Bedarf entsprechend automatisch in den Brennraum gefördert werden.In the oven 1 there is a combustion chamber 2 in which with a screw conveyor 3 so-called wood chips are automatically conveyed into the combustion chamber according to demand.

Die für eine Verbrennung erforderliche Frischluft mit dem natürlichen Sauerstoffanteil gelangt über einen Frischluftkanal 4 unter den Feuerungsrost 5 oder dicht darüber in den Verbrennungsraum 2.The fresh air required for combustion with the natural oxygen content passes through a fresh air duct 4 under the grate 5 or close above it in the combustion chamber 2 ,

Die bei der Verbrennung freiwerdende Wärme erhitzt über die Kesselwandung 6 und ein Rohrsystem 7 das Wasser im Heizungskreislauf 8 mit den durchströmenden Rauchgasen, welche die dabei enthaltene Wärme nur teilweise an den Heizungskreislauf 8 abgeben. Die nicht vom Heizungskreislauf abgegebene Wärme würde über den Kamin 18 als Verlustwärme mit den Rauchgasen entweichen.The heat released during combustion heats up over the boiler wall 6 and a pipe system 7 the water in the heating circuit 8th with the through-flowing flue gases, which the heat contained only partially to the heating circuit 8th submit. The heat not dissipated by the heating circuit would pass through the chimney 18 escape as heat loss with the flue gases.

Um dieses zu verhindern, ist in der Erfindung vorgeschlagen, dass im Rauchgasweg 2a ein Wärmetauscher 9 Rauchgas-Frischluft angeordnet ist.To prevent this, it is proposed in the invention that in the flue gas path 2a a heat exchanger 9 Flue gas fresh air is arranged.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel wirkt der Wärmetauscher Rauchgas-Frischluft 9 als Aufheizkammer für die Frischluft.In the illustrated embodiment, the heat exchanger flue gas fresh air acts 9 as a heating chamber for the fresh air.

Im Innenraum des Wärmetauschers sind zahlreiche Rohrstücke 10 vertikal vom Boden 11 zum Deckel 12 führend, deren Innenraum mit Bohrungen 13 im Boden und im Deckel übereinstimmt, eingesetzt, über welche die Rauchgase auf dem Weg zum Kamin 18 diese Rohre senkrecht durchströmen und dabei die Rohre erhitzen.In the interior of the heat exchanger are numerous pieces of pipe 10 vertically from the ground 11 to the lid 12 leading, whose interior with holes 13 in the ground and in the lid coincides, used, over which the flue gases on the way to the chimney 18 flow through these tubes vertically while heating the tubes.

An gegenüberliegenden Seitenwänden des Wärmetauschers 9 der Aufheizkammer befindet sich je eine Einlassöffnung 14 für die Frischluft und eine Auslassöffnung 15 für den Anschlusskanal 16 zur Zuführung der Frischluft für den Verbrennungsvorgang.On opposite side walls of the heat exchanger 9 the heating chamber is ever an inlet opening 14 for the fresh air and an outlet opening 15 for the connection channel 16 for supplying the fresh air for the combustion process.

Mit der horizontal durchströmenden Frischluft werden die Rohrstücke 10 umspült, dabei die Abgaswärme den Rauchgasen entzogen und die Frischluft aufgeheizt.With the horizontal fresh air flowing through the pipe sections 10 lapped while the exhaust heat removed from the flue gases and heated the fresh air.

Von der Auslassöffnung wird die erwärmte Frischluft über den Kanal 16 in den Brennstoffverbrennungsraum 2 des Ofens geleitet und mit der damit verbundenen Wärmezufuhr eine erhebliche Wirkungsgradverbesserung erreicht.From the outlet opening, the heated fresh air is passed over the channel 16 in the fuel combustion room 2 passed the furnace and achieved with the associated heat supply a significant improvement in efficiency.

Zur Erreichung der erforderlichen Strömungskapazität für die Verbrennung ist für die Frischluftzufuhr und den Rauchgasabzug in deren Strömungsweg ein Fördergebläse 17 angeordnet. Vorteilhaft wird für diese Aufgabe ein Axiallüfter verwendet, welcher nach dem Wärmetauscher 9 zwischen dem Wärmetauscher 9 und dem Kamin 18 positioniert ist und im Strömungsweg des Wärmetauschers 9 und des Ofens saugend, im Kamin Überdruck erzeugend wirkt.To achieve the required flow capacity for the combustion is for the fresh air supply and the flue gas outlet in the flow path, a conveyor fan 17 arranged. Advantageously, an axial fan is used for this task, which after the heat exchanger 9 between the heat exchanger 9 and the fireplace 18 is positioned and in the flow path of the heat exchanger 9 and the stove, sucking in the chimney.

