Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Anordnungen zur Wärmerückgewinnung mit Brennwerttechnik aus verschmutzten Rauchgasen. Durch die erfindungsgemäße Anordnung werden Verschmutzungen an den Wärmetauschern weitgehend vermieden, ein effektiver Wärmeübergang und hohe Emissionsminderung ermöglicht und zudem hohe Wärmeträgertemperaturen erreicht. The invention relates to a method and arrangements for heat recovery with condensing technology from polluted flue gases. Due to the arrangement according to the invention, soiling of the heat exchangers is largely avoided, enables effective heat transfer and high emission reduction and also achieves high heat carrier temperatures.
Die Erfindung ist im Bereich der Wärmeerzeugung insbesondere zur Gebäudebeheizung angesiedelt. Verschmutzte oder staubhaltige Rauchgase entstehen dabei vorwiegend bei der Verbrennung von Biomasse oder Festbrennstoffen. Insbesondere Rußbildung und Verschmutzung der Wärmetauscher ist bei diesen Anwendungen problematisch. Schmutzanlagerungen an den Wärmetauscherflächen verringern dessen Effektivität und bedingen häufige Wartungsmaßnahmen. The invention is located in the field of heat generation in particular for heating buildings. Contaminated or dusty flue gases are mainly produced during the combustion of biomass or solid fuels. In particular, soot formation and fouling of the heat exchangers is problematic in these applications. Dirt deposits on the heat exchanger surfaces reduce its effectiveness and cause frequent maintenance.
In der folgenden Beschreibung werden die Begriffe Wärmetauscher und Wärmeüberträger synonym verwendet und bezeichnen die Vorrichtung, in der ein Wärmeübergang von Rauchgas auf einen Wärmeträger, üblicherweise Heizungswasser, Luft oder Ähnlichen stattfindet. In the following description, the terms heat exchangers and heat exchangers are used interchangeably and designate the device in which a heat transfer of flue gas to a heat transfer medium, usually heating water, air or the like takes place.
Als Anordnung zur Wärmerückgewinnung wird ein System aus einem oder mehreren Wärmetauschern bezeichnet, die mit einem oder mehreren Wärmeträgern betrieben werden. Diese Vorrichtung beinhaltet auch strömungserzeugende Mittel, Stell- und Regelorgane, Sensoren, Aktoren und integrierte Steuerungen sofern diese in direktem Zusammenhang mit dem Betrieb der Vorrichtung stehen. Weiterhin beinhaltet sie zusätzliche Vorrichtungen zur Rauchgas- oder Wärmetauscherreinigung. As an arrangement for heat recovery, a system of one or more heat exchangers is called, which are operated with one or more heat carriers. This device also includes flow-generating means, positioning and control elements, sensors, actuators and integrated controls, provided that they are directly related to the operation of the device. Furthermore, it includes additional devices for flue gas or heat exchanger cleaning.
Anordnungen zur Wärmerückgewinnung sind bekannt. Sie werden im Abgassystem eines Wärmeerzeugers installiert. Sie werden vorteilhaft im Wärmeerzeuger integriert oder werden im Rauchgassystem nach dem Wärmeerzeuger installiert. So kann eine Anordnung zur Wärmerückgewinnung vorteilhaft an bestehenden Wärmerzeugern nachgerüstet werden. Arrangements for heat recovery are known. They are installed in the exhaust system of a heat generator. They are advantageously integrated in the heat generator or installed in the flue gas system after the heat generator. Thus, an arrangement for heat recovery can advantageously be retrofitted to existing heat generators.
Als Wärmeerzeuger werden dabei alle Feuerstätten wie beispielsweise Scheitholz- und Hackschnitzelkessel unterschiedlicher Größe, Einzelfeuerstätten, aber auch Kraft-Wärme- gekoppelte Anlagen, Heiz(kraft)werke, Müllverbrennungs- und Industrieanlagen bezeichnet. In einer Wärmerückgewinnungsvorrichtung wird Rauchgas aus einem Wärmeerzeuger weiter abgekühlt und erwärmt dabei einen Wärmeträger. As a heat generator while all fireplaces such as logs and wood chip boilers of different sizes, individual fireplaces, but also combined heat and power plants, heating (power) plants, waste incineration and industrial plants are called. In a heat recovery device, flue gas is further cooled from a heat generator, thereby heating a heat transfer medium.
In einer Wärmerückgewinnungsvorrichtung werden üblicherweise die Rauchgase in einem oder mehreren Wärmetauschern trocken, also ohne Kondensation abgekühlt. Üblicherweise werden sie in demselben oder anderen Wärmetauschern noch weiter bis unter den Rauchgastaupunkt von 40–60 °C abgekühlt. Eine solche Abkühlung wird als Brennwerttechnik bezeichnet. Dabei fällt korrosives Kondensat an, das abgeführt werden muss. In a heat recovery device usually the flue gases are dry in one or more heat exchangers, that is cooled without condensation. Usually they are cooled in the same or other heat exchangers even further below the flue gas dew point of 40-60 ° C. Such a cooling is called condensing technology. This produces corrosive condensate, which must be removed.
Die Rauchgase üblicher Biomasse- und Festbrennstofffeuerungen verlassen den Wärmeerzeuger, beispielsweise einen Heizkessel, mit Temperaturen größer 150 °C und werden dem Kamin zugeführt. Eine weitere Abkühlung mit Kondensation findet nicht statt obwohl bekannt ist, dass durch den Einsatz der Brennwerttechnik der Wirkungsgrad gesteigert und die Schadstoffemissionen verringert werden. The flue gases of conventional biomass and Festbrennstofffeuerungen leave the heat source, such as a boiler, with temperatures greater than 150 ° C and are fed to the fireplace. A further cooling with condensation does not take place although it is known that the use of condensing technology increases the efficiency and reduces pollutant emissions.
Grund hierfür ist, dass die Brennwerttechnik bei staubhaltigen Rauchgasen zu Rußablagerungen und Verschmutzungen an den Oberflächen von Wärmetauschern führt. Diese verschlechtern den Wärmeübergang und erhöhen den Strömungswiderstand im Wärmetauscher. Aufwändige zusätzliche Reinigungsvorrichtungen sind deshalb in Festbrennstoffwärmeerzeugern nötig. Die Betriebssicherheit der Anordnung ist nicht immer gewährleistet. The reason for this is that condensing technology with dusty flue gases leads to soot deposits and soiling on the surfaces of heat exchangers. These worsen the heat transfer and increase the flow resistance in the heat exchanger. Elaborate additional cleaning devices are therefore necessary in solid fuel heat generators. The reliability of the arrangement is not always guaranteed.
Aufgrund der hohen Temperaturanforderungen und der enormen Korrosionsbeständigkeit infolge Kondensatkontakt, können Brennwertwärmetauscher für staubhaltige Rauchgase nur aus sehr teuren Werkstoffen wie beispielsweise Graphit, Keramik, Glas oder hochlegierten Edelstählen hergestellt werden. Der hohe anlagen- und werkstofftechnische Aufwand erschwert die wirtschaftliche Anwendung der Brennwerttechnik bei staubhaltigen Rauchgasen. Due to the high temperature requirements and the enormous corrosion resistance due to condensate contact, condensing heat exchangers for dusty flue gases can only be produced from very expensive materials such as graphite, ceramic, glass or high-alloy stainless steels. The high level of plant and material complexity makes it difficult to economically apply condensing technology to dusty flue gases.
Übliche Brennwertwärmetauscher (4) für alle Brennstoffarten werden direkt und ungeregelt in den Rücklauf des Heizkreislaufes (21) eingebunden. Heiße Rauchgase (40) aus dem Wärmeerzeuger (08) werden von oben nach unten durch einen Brennwert-Wärmetauscher (02) geführt. Heizungswasser als Wärmeträger (21) wird zuerst im Brennwert-Wärmetauscher (02) und anschließend durch die Wärmetauscherflächen des Wärmeerzeugers (01) erwärmt. Conventional condensing heat exchangers ( 4 ) for all fuel types are directly and unregulated in the return of the heating circuit ( 21 ). Hot flue gases ( 40 ) from the heat generator ( 08 ) from top to bottom through a condensing heat exchanger ( 02 ) guided. Heating water as heat carrier ( 21 ) is first in the condensing heat exchanger ( 02 ) and then through the heat exchanger surfaces of the heat generator ( 01 ) is heated.
Um Kondensation im Kessel im Teillast- und Startbetrieb des Wärmeerzeugers zu verhindern, ist in üblichen Wärmetauschern eine Rücklaufanhebung installiert. Erwärmtes Heizungswasser aus dem Kesselrücklauf (26) wird dem Kesselvorlauf (25) nach dem Brennwertwärmetauscher beigemischt, sodass die Heizungswassertemperatur vor Kesseleintritt (25) über 60 °C liegt. In order to prevent condensation in the boiler in the partial load and start operation of the heat generator, a return lift is installed in conventional heat exchangers. Heated heating water from the boiler return ( 26 ) is the boiler lead ( 25 ) after the condensing heat exchanger, so that the heating water temperature before boiler entry ( 25 ) is above 60 ° C.
Eine derartige Regelung bewirkt eine schnelle Erwärmung der Wärmetauscherflächen bei Verbrennungsbeginn. Kondensation und somit Korrosion im Wärmeerzeuger wird wirksam verhindert. Im Normalbetrieb, bewirkt diese Regelung allerdings, dass die Rauchgase (40) den Wärmeerzeuger mit sehr hohen Temperaturen verlassen. Im Nennbetrieb sind Rauchgastemperaturen (40) von 150 °C bei modernen Anlagen bis zu 250° C bei älteren Wärmeerzeugern üblich. Im Teillastbetrieb reduzieren sich die Rauchgastemperaturen auf minimal 90–100 °C. Such a regulation causes rapid heating of the heat exchanger surfaces Start of combustion. Condensation and thus corrosion in the heat generator is effectively prevented. In normal operation, however, this regulation causes the flue gases ( 40 ) leave the heat generator with very high temperatures. In nominal operation, flue gas temperatures ( 40 ) of 150 ° C in modern systems up to 250 ° C in older heat generators usual. In partial load operation, the flue gas temperatures are reduced to a minimum of 90-100 ° C.
Ist dem Wärmeerzeuger kein Brennwert-Wärmetauscher (02) nachgeschaltet, so sind diese hohen Rauchgastemperaturen oftmals vorteilhaft, da sie zum Einen Auftrieb im Kamin erzeugen und zum Anderen Kondensation – und damit Korrosion und Versottung – im Kamin verhindert wird. If the heat generator is not a condensing heat exchanger ( 02 ), so these high flue gas temperatures are often advantageous because they generate buoyancy in the chimney and on the other condensation - and thus corrosion and sooting - is prevented in the fireplace.