Wärmetauscher zur Rauchgaswärmenutzung müssen zur Aufrechterhaltung der Wirksamkeit im besonderen beim Verbrennen fester Brennstoffe häufig gereinigt werden. Durch einen höheren Staubanteil im Rauchgas kann es zur Ablagerungen in den Rauchgas führenden Kanälen kommen und der Wärmeübergang wird dadurch nachteilig beeinflusst. Dieses kann durch eine Reinigung der Kanäle verhindert werden. Der dafür erforderliche Arbeitsaufwand wird dadurch vermindert und auch erleichtert, dass, wie in der Erfindung vorgeschlagen wird, im Wärmetauscher 9 die Rauchgas und Frischluft führenden Wege eine zusammengefasste Einheit 19 bilden, welche schubladenartig aus einem Umfassungsgehäuse 20 zur Reinigung herausgezogen werden kann. Bei dem für die Erfindung vorgeschlagenen Wärmetauscher 9 Rauchgas-Frischluft müssen keine flüssigen Arbeitsmittel führenden Leitungen getrennt werden, sondern nur Luft- oder Rauchgasführende Leitungen, bei welchen nur geringe Druckunterschiede auftreten und dadurch eine Dichtheit gegeneinander soweit wie erforderlich ohne großen Aufwand beherrschbar ist. Die Anschlüsse werden beim schubladenartigen Einschieben und Herausziehen 21 der Wärmetauschereinheit getrennt oder miteinander verbunden. Dieser Vorgang wird durch Kugelgriffe 22 und durch seitlich überstehende Winkelführungsschienen 23 erleichtert.Flue gas heat recovery heat exchangers must often be cleaned to maintain efficiency, especially when combusting solid fuels. By a higher dust content in the flue gas can lead to deposits in the flue gas leading channels and the heat transfer is adversely affected. This can be prevented by cleaning the channels. The required workload is thereby reduced and also facilitated that, as proposed in the invention, in the heat exchanger 9 the flue gas and fresh air leading paths a combined unit 19 form, which drawer like a Umfassungsgehäuse 20 can be pulled out for cleaning. In the proposed heat exchanger for the invention 9 Flue gas fresh air must be separated from any liquid working fluid lines, but only air or flue gas pipes, in which only small pressure differences occur and thus a tightness against each other as far as necessary without great effort is manageable. The connections are when drawer-like insertion and withdrawal 21 the heat exchanger unit separated or interconnected. This process is done by ball handles 22 and by laterally projecting angled guide rails 23 facilitated.

Claims (7)

Verfahren zur Erhöhung des Wirkungsgrades bei Heizungsanlagen, umfassend einen Verbrennungsofen (1) mit einem Brennraum (2) mit automatischer Brennstoffzuführung (3) und einen Heizungskreislauf (8), dadurch gekennzeichnet, dass im Rauchgasweg (2a) des Ofens (1) ein Wärmetauscher Rauchgas-Frischluft (9) angeordnet ist und die vom Rauchgas aufgeheizte Frischluft dem Brennstoffverbrennungsvorgang (2) zugeführt wird.Method for increasing the efficiency of heating systems, comprising a combustion furnace ( 1 ) with a combustion chamber ( 2 ) with automatic fuel supply ( 3 ) and a heating cycle ( 8th ), characterized in that in the flue gas path ( 2a ) of the furnace ( 1 ) a heat exchanger flue gas fresh air ( 9 ) is arranged and heated by the flue gas fresh air the fuel combustion process ( 2 ) is supplied. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizungskreislauf (6, 7, 8) vom Frischluftführungsweg (14, 15, 16, 4) vollkommen getrennt ausgeführt ist und beide Strömungswege unabhängig voneinander gesteuert werden können.Device for carrying out the method, characterized in that the heating circuit ( 6 . 7 . 8th ) from the fresh air guidance path ( 14 . 15 . 16 . 4 ) is executed completely separated and both flow paths can be controlled independently. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher Rauchgas-Frischluft vom Rauchgas vertikal (2a) und von der Frischluft horizontal durchströmt wird.Device according to claims 1 and 2, characterized in that the heat exchanger flue gas fresh air from the flue gas vertically ( 2a ) and flows through the fresh air horizontally. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Frischluft über einen Kanal (16, 4) unter den Verbrennungsrost (5) oder annähernd über diesen der Brennstoffverbrennung zugeführt wird.Device according to claim 1, characterized in that the fresh air via a channel ( 16 . 4 ) under the combustion grate ( 5 ) or is supplied approximately via this of the fuel combustion. Einrichtung, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauchgas-Frischluft führenden Wege im Wärmetauscher (9) als zusammengefasste Baueinheit (19) ausgebildet sind.Device, in particular according to claim 1, characterized in that the flue gas Frisch air-conducting paths in the heat exchanger ( 9 ) as a combined unit ( 19 ) are formed. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit (19) Rauchgas-Frischluft in einem Umfassungsgehäuse (20) schubladenartig eingesetzt ist und zur Reinigung herausgezogen werden kann.Device according to claim 5, characterized in that the structural unit ( 19 ) Flue gas fresh air in a surrounding housing ( 20 ) is inserted drawer-like and can be pulled out for cleaning. Einrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlüsse der Baueinheit (19) zum Gehäuse (20) ohne Montageaufwand beim Herausziehen getrennt und beim Einschieben mit der erforderlichen Dichtheit verbunden werden.Device according to claims 5 and 6, characterized in that the connections of the assembly ( 19 ) to the housing ( 20 ) are separated without assembly effort when pulling out and connected during insertion with the required tightness.
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