Ist dem Wärmeerzeuger (08) ein Brennwertwärmetauscher (02) nachgeschaltet, so werden die Rauchgase üblicherweise von oben nach unten geführt durch diesen geführt. Entstehendes Kondensat (35) wird mit dem Rauchgasstrom nach unten geführt. Im oberen Teil des Wärmetauschers (201) findet Konvektion statt, im unteren Teil (202) Wärmeübergang durch Kondensation. Is the heat generator ( 08 ) a condensing heat exchanger ( 02 ) downstream, the flue gases are usually guided from top to bottom by this led. Forming condensate ( 35 ) is guided with the flue gas flow down. In the upper part of the heat exchanger ( 201 ) convection takes place, in the lower part ( 202 ) Heat transfer through condensation.
Die Lage der Übergangszone (203) zwischen Konvektion und Kondensation verändert sich jedoch ständig. Durch Lastwechsel und An- und Abfahrvorgänge verändern sich die Rauchgaseigenschaften und damit auch die Lage der Übergangszone. Auch die Wärmeerzeugervorlauftemperatur des Wärmeträgers (21) ist permanenten Schwankungen unterworfen. Zudem können sich noch die Brennstoffeigenschaften ändern. The location of the transition zone ( 203 ) between convection and condensation is constantly changing. Load changes and startup and shutdown processes change the flue gas properties and thus also the position of the transition zone. The heat generator inlet temperature of the heat carrier ( 21 ) is subject to permanent fluctuations. In addition, the fuel properties may change.
Bei jeder Erhöhung der Rauchgastemperatur oder Wärmeträgertemperatur verlagert sich die Übergangszone (203) dabei weiter nach unten. Restkondensat wird dadurch verdampft und Rußablagerungen bilden sich. Dies führt zu Verschmutzungen an den Brennwertwärmetauschern. With each increase in the flue gas temperature or heat carrier temperature, the transition zone ( 203 ) further down. Residual condensate is thereby evaporated and soot deposits form. This leads to contamination on the condensing heat exchangers.
Dieses Problem wird in üblichen Großanlagen dadurch verhindert, dass vor dem Brennwertwärmetauscher Kondensat oder Frischwasser in das Rauchgas (40) eingedüst wird. Dieses verdampft dann. Das Rauchgas wird so abgekühlt und gesättigt. Im Brennwertwärmetauscher findet dann nur noch Kondensation statt. This problem is prevented in conventional large systems in that before the condensing heat exchanger condensate or fresh water into the flue gas ( 40 ) is injected. This then evaporates. The flue gas is cooled and saturated. In the condensing heat exchanger then only condensation takes place.
Hierfür sind jedoch wieder zusätzliche Pumpen und Anlagenteile nötig, die eine derartige Anwendung im Bereich der Gebäudebeheizung unwirtschaftlich machen. Zudem sind regelungstechnische Komponenten für die Ansteuerung der Komponenten nötig. Außerdem ist die maximal mögliche Wärmeträgertemperatur auf die Taupunkttemperatur der Rauchgase begrenzt. For this purpose, however, additional pumps and system parts are necessary again, which make such an application in the field of building heating uneconomical. In addition, control components are required for the control of the components. In addition, the maximum possible heat carrier temperature is limited to the dew point temperature of the flue gases.
Aus diesen Gründen offenbaren die deutschen Offenlegungsschriften DE 32 22 069 A1 und DE 10 2005 009 202.0 (Block-)Wärmetauscher für in Brennwerttechnik arbeitende Verbrennungsanlagen (5). Rauchgas wird hier im Wesentlichen von unten nach oben durch den Wärmetauscher geführt. Rauchgas und Kondensat befinden sich im Gegenstrom. Das Kondensat sättigt den Rauchgasstrom. For these reasons, the German patents disclose DE 32 22 069 A1 and DE 10 2005 009 202.0 (Block) heat exchanger for condensing plants operating in condensing technology ( 5 ). Flue gas is guided here essentially from bottom to top through the heat exchanger. Flue gas and condensate are in countercurrent. The condensate saturates the flue gas flow.
Bei den offenbarten Verfahren wird Kondensat und Rauchgas in intensiven Kontakt gebracht. Dadurch wird eine hohe Reduktion der Emissionen, insbesondere des Feinstaubanteils im Rauchgas erreicht. Zudem werden die Wärmetauscherflächen in gewissem Maße durch das herablaufende Kondensat gereinigt. In the disclosed methods, condensate and flue gas are brought into intimate contact. This achieves a high reduction of the emissions, in particular of the fine dust content in the flue gas. In addition, the heat exchanger surfaces are cleaned to some extent by the draining condensate.
Nachteilig bei den offenbarten Verfahren ist jedoch, dass nur eine vergleichsweise geringe Kondensationszone (202) im oberen Teil des Wärmetauschers (02) entsteht. Im weitaus größeren unteren Teil des Wärmetauschers findet in einer Übergangszone (203) sowohl Kondensation als auch Konvektion und Verdampfung statt:
Aufgrund der Oberflächenspannung der Flüssigkeit bedeckt herablaufendes Kondensat einen Teil der Oberfläche des Wärmetauschers. Im unteren Teil des Wärmetauschers entsteht eine Übergangs- beziehungsweise Verdampfungszone (203). An den unbedeckten Stellen findet Konvektion zwischen den heißen Rauchgasen und dem Wärmetauscher statt. An den bedeckten Stellen kühlt das Kondensat den Wärmetauscher wieder ab. An den Übergängen zwischen herablaufendem Kondensat und freien Oberflächen wird Kondensat verdampft. Dabei entstehen Schmutzablagerungen. However, a disadvantage of the disclosed processes is that only a comparatively small condensation zone ( 202 ) in the upper part of the heat exchanger ( 02 ) arises. In the much larger lower part of the heat exchanger takes place in a transition zone ( 203 ) Condensation as well as convection and evaporation take place:
Due to the surface tension of the liquid, draining condensate covers part of the surface of the heat exchanger. In the lower part of the heat exchanger creates a transition or evaporation zone ( 203 ). At the uncovered places convection takes place between the hot flue gases and the heat exchanger. At the covered points, the condensate cools the heat exchanger again. At the transitions between condensate and free surfaces condensate is vaporized. This creates dirt deposits.
In Wärmetauschern, die mit den offenbarten Verfahren betrieben werden, nimmt die Verdampfungszone den größten Teil des Wärmetauschers ein, da die Rauchgase von ca. 180 °C auf die Taupunkttemperatur von 50 °C–60 °C abgekühlt werden. Der reine Kondensationsbereich im oberen Teil des Wärmetauschers ist vergleichsweise klein da hier nur eine Abkühlung maximal bis zur Eintrittstemperatur des Wärmeträgermediums erfolgen kann. Diese ist bei üblichen Heizungsanlagen 35°C–55°C. In heat exchangers operated by the disclosed methods, the evaporation zone occupies most of the heat exchanger since the flue gases are cooled from about 180 ° C to the dew point temperature of 50 ° C-60 ° C. The pure condensation region in the upper part of the heat exchanger is comparatively small since only a maximum cooling up to the inlet temperature of the heat transfer medium can take place here. This is in conventional heating systems 35 ° C-55 ° C.
Gleichzeitig kann der Wärmeträger (25) maximal bis in die Nähe der Taupunkttemperatur der Rauchgase erwärmt werden. Bei Holzbrennstoffen liegt diese im Bereich von 40 °C–55 °C. Der Wärmeträgervolumenstrom ist bei der Einbindung in den Wärmeträgervorlauf durch den Wärmeerzeuger vorgegeben. Damit ist die übertragbare Leistung begrenzt. At the same time, the heat transfer medium ( 25 ) are heated to a maximum near the dew point temperature of the flue gases. For wood fuels this is in the range of 40 ° C-55 ° C. The heat transfer volume flow is predetermined by the heat generator when it is integrated into the heat carrier feed. This limits the transferable performance.
Die permanente Verdampfung und Rekondensation ist zudem ein äußerst uneffizienter Prozess. Bestehende Temperaturdifferenzen zwischen Wärmeträger und Rauchgas nicht für einen Wärmeübergang genutzt werden. Exergie geht verloren. Ähnliches gilt für die Beimischung von erwärmtem Wärmeträger, wie sie durch die Rücklaufanhebung erfolgt. Auch hier werden mögliche Temperaturdifferenzen im Wärmetauscher nicht genutzt. Die Folge hiervon sind Wirkungsgradeinbußen in den Wärmetauschern und im Gesamtsystem. Permanent evaporation and recondensation is also an extremely inefficient process. Existing temperature differences between Heat transfer medium and flue gas should not be used for heat transfer. Exergy is lost. The same applies to the admixture of heated heat carrier, as is done by the return flow increase. Again, possible temperature differences in the heat exchanger are not used. The consequences of this are loss of efficiency in the heat exchangers and in the overall system.
Die Nachteile der bekannten Verfahren sind also:
- – bei üblichen Wärmeerzeugern sind die Eintrittstemperaturen in den Brennwertwärmtauscher sehr hoch
- – Kondensation an den trocken arbeitenden Wärmetauscherflächen kann nur durch eine Rücklaufanhebung verhindert werden
- – durch Verdampfungsprozesse bilden sich Rußablagerungen an den Oberflächen der Brennwertwärmetauscher
- – uneffektiver Wärmeübergang bei allen bekannten Verfahren
The disadvantages of the known methods are thus: - - In conventional heat generators, the inlet temperatures in the condensing heat exchanger are very high
- - Condensation on the dry heat exchanger surfaces can only be prevented by a return flow increase
- - Evaporation processes form soot deposits on the surfaces of the condensing heat exchangers
- - Ineffective heat transfer in all known methods
Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Wärmerückgewinnung mit Brennwerttechnik aus Rauchgas zu schaffen, das mit geringem anlagentechnischen Aufwand weitgehend unabhängig von den Temperaturen und Volumenströmen des Rauchgases und des Wärmeträgers arbeitet, bei der sich möglichst geringe Ablagerungen bilden können und die gleichzeitig eine möglichst effiziente Staubabscheidung ermöglicht. The invention is therefore an object of the invention to provide a method for heat recovery with condensing technology from flue gas, which works largely independent of the temperatures and flow rates of the flue gas and the heat carrier with low equipment complexity, in which the smallest possible deposits can form and at the same time a possible efficient dust separation allows.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst. Anordnungen, die mit dem Verfahren betrieben werden können sind in den Ansprüchen 9–12 dargestellt. This object is achieved by a method comprising the features of claim 1. Arrangements that can be operated with the method are shown in the claims 9-12.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird mit einer Anordnung mit mindestens einem ersten trocken arbeitenden Wärmetauscher (01) und mindestens einem zweiten Wärmetauscher (02), in dem Kondensation stattfindet durchgeführt. Der erste Wärmetauscher ist dem zweiten Wärmetauscher in Strömungsrichtung der Rauchgase vorgeschaltet. Der erste Wärmetauscher (01) ist dabei als separater Wärmetauscher ausgeführt oder in einen Wärmeerzeuger integriert sein. Er besteht aus einer Gesamteinheit (01) oder mehreren Untereinheiten (101, 102) The inventive method is provided with an arrangement with at least one first dry-working heat exchanger ( 01 ) and at least one second heat exchanger ( 02 ), in which condensation takes place. The first heat exchanger is connected upstream of the second heat exchanger in the flow direction of the flue gases. The first heat exchanger ( 01 ) is designed as a separate heat exchanger or integrated into a heat generator. It consists of a total unit ( 01 ) or multiple subunits ( 101 . 102 )
Erfindungsgemäß wird dem Rauchgasstrom vor Eintritt in den zweiten Wärmetauscher nur durch Einfluss der Schwerkraft ein Kondensat (35) zugeführt und mit diesem in Kontakt gebracht. Weiterhin ist die Wärmeträgertemperatur und/oder Durchflussmenge (22) durch den ersten Wärmetauscher derart geregelt, dass die Rauchgasaustrittstemperatur (40) aus dem ersten Wärmetauscher oberhalb der Rauchgastaupunkttemperatur liegt und diese um maximal 35°C überschreitet. According to the invention the flue gas stream before entering the second heat exchanger only by the influence of gravity, a condensate ( 35 ) and brought into contact with this. Furthermore, the heat carrier temperature and / or flow rate ( 22 ) regulated by the first heat exchanger such that the flue gas outlet temperature ( 40 ) from the first heat exchanger above the Rauchgastaupunkttemperatur and this exceeds by a maximum of 35 ° C.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren erfolgt die Abkühlung in einem dreistufigen Prozess. In einem ersten Wärmetauscher (01) werden die Rauchgase trocken bis kurz über den Taupunkt abgekühlt. Anschließend werden sie mit Kondensat (35) in Kontakt gebracht. Der Kontakt zwischen Kondensat und Rauchgas findet dabei außerhalb der Wärmetauscher in einer Sättigungszone (04) statt. Die Kondensatzufuhr findet dabei nur durch Schwerkraft statt. Ein Teil des Kondensats verdampft dort und kühlt die Rauchgase bis auf den Taupunkt ab. Die Rauchgase sind dann weitgehend gesättigt. Im anschließenden zweiten Wärmetauscher werden die Rauchgase weiter unter den Taupunkt abgekühlt. Im nachgeschalteten Brennwertwärmetauscher (02) findet dann ausschließlich Kondensation statt. By the method according to the invention, the cooling takes place in a three-stage process. In a first heat exchanger ( 01 ), the flue gases are cooled dry until just above the dew point. They are then treated with condensate ( 35 ). The contact between condensate and flue gas takes place outside the heat exchanger in a saturation zone ( 04 ) instead of. The Kondensatzufuhr takes place only by gravity. Part of the condensate evaporates there and cools the flue gases down to the dew point. The flue gases are then largely saturated. In the subsequent second heat exchanger, the flue gases are cooled further below the dew point. In the downstream condensing heat exchanger ( 02 ) then takes place only condensation.
Vorteilhaft am erfindungsgemäßen Verfahren ist, dass die Rauchgasaustrittstemperatur (40) aus dem ersten Wärmetauscher (01) weitgehend unabhängig von der momentanen Wärmeleistung des Wärmeerzeugers ist. Die Wärmeaufnahme im ersten Wärmetauscher wird an die Wärmemenge angepasst, die momentan durch den Rauchgasstrom (09) eingebracht wird. Erreicht wird dies durch eine Anpassung der Durchflussmenge oder Wärmeträgereintrittstemperatur (22) des ersten Wärmetauschers. Eine derartige Regelung kann auf unterschiedliche Weise mittels einfacher Standardventiltechnik und ohne eine separate Steuerung, Fremdenergiezufuhr oder ähnlichen aufwändige Komponenten erfolgen, wie in den erfindungsgemäßen Anordnungen dargestellt. An advantage of the method according to the invention is that the flue gas outlet temperature ( 40 ) from the first heat exchanger ( 01 ) is largely independent of the instantaneous heat output of the heat generator. The heat absorption in the first heat exchanger is adapted to the amount of heat currently flowing through the flue gas stream ( 09 ) is introduced. This is achieved by adjusting the flow rate or heat carrier inlet temperature ( 22 ) of the first heat exchanger. Such a control can be done in different ways by means of simple standard valve technology and without a separate control, external energy supply or similar complex components, as shown in the inventive arrangements.
Vorteilhaft ist zudem, dass der oder die trocken arbeitenden ersten Wärmetauscher (01, 101, 102) in der Startphase des Verbrennungsvorgangs schnellstmöglich aufgeheizt werden und auch im Teillastbetrieb die Taupunkttemperatur nicht unterschritten wird. Kondensation an den Oberflächen des Wärmetauschers wird verhindert. Der Wärmetauscher (01, 101, 102) muss nicht korrosionsfest ausgeführt werden. Durch das Verhindern des Verdampfungsprozesses wird zudem die Ablagerungsbildung wirksam verhindert. Die Geometrie und Art des Wärmetauschers kann für trockene Abkühlung optimiert werden. It is also advantageous that the one or more dry-working first heat exchanger ( 01 . 101 . 102 ) are heated up as quickly as possible in the starting phase of the combustion process and the dew point temperature is not undershot even in partial load operation. Condensation on the surfaces of the heat exchanger is prevented. The heat exchanger ( 01 . 101 . 102 ) does not have to be corrosion resistant. By preventing the evaporation process, the deposit formation is also effectively prevented. The geometry and type of heat exchanger can be optimized for dry cooling.
In der zweiten Stufe des Prozesses werden die Rauchgase (40) in einer Sättigungszone (04) mit Kondensat (35) in Kontakt gebracht. Dabei verdampft Kondensat und das Rauchgas ist bei Austritt weitgehend gesättigt. In der Sättigungszone können sich durch Verdampfungsprozesse Rußablagerungen bilden In the second stage of the process, the flue gases ( 40 ) in a saturation zone ( 04 ) with condensate ( 35 ). This condensate evaporates and the flue gas is largely saturated at the outlet. In the saturation zone, soot deposits can form due to evaporation processes
Erfindungsrelevant und vorteilhaft ist, dass sich die Sättigungszone außerhalb der Wärmetauscher (01, 02, 03) befindet. Durch die Ablagerungen wird der Wärmeübergang in den Wärmetauschern nicht beeinträchtigt. Relevant to the invention and advantageous is that the saturation zone outside the heat exchanger ( 01 . 02 . 03 ) is located. Through the deposits the heat transfer in the heat exchangers is not affected.
Vorteilhaft wirkt sich nun auch die Vorkühlung im ersten Wärmetauscher (01) aus. Da sich die Rauchgastemperatur (40) bereits in der Nähe der Taupunkttemperatur befindet, müssen nur noch geringe Kondensatmengen verdampft werden. Die Ablagerungsbildung in der Sättigungszone ist somit weitgehend reduziert. Die räumliche Größe der Sättigungszone kann relativ gering bemessen werden und somit Herstellungskosten für die Anordnung verringert werden. Es reicht im einfachsten Fall eine Strömungsumlenkung unterhalb eines von unten nach oben durchströmten zweiten Wärmetauschers. Das Kondensat tropft dann direkt aus dem kondensierenden zweiten Wärmetauscher in die Sättigungszone. Anders als bei den bekannten Verfahren ohne Vorkühlung reicht hier die Kontaktzeit zwischen Rauchgas und Kondensat für eine Sättigung aus. Zudem ist der Exergieverlust weitgehend reduziert. Die Abkühlung ohne Wärmeabgabe ist auf ein Minimum reduziert. Advantageously, the precooling in the first heat exchanger ( 01 ) out. Since the flue gas temperature ( 40 ) is already close to the dew point temperature, only small amounts of condensate have to be evaporated. The formation of deposits in the saturation zone is thus largely reduced. The spatial size of the saturation zone can be made relatively small and thus manufacturing costs for the arrangement can be reduced. In the simplest case, a flow deflection is sufficient below a second heat exchanger through which flows from bottom to top. The condensate then drips directly from the condensing second heat exchanger into the saturation zone. In contrast to the known methods without precooling, the contact time between flue gas and condensate is sufficient for saturation. In addition, the exergy loss is largely reduced. Cooling without heat loss is reduced to a minimum.
Vorteilhaft ist zudem dass in der Sättigungszone (04) Rauchgas und Kondensat in intensiven Kontakt gebracht werden. Dadurch wird eine starke Bindung von Emissionen, insbesondere von Feinstaub im Kondensat erreicht. Die Emissionswerte verbessern sich signifikant. It is also advantageous that in the saturation zone ( 04 ) Flue gas and condensate are brought into intensive contact. This achieves a strong binding of emissions, in particular of fine dust in the condensate. The emission values improve significantly.
Erfindungsrelevant und vorteilhaft ist weiterhin, dass das Kondensat nur durch den Einsatz der Schwerkraft der Sättigungszone zugeführt wird. Es sind also keine zusätzlichen Pumpen, Regelungen oder andere Komponenten für eine Eindüsung nötig. Ein Merkmal ist also, dass die Sättigungszone unterhalb einer Kondensationszone angeordnet ist und von dort das Kondensat selbsttätig durch die Schwerkraft in die Sättigungszone transportiert wird. Dadurch können die Kosten einer derartigen Anordnung stark reduziert werden. It is furthermore relevant to the invention and advantageous that the condensate is supplied to the saturation zone only by the use of gravity. So there are no additional pumps, controls or other components needed for an injection. A feature is therefore that the saturation zone is arranged below a condensation zone and from there the condensate is transported automatically by gravity into the saturation zone. As a result, the cost of such an arrangement can be greatly reduced.
Bei Austritt aus der Sättigungszone (04) beträgt die relative Feuchte der Rauchgase (41) annähernd 100 %. Sie treten dann in den zweiten Wärmetauscher (02) ein. Dort findet dann nur noch Kondensation statt. Deshalb muss der Wärmetauscher aus korrosionsbeständigen Werkstoffen ausgeführt werden. When leaving the saturation zone ( 04 ) the relative humidity of the flue gases ( 41 ) approximately 100%. You then enter the second heat exchanger ( 02 ) one. There then only condensation takes place. Therefore, the heat exchanger must be made of corrosion-resistant materials.
Vorteilhaft ist, dass die Wärmeübergangszahlen bei Kondensation um den Faktor 100–1000 höher als bei Konvektion sind. Der Wärmetauscher kann also sehr klein ausgeführt werden. Weiterhin müssen die Werkstoffe keinen besonderen Temperaturanforderungen genügen. Es werden zu keinem Zeitpunkt Rauchgastemperaturen über 60 °C (bei üblichen Holzbrennstoffen) erreicht. Vorteilhaft können somit sogar Kunststoffe eingesetzt werden. Die Kosten des Wärmetauschers sinken also signifikant. It is advantageous that the heat transfer coefficients are higher by a factor of 100-1000 in the case of condensation than in the case of convection. The heat exchanger can therefore be made very small. Furthermore, the materials do not have to meet any special temperature requirements. At no time are flue gas temperatures above 60 ° C (for standard wood fuels) achieved. Advantageously, even plastics can be used. The cost of the heat exchanger so fall significantly.
Auch im Brennwertwärmetauscher (02) findet ein intensiver Kontakt zwischen Rauchgas und Kondensat statt. Die Emissionswerte sinken weiter. Da jedoch keinerlei Verdampfungsprozesse stattfinden, ist eine Ablagerungsbildung ausgeschlossen. Die Wärmetauscher sind permanent sauber. Durch herablaufendes Kondensat werden die Wärmetauscherflächen zudem gereinigt. Also in the condensing heat exchanger ( 02 ) there is an intensive contact between flue gas and condensate. The emission values continue to fall. However, since no evaporation processes take place, deposit formation is precluded. The heat exchangers are permanently clean. By draining condensate, the heat exchanger surfaces are also cleaned.
Vorteilhaft ist zudem, dass sich die Wärmeaufnahme im zweiten Wärmetauscher selbständig anpasst. Grund hierfür ist, dass sich bei niedrigen Wärmeträgereintrittstemperaturen die Temperaturdifferenz zwischen Rauchgas und Wärmeträger erhöht. Die Wärmeaufnahme sonst gleichen Parametern steigt hierdurch beträchtlich. Die Wärmeträgeraustrittstemperatur aus dem zweiten Wärmetauscher ist somit weitgehend stabil und liegt immer etwas unterhalb der Taupunkttemperatur der Rauchgase. It is also advantageous that the heat absorption in the second heat exchanger adapts itself. The reason for this is that the temperature difference between the flue gas and the heat carrier increases at low heat carrier inlet temperatures. The heat absorption otherwise same parameters increases considerably. The heat carrier outlet temperature from the second heat exchanger is thus largely stable and is always slightly below the dew point temperature of the flue gases.
Zum anderen wirkt sich eine Veränderung der Wärmeträgereintrittstemperatur wesentlich stärker aus, da die Rauchgaseintrittstemperatur konstant niedrig im Bereich der Taupunkttemperatur liegt. Bei einer Rauchgaseintrittstemperatur von 50 °C entspricht eine Absenkung der Wärmeträgereintrittstemperatur von 40 °C auf 30 °C einer Verdoppelung der Temperaturdifferenz. Entsprechend stark erhöht sich die Wärmeaufnahme im zweiten Wärmetauscher (02). Die Wärmeträgertemperatur nach dem zweiten Wärmetauscher (25) sinkt nur geringfügig. On the other hand, a change in the heat carrier inlet temperature has a much greater effect, since the flue gas inlet temperature is constantly low in the dew point temperature range. At a flue gas inlet temperature of 50 ° C corresponds to a reduction in the heat carrier inlet temperature of 40 ° C to 30 ° C, a doubling of the temperature difference. Accordingly, the heat absorption in the second heat exchanger increases ( 02 ). The heat carrier temperature after the second heat exchanger ( 25 ) decreases only slightly.
Da die Wärmeträgeraustrittstemperatur aus dem zweiten Wärmetauscher aber noch unterhalb der Taupunkttemperatur der Rauchgase liegt ist das Auftreten von Kondensation im ersten Wärmetauscher prinzipiell noch möglich. Durch die erfindungsgemäße Regelung des Wärmeträgerstroms (22) wird diese Kondensation aber in jedem Fall verhindert. However, since the heat carrier outlet temperature from the second heat exchanger is still below the dew point temperature of the flue gases, the occurrence of condensation in the first heat exchanger is still possible in principle. By the inventive control of the heat transfer stream ( 22 ) this condensation is prevented in any case.
Die herausragenden Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind also
- – geringe Herstellkosten für erfindungsgemäße Anordnungen
- – eigenstabiler Prozess ohne zusätzliche Regel- oder Antriebskomponenten und Sensorik
- – Verhinderung von Ablagerungen in den Wärmetauschern
- – Höchstmögliche Energieausbeute
- – Starke Emissionsminderung
The outstanding advantages of the method according to the invention are thus - - Low production costs for inventive arrangements
- - intrinsically stable process without additional control or drive components and sensors
- - Prevention of deposits in the heat exchangers
- - Highest possible energy yield
- - Strong emission reduction
In einer vorteilhaften Ausprägung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die Strömungsrichtung der Rauchgase (41) bei Eintritt in den zweiten Wärmetauscher (02) eine der Schwerkraft entgegen gerichtete Komponente auf. In an advantageous embodiment of the method according to the invention, the flow direction of the flue gases ( 41 ) when entering the second heat exchanger ( 02 ) to a gravity directed component.
Dies bedeutet also beispielsweise, dass die Rauchgase zumindest teilweise entgegen der Schwerkraft, also von unten nach oben, durch den zweiten Wärmetauscher geführt werden. Das sich dort bildende Kondensat läuft im Gegenstrom zur Rauchgasströmung nach unten. Es tropft aus dem Wärmetauscher nach unten. Das Rauchgas kommt also schon vor dem Eintritt in den Wärmetauscher mit dem entgegentropfenden Kondensat in Kontakt. Eine Sättigungszone (04) bildet sich unterhalb des zweiten Wärmetauschers (02). Die Kondensatzuführung durch Schwerkraft ist so auf einfache Weise gelöst. This means, for example, that the flue gases are at least partially guided against the force of gravity, ie from bottom to top, through the second heat exchanger. The condensate forming there runs downwards in countercurrent to the flue gas flow. It drips down from the heat exchanger. The flue gas thus comes before entering the heat exchanger with the entggentropfenden condensate in contact. A saturation zone ( 04 ) forms below the second heat exchanger ( 02 ). The Kondensatzuführung by gravity is solved in a simple manner.
In einer weiteren vorteilhaften Ausprägung des Verfahrens wird dem zu erwärmenden Wärmeträgerstrom (25) vor Eintritt in den ersten Wärmetauscher (01) ein Wärmeträgerstrom (24) anderer Temperatur beigemischt. In a further advantageous embodiment of the method, the heat carrier flow to be heated ( 25 ) before entering the first heat exchanger ( 01 ) a heat transfer stream ( 24 ) of a different temperature.
Durch die Beimischung von Wärmeträger anderer Temperatur wird die Leistungsaufnahme im ersten Wärmetauscher (01) verändert. Zum einen wird durch die Beimischung die Durchflussmenge vergrößert, zum anderen wird die Temperatur des resultierenden Wärmeträgerstroms (22) verändert. So wird die Wärmeaufnahme im ersten Wärmetauscher verändert. The addition of heat transfer medium of different temperature, the power consumption in the first heat exchanger ( 01 ) changed. On the one hand, the flow rate is increased by the admixture, on the other hand, the temperature of the resulting heat transfer ( 22 ) changed. This changes the heat absorption in the first heat exchanger.
Vorteilhaft ist zum einen eine Beimischung von wärmerem Wärmeträger (24). Je wärmer der Wärmeträger ist, desto geringer ist die Leistungsaufnahme im ersten Wärmetauscher und desto höher ist Rauchgastemperatur (40) bei Austritt aus dem ersten Wärmetauscher. Kondensation im ersten Wärmetauscher wird wirksam verhindert. Je mehr Wärmeträger beigemischt wird, umso höher ist bei gleicher Wärmetauschereintrittstemperatur (22) die Leistungsaufnahme. On the one hand, an admixture of warmer heat transfer medium ( 24 ). The warmer the heat transfer medium, the lower the power consumption in the first heat exchanger and the higher the flue gas temperature ( 40 ) when exiting the first heat exchanger. Condensation in the first heat exchanger is effectively prevented. The more heat transfer medium is admixed, the higher is the same heat exchanger inlet temperature ( 22 ) the power consumption.
Insbesondere bei Start des Verbrennungsvorgangs ist ein derartiges Verfahren sinnvoll. Da die Oberflächen des / der ersten Wärmetauscher (01) noch kalt sind, kann Kondensation stattfinden. Vorteilhaft wird nun erwärmter Wärmeträger, beispielsweise aus dem Wärmeträgervorlauf (26) oder einem Wärmespeicher beigemischt. Die Wärmetauscherflächen erwärmen sich dadurch schnell und die Kondensation kann auf ein Mindestmaß begrenzt werden. In particular, at the start of the combustion process, such a method is useful. Since the surfaces of the first heat exchanger (s) ( 01 ) are still cold, condensation can take place. Advantageously, heated heat transfer medium, for example from the heat carrier feed ( 26 ) or a heat storage admixed. The heat exchanger surfaces heat up quickly and the condensation can be minimized.
Auch bei Teillastbetrieb ist dieses Verfahren sinnvoll. Rauchgastemperatur und -volumenstrom sind dann bei Eintritt in den ersten Wärmetauscher geringer. Durch die Beimischung (24) von warmem Wärmeträger wird die Leistungsaufnahme im ersten Wärmetauscher (01) derart gesenkt, dass die Rauchgasaustrittstemperatur (40) immer über dem Taupunkttemperatur liegt. Dieses Verfahren ist der dem bekannten Verfahren der Rücklaufanhebung prinzipiell ähnlich. Dabei erfolgt die Anhebung jedoch in wesentlich geringerem Umfang. Bei der Rücklaufanhebung sind Rauchgasaustrittstemperaturen von 100 °C bis 250 °C möglich. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Austrittstemperaturen von max. 35 °C über dem Taupunkt, also abhängig von Brennstoff und Luftverhältnis ca. 85 °C (bei Scheitholz mit einem Taupunkt von 50 °C. Even with partial load operation, this method makes sense. Flue gas temperature and volume flow are then lower when entering the first heat exchanger. By admixture ( 24 ) of warm heat transfer medium, the power consumption in the first heat exchanger ( 01 ) lowered so that the flue gas outlet temperature ( 40 ) is always above the dew point temperature. This process is in principle similar to the known method of reflux elevation. However, the increase takes place to a much lesser extent. Flue gas outlet temperatures of 100 ° C to 250 ° C are possible for the return temperature increase. In the method according to the invention outlet temperatures of max. 35 ° C above the dew point, so depending on fuel and air ratio about 85 ° C (in logs with a dew point of 50 ° C.
Vorteilhaft ist weiterhin eine Beimischung (24) von kaltem Wärmeträger. Dadurch wird die Leistungsaufnahme im ersten Wärmetauscher erhöht: Die Temperaturdifferenz zwischen Wärmeträger und Rauchgas steigt und gleichzeitig erhöht sich die Durchflussmenge. Bei gleichem Wärmeträgervolumenstrom (25) kann eine größere Wärmemenge übertragen werden. Die Rauchgastemperatur (40) bei Austritt aus dem ersten Wärmetauscher wir so gesenkt. Furthermore, an admixture ( 24 ) of cold heat carrier. As a result, the power consumption in the first heat exchanger is increased: The temperature difference between the heat transfer medium and the flue gas increases and at the same time the flow rate increases. At the same heat carrier volume flow ( 25 ) can be transferred a larger amount of heat. The flue gas temperature ( 40 ) at the exit from the first heat exchanger we lowered so.
Dies ist besonders bei solchen Betriebszuständen sinnvoll, in denen im zweiten Wärmetauscher eine weitere Erwärmung nicht möglich ist. Dies ist dann der Fall, wenn die Wärmeträgeraustrittstemperatur dort sehr nah an der Taupunktemperatur des Rauchgases liegt. This is particularly useful in those operating conditions in which further heating is not possible in the second heat exchanger. This is the case when the heat carrier outlet temperature is very close to the dew point temperature of the flue gas.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Durchflussmenge an Wärmeträger (22) durch mindestens einen ersten Wärmetauscher (01, 101, 102) derart verändert, dass die Rauchgastemperatur am Austritt aus dem ersten Wärmetauscher über der Taupunkttemperatur liegt und diese um maximal 35°C überschreitet. In a further embodiment of the method according to the invention, the flow rate of heat transfer medium ( 22 ) by at least one first heat exchanger ( 01 . 101 . 102 ) changed so that the flue gas temperature at the outlet from the first heat exchanger is above the dew point and this exceeds by a maximum of 35 ° C.
Vorteilhaft an dieser Ausführungsform ist insbesondere, wenn der Wärmeträger (21, Fig.) zuerst im zweiten Wärmetauscher (02) erwärmt wurde und dann ein Teil dieses Wärmeträgerstroms (25) am ersten Wärmetauscher vorbeigeführt wird (29). Der Wärmeträgerstrom durch den ersten Wärmetauscher (22) wird dadurch reduziert. An advantage of this embodiment is in particular when the heat carrier ( 21 , Fig.) First in the second heat exchanger ( 02 ) was heated and then a part of this heat transfer stream ( 25 ) is passed past the first heat exchanger ( 29 ). The heat transfer flow through the first heat exchanger ( 22 ) is reduced.
Durch die Reduzierung des Wärmeträgerstroms wird erreicht, dass weniger Wärme im ersten Wärmetauscher aufgenommen wird. Die Rauchgasaustrittstemperatur nach dem ersten Wärmetauscher (40) steigt. Kondensation im ersten Wärmetauscher wird wirksam verhindert. By reducing the heat carrier flow is achieved that less heat is absorbed in the first heat exchanger. The flue gas outlet temperature after the first heat exchanger ( 40 ) increases. Condensation in the first heat exchanger is effectively prevented.
Vorteilhaft an dieser Ausprägung ist insbesondere, dass der zweite Wärmetauscher (02) permanent mit der maximal möglichen Menge an Wärmeträger beaufschlagt wird (21). Dadurch ist in jedem Betriebszustand eine maximale Abkühlung der Rauchgase, und damit eine maximale Energieausbeute gewährleistet. An advantage of this expression is in particular that the second heat exchanger ( 02 ) is permanently charged with the maximum possible amount of heat transfer medium ( 21 ). As a result, maximum cooling of the flue gases is ensured in each operating state, and thus a maximum energy yield.
Vorteilhaft ist hierbei, wenn der erste Wärmetauscher (01) in zwei Untereinheiten (101, 102) unterteilt ist. Ein Teil des Rauchgasstroms wird vorteilhaft an der zweiten Untereinheit (102) vorbeigeführt. Auf diese Weise kann auch im Teillastbetrieb eine hohe Wärmeträgeraustrittstemperatur gewährleistet werden. Kondensation in der zweiten Untereinheit (102) wird verhindert, da Wärmeträger erst bei ausreichend hohen Rauchgastemperaturen durchgeleitet wird. Die Kondensation in der ersten Einheit wird weitestgehend reduziert, da der Wärmeträger (25) im zweiten Wärmetauscher (02) maximal erwärmt wurde. It is advantageous if the first heat exchanger ( 01 ) in two subunits ( 101 . 102 ) is divided. A portion of the flue gas stream is advantageously at the second subunit ( 102 ) past. In this way, a high heat carrier outlet temperature can be ensured even in partial load operation. Condensation in the second subunit ( 102 ) is prevented because the heat transfer medium is only passed through at sufficiently high flue gas temperatures. The condensation in the first unit is largely reduced because the heat transfer medium ( 25 ) in the second heat exchanger ( 02 ) was heated to a maximum.
Die Ausführungsform mit einem zweigeteilten (101, 102) ersten Wärmetauscher (01) ist besonders für die Nachrüstung von bestehenden Wärmeerzeugern vorteilhaft. Hier wird zusätzlich zu den bestehenden Wärmetauscherflächen (101) im Wärmeerzeuger (08) ein weiterer trocken arbeitender Wärmetauscher (102) in der nachträglich zu installierenden Wärmerückgewinnungsanordnung installiert. The embodiment with a two-part ( 101 . 102 ) first heat exchanger ( 01 ) is particularly advantageous for retrofitting existing heat generators. Here, in addition to the existing heat exchanger surfaces ( 101 ) in the heat generator ( 08 ) another dry heat exchanger ( 102 ) installed in the retrofit heat recovery assembly.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein kalter Wärmeträger zuerst durch den zweiten Wärmetauscher (02) und dann durch den ersten Wärmetauscher (01) geführt. Die Durchflussmenge des Wärmeträgers (21) wird dabei derart verändert, dass die Rauchgastemperatur am Austritt aus dem ersten Wärmetauscher (40) über der Taupunkttemperatur liegt und diese um maximal 35°C überschreitet. In one embodiment of the method according to the invention, a cold heat carrier is first passed through the second heat exchanger ( 02 ) and then through the first heat exchanger ( 01 ) guided. The flow rate of the heat carrier ( 21 ) is thereby changed such that the flue gas temperature at the outlet from the first heat exchanger ( 40 ) is above the dew point temperature and exceeds this by a maximum of 35 ° C.
Durch die Regelung des Durchflusses durch beide Wärmetauscher kann die gesamte Leistungsaufnahme beider Wärmetauscher angepasst werden. Dadurch verändert sich auch die Temperatur am Rauchgasaustritt aus dem ersten Wärmetauscher. Ein verringerter Durchfluss führt dazu, dass – bei sonst gleichen Parametern – die Rauchgasaustrittstemperatur (40) aus dem ersten Wärmetauscher steigt. Kondensation wird so verhindert. Gleichzeitig wird die Wärmeträgeraustrittstemperatur (26) aus dem ersten Wärmetauscher erhöht. By controlling the flow through both heat exchangers, the total power consumption of both heat exchangers can be adjusted. This also changes the temperature at the flue gas outlet from the first heat exchanger. A reduced flow rate leads, with otherwise identical parameters, to the flue gas outlet temperature ( 40 ) rises from the first heat exchanger. Condensation is prevented. At the same time the heat carrier outlet temperature ( 26 ) increased from the first heat exchanger.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein zweiter (02) oder dritter (03), dem zweiten in Rauchgasströmungsrichtung nachgeschalteter Wärmetauscher mit einem anderen Wärmeträger (50) betrieben. Dieser Wärmeträger liegt auf einem niedrigeren Temperaturniveau als der erste Wärmeträger vor. In an advantageous development of the method according to the invention, a second ( 02 ) or third ( 03 ), the second in the flue gas flow direction downstream heat exchanger with another heat carrier ( 50 ) operated. This heat transfer medium is at a lower temperature level than the first heat transfer medium.
Insbesondere kommt hierfür kaltes Brauchwasser oder Luft als Wärmeträger (50) in Frage. Luft kann dabei insbesondere als Zuluft für die Wohnraumbelüftung oder als Verbrennungsluft Verwendung finden. Als Raum- oder Außenluft steht sie ganzjährig auf einem Temperaturniveau unter 30 °C oft sogar unter 0 °C zur Verfügung. In particular, cold service water or air is used as the heat carrier ( 50 ) in question. Air can be used in particular as a supply air for the living room ventilation or combustion air. As room or outdoor air it is available year-round at a temperature level below 30 ° C, often even below 0 ° C.
Besonders vorteilhaft an dieser Weiterbildung ist dabei, dass die Austrittstemperatur der Rauchgase (45) weiter gesenkt wird. Mehr Energie wird aus dem Rauchgas rückgewonnen. Der Wärmetauscher, der mit dem zweiten Wärmeträger (50) betrieben wird, ist dabei als kondensierender zweiter Wärmetauscher eingesetzt. Alternativ ist er einem kondensierenden, mit dem ersten Wärmeträger betriebenen Wärmetauscher (02) in Strömungsrichtung der Rauchgase nachgeschaltet. A particular advantage of this development is that the outlet temperature of the flue gases ( 45 ) is lowered further. More energy is recovered from the flue gas. The heat exchanger connected to the second heat transfer medium ( 50 ) is used as a condensing second heat exchanger. Alternatively, it is a condensing, operated with the first heat transfer medium heat exchanger ( 02 ) downstream in the flow direction of the flue gases.
Eine derartige Weiterbildung des Verfahrens ist dann besonders vorteilhaft, wenn nicht sichergestellt werden kann, dass aufgrund hoher Wärmeträgereintrittstemperaturen (21) dauerhaft Kondensation im zweiten Wärmetauscher (02) stattfindet. Durch den Einsatz eines Wärmeträgers, der auf niedrigerem Temperaturniveau vorliegt, kann dies in jedem Fall gewährleistet werden. So kann in jedem Fall gewährleistet werden, dass das Rauchgas trotzdem gereinigt wird. Such a development of the method is particularly advantageous if it can not be ensured that due to high heat carrier inlet temperatures ( 21 ) permanent condensation in the second heat exchanger ( 02 ) takes place. By using a heat carrier, which is present at a lower temperature level, this can be guaranteed in any case. So it can be ensured in any case that the flue gas is still cleaned.
Vorteilhaft wird zudem verhindert, dass bei zeitweise aussetzender Kondensation im zweiten Wärmetauscher (02) aufgrund hoher Wärmeträgertemperaturen (21) dort Verdampfungsprozesse stattfinden. Durch die Abkühlung im dritten Wärmetauscher (03) wird immer Kondensation erreicht und das Kondensat der Sättigungszone (04) zugeführt. Die Rauchgase (41) liegen vor Eintritt in den zweiten Wärmetauscher (02) immer auf einem gesättigten Niveau vor. Auch bei hohen Wärmeträger- und damit Wärmetauschertemperaturen werden Verdampfungsprozesse im zweiten Wärmetauscher (02) wirksam verhindert. Ablagerungsbildung findet nicht statt. Advantageously, it is also prevented that with temporarily suspended condensation in the second heat exchanger ( 02 ) due to high heat carrier temperatures ( 21 ) Evaporation processes take place there. By cooling in the third heat exchanger ( 03 ) condensation is always achieved and the condensate of the saturation zone ( 04 ). The flue gases ( 41 ) are present before entering the second heat exchanger ( 02 ) always at a saturated level. Even at high heat carrier and thus heat exchanger temperatures evaporative processes in the second heat exchanger ( 02 ) effectively prevented. Deposition formation does not take place.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Wärmeträgertemperatur und/oder Durchflussmenge durch den ersten Wärmetauscher (22) derart verändert, dass die Wärmeträgeraustrittstemperatur (26) aus dem ersten Wärmetauscher (01) einen festen Regelwert einhält, der mindestens 15 °C über der Taupunkttemperatur liegt. In a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the heat carrier temperature and / or flow rate through the first heat exchanger ( 22 ) such that the heat carrier outlet temperature ( 26 ) from the first heat exchanger ( 01 ) maintains a fixed control value that is at least 15 ° C above the dew point temperature.
Aufgrund der Stabilität des erfindungsgemäßen Verfahrens, können die Wärmetauscherflächen für jede Nennleistung so dimensioniert werden, dass durch Regelung der Wärmeträgeraustrittstemperatur aus dem ersten Wärmetauscher (26) in jedem Betriebspunkt sichergestellt werden kann, dass die Rauchgastemperatur bei Austritt aus dem ersten Wärmetauscher (40) nicht unter den Taupunkt sinkt und gleichzeitig den Rauchgastaupunkt um nicht mehr als 35 °C übersteigt. Due to the stability of the method according to the invention, the heat exchanger surfaces for each rated power can be dimensioned so that by controlling the heat carrier outlet temperature from the first heat exchanger ( 26 ) can be ensured at each operating point that the flue gas temperature at exit from the first heat exchanger ( 40 ) does not fall below the dew point and at the same time does not exceed the flue gas dew point by more than 35 ° C.
Vorteilhaft ist dies insbesondere dann, wenn der erste und der zweite Wärmetauscher in Reihe geschaltet sind. Mittels einer temperaturgeregelten Pumpe (12) oder eines temperaturgeregelten Ventils wird auf einfache Weise die erfindungsgemäße Weiterbildung ausgeführt, ohne dass die Rauchgastemperatur (40) direkt gemessen werden muss. This is advantageous in particular when the first and the second heat exchanger are connected in series. By means of a temperature-controlled pump ( 12 ) or a temperature-controlled valve, the inventive development is carried out in a simple manner, without the flue gas temperature ( 40 ) must be measured directly.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Wärmeträgertemperatur und/oder Durchflussmenge durch den ersten Wärmetauscher (22) derart verändert, dass die Wärmeträgereintrittstemperatur in den ersten Wärmetauscher minimal 5° C unter der und maximal 10 ° über der Taupunkttemperatur liegt. In a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the heat carrier temperature and / or flow rate through the first heat exchanger ( 22 ) changed so that the heat carrier inlet temperature in the first heat exchanger is at least 5 ° C below and not more than 10 ° above the dew point temperature.
Die erfindungsgemäße Ausführungsform ist dem bekannten Verfahren der Rücklaufanhebung prinzipiell ähnlich. Im Gegensatz zu dieser wird jedoch die Wärmeträgertemperatur auf einem niedrigeren Niveau einreguliert. Auch dann wenn der Wärmeträger bei Eintritt in den ersten Wärmetauscher ungefähr der Taupunkttemperatur entspricht oder sogar noch etwas darunter liegt, findet noch keine Kondensation im Rauchgas stattfinden. Dies liegt daran, dass für den Wärmeübergang zwischen Rauchgas und Wärmeträger eine gewisse Temperaturdifferenz vorliegen muss, die üblicherweise in der Größenordnung von 5 °C liegt. The embodiment according to the invention is in principle similar to the known method of reflux lift. In contrast to this, however, the heat carrier temperature is regulated at a lower level. Even if the heat transfer medium when entering the first heat exchanger corresponds approximately to the dew point temperature or even slightly lower, no condensation takes place in the flue gas. This is due to the fact that there must be a certain temperature difference for the heat transfer between the flue gas and the heat transfer medium, which is usually of the order of 5 ° C.
Durch die niedriger angesetzte Eintrittstemperatur (22) in Kombination mit einer Wärmetauscherauslegung, die eine Abkühlung der Rauchgase (40) bis in die Nähe des Taupunkts im ersten Wärmetauscher berücksichtigt, wird sichergestellt dass die Rauchgase bei Austritt aus dem ersten Wärmetauscher einen Wert von 35 °C über dem Taupunkt nicht überschreiten. Due to the lower intake temperature ( 22 ) in combination with a heat exchanger design, the cooling of the flue gases ( 40 ) is taken into account close to the dew point in the first heat exchanger, ensuring that the flue gases do not exceed a value of 35 ° C above the dew point when exiting the first heat exchanger.
Vorteilhaft ist diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere deswegen, da hierdurch die bewährte Technik der Rücklaufanhebung implementiert werden kann und lediglich geringfügig angepasst werden muss. In Kombination mit der Sättigung der Rauchgase kann so durch geringe Modifikation ein bekanntes System wesentlich aufgewertet werden. This embodiment of the method according to the invention is advantageous, in particular, since this makes it possible to implement the proven technology of reflux lift and only has to be slightly adapted. In combination with the saturation of the flue gases, a known system can be substantially upgraded by minor modification.
Eine Anordnung, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden kann enthält zumindest einen ersten Wärmetauscher (01), einen zweiten Wärmetauscher (02) und mögliche weitere Wärmetauscher (03). Der zweite und die weiteren Wärmetauscher sind dem ersten Wärmetauscher in Strömungsrichtung der Rauchgase nachgeschaltet. Die Rauchgase entstammen einem Wärmeerzeuger (08). An arrangement that can be operated by the method according to the invention contains at least one first heat exchanger ( 01 ), a second heat exchanger ( 02 ) and possible further heat exchangers ( 03 ). The second and the further heat exchangers are connected downstream of the first heat exchanger in the flow direction of the flue gases. The flue gases come from a heat generator ( 08 ).
Weiterhin enthält die Anordnung eine Sättigungszone (04), die zwischen dem ersten und zweiten Wärmetauscher angeordnet ist. Sie wird von Rauchgas durchströmt. Gleichzeitig wird ihr Kondensat (35) zugeführt, das in der Sättigungszone mit dem Rauchgas in Kontakt gebracht wird. In der Sättigungszone (04) sind Mittel zur Kondensatsammlung und / oder -abfuhr (10) vorhanden. Derartige Mittel können insbesondere als Auffangbehälter, Kondensatsumpf (30) oder Siphon (31) ausgeführt werden. Furthermore, the arrangement contains a saturation zone ( 04 ) disposed between the first and second heat exchangers. It is traversed by flue gas. At the same time, its condensate ( 35 ), which is brought into contact with the flue gas in the saturation zone. In the saturation zone ( 04 ) are means for condensate collection and / or removal ( 10 ) available. Such agents can be used in particular as a collecting container, condensate sump ( 30 ) or siphon ( 31 ).
Weiterhin umfasst die Anordnung mindestens ein Mittel zur Durchflussanpassung (11, 12, 13). Dieses wird mit einem ersten Wärmeträger betrieben, mit dem auch der erste (01) Wärmetauscher betrieben wird. Es ist üblicherweise in Form einer Pumpe (12), eines Misch- oder sonstigen Ventils (11, 13, 14) ausgeführt. Das Mittel zur Durchflussanpassung ist in der Wärmeträgerzu- (22) oder -abführung (23, 26) zum ersten Wärmetauscher (01) oder einer seiner Untereinheiten (101, 102) angeordnet. Der Wärmeträgerdurchfluss durch den ersten Wärmetauscher wird also durch das Mittel verändert. Furthermore, the arrangement comprises at least one means for adjusting the flow rate ( 11 . 12 . 13 ). This is operated with a first heat transfer medium, with which also the first ( 01 ) Heat exchanger is operated. It is usually in the form of a pump ( 12 ), a mixing or other valve ( 11 . 13 . 14 ). The means for adjusting the flow is in the heat transfer ( 22 ) or transfer ( 23 . 26 ) to the first heat exchanger ( 01 ) or one of its subunits ( 101 . 102 ) arranged. The heat transfer flow through the first heat exchanger is thus changed by the means.
Bei einer erfindungsgemäßen Anordnung ist die Sättigungszone (04) im Wesentlichen unterhalb einem der Wärmetauscher (02, 03) angeordnet, in dem Kondensation stattfindet. Dadurch ist es möglich, dass das Kondensat (35) aus diesem Wärmetauscher der Sättigungszone nur durch die Schwerkraft zugeführt wird. Es sind keine zusätzlichen Pumpen oder sonstige Antriebsmittel für die Kondensatzufuhr notwendig. In an arrangement according to the invention, the saturation zone ( 04 ) substantially below one of the heat exchangers ( 02 . 03 ), in which condensation takes place. This makes it possible for the condensate ( 35 ) is supplied from this heat exchanger of the saturation zone only by gravity. There are no additional pumps or other drive means for the condensate supply necessary.
Weithin ist erfindungsrelevant dass im Rauchgas (40) nach dem ersten Wärmetauscher (01) oder in der Wärmeträgerzu- oder abführung zum ersten Wärmetauscher (01) ein Mittel zur Temperaturmessung angeordnet ist. Das Mittel zur Temperaturmessung als Regelgrößengeber und das Mittel zur Durchflussanpassung (11, 12, 13, 14) als Stellglied sind zu einem Regelkreis verbunden. Dabei wird die Durchflussmenge (22, 23, 26) und / oder die Temperatur des Wärmeträgerstroms durch den ersten Wärmetauscher (01) oder einer seiner Untereinheiten (101, 102) geregelt. It is relevant to the invention that in flue gas ( 40 ) after the first heat exchanger ( 01 ) or in the heat carrier supply or discharge to the first heat exchanger ( 01 ) is arranged a means for measuring temperature. The means for measuring the temperature as a controlled variable generator and the means for adjusting the flow ( 11 . 12 . 13 . 14 ) as an actuator are connected to a control loop. The flow rate ( 22 . 23 . 26 ) and / or the temperature of the heat carrier flow through the first heat exchanger ( 01 ) or one of its subunits ( 101 . 102 ).
Die Regelgröße des temperaturgesteuerten Mittels zur Durchflussanpassung (11, 12, 13, 14) ist üblicherweise die Rauchgastemperatur nach dem ersten Wärmetauscher (40). Als Mittel zur Temperaturmessung wird üblicherweise ein Thermometer, Thermoelement oder Thermostat im Rauchgas verwendet. The controlled variable of the temperature-controlled means for flow adaptation ( 11 . 12 . 13 . 14 ) is usually the flue gas temperature after the first heat exchanger ( 40 ). As a means of temperature measurement, a thermometer, thermocouple or thermostat is usually used in the flue gas.
Eine indirekte Bestimmung der Rauchgastemperatur ist in einer vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Anordnung mittels eines Temperaturfühlers im Wärmeträgerein- oder -austritt aus dem ersten Wärmetauscher (01) durchführbar. In einer derartigen Anordnung wird das erfindungsgemäße Verfahren entsprechend Anspruch 8 realisiert. An indirect determination of the flue gas temperature is in an advantageous embodiment of the arrangement according to the invention by means of a temperature sensor in the heat carrier inlet or outlet from the first heat exchanger ( 01 ) feasible. In such an arrangement, the inventive method according to claim 8 is realized.
Die Steuerung des mindestens einen temperaturgesteuerten Mittels zur Durchflussanpassung (11, 12, 13, 14) erfolgt so, dass die Rauchgasaustrittstemperatur aus dem zweiten Wärmetauscher über der Taupunkttemperatur der Rauchgase liegt, diese aber um maximal 35 °C übersteigt. The control of the at least one temperature-controlled means for flow adaptation ( 11 . 12 . 13 . 14 ) takes place so that the flue gas outlet temperature from the second heat exchanger is above the dew point temperature of the flue gases, but this exceeds by a maximum of 35 ° C.
In einer vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Anordnung ist mindestens ein temperaturgeregeltes Mittel zur Durchflusssteuerung als Mischventil (13), Drossel (14)- oder Schaltventil (11) ausgeführt. Dieses erhöht die Rauchgastemperatur (40) nach dem ersten Wärmetauscher (01) indem es die Durchflussmenge durch den zweiten Wärmetauscher verringert. Auf diese Weise wird die Kondensation im ersten Wärmetauscher verhindert. In an advantageous embodiment of the arrangement according to the invention at least one temperature-controlled means for flow control as a mixing valve ( 13 ), Throttle ( 14 ) or switching valve ( 11 ). This increases the flue gas temperature ( 40 ) after the first heat exchanger ( 01 ) by reducing the flow rate through the second heat exchanger. In this way, condensation in the first heat exchanger is prevented.
Durch die Verringerung der Durchflussmenge durch den zweiten Wärmetauscher werden dort höhere Wärmetauscheraustrittstemperaturen (25) erreicht. Wird der höher erwärmte Wärmeträger nun durch den ersten Wärmetauscher (01) oder dessen Untereinheiten (101, 102) geführt, bleibt die Rauchgastemperatur immer oberhalb der Wärmeträgertemperatur. Kondensation im ersten Wärmetauscher wird so verhindert. Erst wenn die Rauchgastemperatur (40) oberhalb der Taupunkttemperatur liegt, wird die Durchflussmenge durch den ersten Wärmetauscher erhöht. By reducing the flow rate through the second heat exchanger there are higher heat exchanger outlet temperatures ( 25 ) reached. If the higher heat transfer medium is now passed through the first heat exchanger ( 01 ) or its subunits ( 101 . 102 ), the flue gas temperature always remains above the heat transfer medium temperature. Condensation in the first heat exchanger is prevented. Only when the flue gas temperature ( 40 ) is above the dew point temperature, the flow rate through the first heat exchanger is increased.
Die Verringerung des Wärmeträgerdurchflusses durch den ersten Wärmetauscher kann auf unterschiedliche Arten erfolgen. Sind erster und zweiter Wärmetauscher in Reihe geschaltet, so wird mittels einer volumenstromveränderlichen Pumpe oder eines Drosselventils vorteilhaft die Durchflussmenge durch den ersten (21, 25) und damit auch durch den zweiten Wärmetauscher (27, 22, 26) angepasst. Im einfachsten Fall wird dabei durch ein Schaltventil (11) erst dann Wärmeträger aus dem zweiten Wärmetauscher (02) durch die beiden Wärmetauscher geleitet, wenn die Rauchgastemperatur oder die Wärmeträgertemperatur (26) einen Grenzwert überschreitet und so Kondensation im ersten Wärmetauscher nicht mehr möglich ist. The reduction of the heat transfer flow through the first heat exchanger can be done in different ways. If the first and second heat exchangers are connected in series, it is advantageous to use a volume-flow variable pump or a throttle valve to control the flow rate through the first ( 21 . 25 ) and thus also by the second heat exchanger ( 27 . 22 . 26 ) customized. In the simplest case, by a switching valve ( 11 ) only then heat transfer medium from the second heat exchanger ( 02 ) through the two heat exchangers, when the flue gas temperature or the heat carrier temperature ( 26 ) exceeds a limit and so condensation in the first heat exchanger is no longer possible.
In einer weiteren vorteilhaften Anordnung wird die Durchflussmenge durch den zweiten Wärmetauscher dadurch verringert, dass ein Teil des Wärmeträgervolumenstroms durch den ersten Wärmetauscher (01) oder eine seiner Untereinheiten (101, 102) rezirkuliert wird (24) (1, 3). Vorteilhaft wird ein Teil des im ersten Wärmetauscher erwärmten Wärmeträgervolumenstroms (26) dem Wärmeträgervolumenstrom vor dem ersten Wärmetauscher (28, 27, 22) beigemischt. Hierzu wird vorteilhaft ein 3- oder Mehrwegemischventil (13, 11) in der Wärmeträgerleitung vor oder nach dem ersten Wärmetauscher (26, 28, 27, 22) angeordnet. Durch die Rezirkulation wird bei gleichem Volumenstrom durch die ersten Wärmetauscher (01, 101, 102) weniger Volumenstrom durch den zweiten Wärmetauscher geleitet. In a further advantageous arrangement, the flow rate through the second heat exchanger is reduced by a part of the heat carrier volume flow through the first heat exchanger (FIG. 01 ) or one of its subunits ( 101 . 102 ) is recirculated ( 24 ) ( 1 . 3 ). Advantageously, part of the heat transfer medium flow heated in the first heat exchanger ( 26 ) the heat carrier volume flow upstream of the first heat exchanger ( 28 . 27 . 22 ) added. For this purpose, a 3- or multi-way mixing valve ( 13 . 11 ) in the heat carrier line before or after the first heat exchanger ( 26 . 28 . 27 . 22 ) arranged. Due to the recirculation, at the same volume flow through the first heat exchangers ( 01 . 101 . 102 ) passed less flow through the second heat exchanger.
Das Ventil wird in der einfachsten Variante als temperaturgesteuertes Schaltventil ausgeführt, das zwischen den Ventileingang zwischen Rezirkulationsleitung (24) und Wärmeträgerleitung vom zweiten Wärmetauscher (25) alternierend schaltet. Die Rezirkulationsleitung ist in einer weiteren Variante mit einer alternativen Wärmequelle, beispielsweise mit einem Wärmespeicher oder der Wärmeerzeugerrücklaufleitung (26) verbunden. In the simplest version, the valve is designed as a temperature-controlled switching valve that is connected between the valve inlet between the recirculation line ( 24 ) and heat carrier line from the second heat exchanger ( 25 ) switches alternately. The recirculation line is in a further variant with an alternative heat source, for example with a heat storage or the heat generator return line ( 26 ) connected.
Vorteilhaft an einer derartigen Anordnung ist zudem, dass der beigemischte oder alternierend geschaltete Wärmeträger auf einem höheren Temperaturniveau vorliegt. Zum einen wird also im zweiten Wärmetauscher der Wärmeträger stärker erhitzt, zum anderen wird zusätzlich wärmerer Wärmeträger beigemischt. Kondensation wird noch wirksamer verhindert, die Wärmetauscher werden durch den Wärmeträger sogar erwärmt. An advantage of such an arrangement is also that the admixed or alternately switched heat transfer medium is present at a higher temperature level. On the one hand, therefore, the heat transfer medium is heated more strongly in the second heat exchanger, and on the other hand, warmer heat transfer medium is additionally added. Condensation is even more effectively prevented, the heat exchangers are even heated by the heat transfer medium.
Eine derartige Anordnung ist besonders beim Einsatz der Brennwerttechnik integriert in einen Wärmeerzeuger vorteilhaft. Dann wird durch die entsprechende Anordnung eine zusätzliche Rücklaufanhebung im Wärmeerzeuger überflüssig. Es kommt vorteilhaft dieselbe Technik, also ein Thermostatventil zum Einsatz. Lediglich die Schaltpunkte müssen gegebenenfalls angepasst werden. Vorteilhaft nutzt dabei das Thermostatventil nicht die Wärmeerzeugertemperatur, sondern die Rauchgastemperatur. Eine genauere Regelung ist dann möglich. Such an arrangement is particularly advantageous when using the condensing technology integrated into a heat generator. Then by the appropriate arrangement an additional return flow increase in the heat generator superfluous. It comes advantageous the same technique, so a thermostatic valve used. Only the switching points may need to be adjusted. Advantageously, the thermostatic valve does not use the heat generator temperature, but the flue gas temperature. A more precise regulation is then possible.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Anordnung (2) verbindet eine Wärmetauscherbypassleitung (29) Eingang (22) und Ausgang (27, 26) des ersten Wärmetauschers (01) oder dessen Untereinheiten (101, 102) Ein temperaturgeregeltes Mittel zur Durchflussanpassung (11, 12, 13, 14) erhöht die Rauchgastemperatur nach dem ersten Wärmetauscher (40) indem es Wärmeträgerstrom durch die Bypassleitung erhöht. In a further arrangement according to the invention ( 2 ) connects a heat exchanger bypass line ( 29 ) Entrance ( 22 ) and output ( 27 . 26 ) of the first heat exchanger ( 01 ) or its subunits ( 101 . 102 ) A temperature-controlled means for adjusting the flow rate ( 11 . 12 . 13 . 14 ) increases the flue gas temperature after the first heat exchanger ( 40 ) by increasing heat transfer flow through the bypass line.
Durch ein entsprechendes temperaturgesteuertes Misch, Schalt oder Drosselventil (11, 13, 14) oder eine Pumpe (14) wird ein Teilstrom oder der vollständige Wärmeträgerstrom am ersten Wärmetauscher vorbei geführt. Dadurch wird die im ersten Wärmetauscher aufgenommene Wärmemenge verringert. Die Rauchgastemperatur nach dem ersten Wärmetauscher (40) steigt. Kondensation im ersten Wärmetauscher wird verhindert. By a corresponding temperature-controlled mixing, switching or throttle valve ( 11 . 13 . 14 ) or a pump ( 14 ), a partial flow or the complete heat carrier flow is passed to the first heat exchanger. As a result, the amount of heat absorbed in the first heat exchanger is reduced. The flue gas temperature after the first heat exchanger ( 40 ) increases. Condensation in the first heat exchanger is prevented.
Umgekehrt wird bei hohen Rauchgastemperaturen mehr Wärmeträger durch den ersten Wärmetauscher geführt. Die dort aufgenommene Wärmemenge steigt. Die Rauchgastemperatur wird so angepasst, dass sie die Taupunkttemperatur um max. 35 ° c überschreitet und das erfindungsgemäße Verfahren angewandt werden kann. Conversely, at high flue gas temperatures more heat transfer medium is passed through the first heat exchanger. The amount of heat absorbed there increases. The flue gas temperature is adjusted so that the dew point temperature is increased by max. Exceeds 35 ° C and the inventive method can be applied.
Vorteilhaft ist eine derartige Anordnung insbesondere dann, wenn ein Brennwertwärmetauscher an bestehende Wärmeerzeuger angeschlossen wird. Dann ist meist schon eine Rücklaufanhebung für die trocken arbeitenden Wärmetauscher im Wärmeerzeuger (101) vorhanden (24, 13). Die Bypassleitung überbrückt vorteilhaft den zusätzlichen trocken arbeitenden Vorwärmetauscher (102) in der der Anordnung zur Wärmerückgewinnung. So wird auch in diesem Wärmetauscher Kondensation verhindert. Gleichzeitig wird durch die erfindungsgemäße Anordnung die Rauchgastemperatur zuverlässig knapp oberhalb der Taupunkttemperatur gehalten und das erfindungsgemäße Verfahren wird optimal eingesetzt. Vorteilhaft ist die Anordnung insbesondere deshalb, da eine nachzurüstende Brennwertwärmetauschereinheit nur an den Heizungsrücklauf (21) angeschlossen werden muss. Der Heizungsvorlauf bleibt unverändert bestehen. Such an arrangement is advantageous in particular when a condensing heat exchanger is connected to existing heat generator. Then usually a return flow increase for the dry heat exchangers in the heat generator ( 101 ) available ( 24 . 13 ). The bypass line advantageously bridges the additional dry-working preheat exchanger ( 102 ) in the arrangement for heat recovery. So condensation is prevented in this heat exchanger. At the same time the flue gas temperature is reliably maintained just above the dew point temperature by the inventive arrangement and the inventive method is used optimally. The arrangement is advantageous in particular because a calorific value heat exchanger unit to be retrofitted only to the heating return ( 21 ) must be connected. The heating flow remains unchanged.
Vorteilhaft werden die Anordnungen nach Anspruch 9, 10 und 11 auch in Kombination eingesetzt. Dadurch wird eine noch sicherere Kondensationsverhinderung durch schnellere Erwärmung bei Wärmeerzeugerstart erreicht. Zudem steigt die Regelgüte des Verfahrens. Advantageously, the arrangements according to claim 9, 10 and 11 are also used in combination. As a result, an even safer condensation prevention is achieved by faster heating at the start of the heat generator. In addition, the control quality of the method increases.
In eine weiteren vorteilhaften Ausführung einer erfindungsgemäßen Anordnung (3) ist unterhalb des zweiten oder dritten Wärmetauschers eine Strömungsumlenkung (04) vorhanden. Die Rauchgasströmung besitzt dann zumindest bei Eintritt in den Wärmetauscher eine der Schwerkraft entgegen gerichtete Komponente. In a further advantageous embodiment of an arrangement according to the invention ( 3 ) is below the second or third heat exchanger, a flow deflection ( 04 ) available. The flue gas flow then has, at least when it enters the heat exchanger, a component directed against gravity.
Durch diese erfindungsgemäße Ausführung der Anordnung bildet die Strömungsumlenkung selbst die Sättigungszone (04). Kondensat aus dem zweiten (02) oder dritten (03) Wärmetauscher tropft in die Strömungszone und sättigt dort das entgegenströmende Rauchgas. Vorteilhaft wird dabei der zweite Wärmetauscher von unten nach oben durchströmt. Die Strömungsumlenkung bildet die Sättigungszone (04). Dort sammelt sich Kondensat, das nicht in den ersten Wärmetauscher gelangen kann und abgeführt wird. By this embodiment of the arrangement according to the invention, the flow deflection itself forms the saturation zone ( 04 ). Condensate from the second ( 02 ) or third ( 03 ) Heat exchanger drips into the flow zone and saturates the opposing flue gas there. Advantageously, the second heat exchanger is flowed through from bottom to top. The flow deflection forms the saturation zone ( 04 ). There condensate collects, which can not get into the first heat exchanger and is discharged.
Erfindungsrelevant ist hierbei die Kombination der Strömungsumlenkung mit der vorgeschalteten geregelten Vorabkühlung im ersten Wärmetauscher (01) oder seiner Untereinheiten (101, 102). Zwar beschreiben bekannte Anordnungen, Vorrichtungen und Verfahren auch eine Strömungsumlenkung unterhalb eines kondensierenden Wärmetauschers. Da hier jedoch die Rauchgastemperatur bei Eintritt nicht geregelt ist, kann eine Sättigung der Rauchgase vor Eintritt in den Wärmetauscher nicht erfolgen. Die Verdampfungsvorgänge mit Ablagerungsbildung finden in viel stärkerem Umfang und mit höheren Exergieverlusten innerhalb des zweiten Wärmetauschers statt, bis letztendlich eine Sättigung erreicht ist. Relevant to the invention here is the combination of the flow deflection with the upstream controlled pre-cooling in the first heat exchanger ( 01 ) or its subunits ( 101 . 102 ). Although known arrangements, devices and methods also describe a flow deflection below a condensing heat exchanger. Since, however, the flue gas temperature is not regulated at entry, saturation of the flue gases before entry into the heat exchanger can not take place. Deposition formation vaporizations take place to a much greater extent and with higher exergy losses within the second heat exchanger until saturation is finally achieved.
Durch die erfindungsgemäße Vorabkühlung der Rauchgase ist ein kurzes Stück Rauchgasumlenkung, unterhalb eines kondensierenden Wärmetauschers ausreichend um die nötige Kontaktzeit und Durchmischung für eine Sättigung der Rauchgase vor Eintritt in den zweiten Wärmetauscher (02) zu ermöglichen. Due to the pre-cooling of the flue gases according to the invention is a short piece of flue gas deflection, below a condensing heat exchanger sufficient for the necessary contact time and mixing for saturation of the flue gases before entering the second heat exchanger ( 02 ).
In einer weiteren Ausführung einer erfindungsgemäßen Anordnung sind in der Sättigungszone (04) Mittel (36) vorhanden, die Oberfläche und / oder Verweildauer des Kondensats in der Sättigungszone vergrößern. In a further embodiment of an arrangement according to the invention, in the saturation zone ( 04 ) Medium ( 36 ), increase the surface area and / or residence time of the condensate in the saturation zone.
Dies sind insbesondere gitterartige, lochblechartige oder netzförmige Strukturen, auf die das Kondensat geleitet wird. Das Kondensat bedeckt diese Strukturen und läuft langsam an ihnen herab. Die Oberfläche des Kondensats und die Verweildauer in der Sättigungszone wird dadurch erhöht. Der Sättigungsprozess findet auf kleinerem Raum und effektiver statt. These are in particular grid-like, perforated plate-like or reticulated structures, on which the condensate is passed. The condensate covers these structures and runs slowly down them. The surface of the condensate and the residence time in the saturation zone is thereby increased. The saturation process takes place in a smaller space and more effectively.
Vorteilhaft finden faserförmige oder ähnliche Strukturen Verwendung, die Kontakt mit einem Kondensatsumpf (30) haben. Diese Strukturen nutzen vorteilhaft die Kapillarwirkung um Kondensat aus dem Sumpf zu fördern. Sie sind somit dauerhaft feucht, selbst wenn kurzzeitig die Kondensation im zweiten (02) oder dritten Wärmetauscher (03) aussetzt oder noch nicht begonnen hat. Eine noch höhere Prozesssicherheit ist gewährleistet. Solche Strukturen reinigen sich von Ablagerungen vorteilhaft selbsttätig durch Eigenbewegung. It is advantageous to use fibrous or similar structures that are in contact with a condensate sump ( 30 ) to have. These structures take advantage of the capillary action to promote condensate from the sump. They are thus permanently moist, even if the condensation in the second ( 02 ) or third heat exchanger ( 03 ) or has not started yet. An even higher process reliability is guaranteed. Such structures clean themselves of deposits advantageous automatically by proper motion.
Das Kondensat verdampft zwar und es bilden sich Ablagerungen. Die Strukturen sind vorteilhaft jedoch so gestaltet, dass Ablagerungen keinen oder nur minimalen Einfluss auf den Strömungswiderstand haben. Gleichzeitig wird in der Sättigungszone keine Wärme auf einen Wärmeträger übertragen. Die entsprechenden Wärmeübergangswiderstände in den Wärmetauschern verändern sich durch die Ablagerungen nicht. The condensate evaporates and deposits are formed. However, the structures are advantageously designed so that deposits have no or only minimal influence on the flow resistance. At the same time no heat is transferred to a heat transfer medium in the saturation zone. The corresponding heat transfer resistances in the heat exchangers do not change due to the deposits.
Anordnungen, die mit den erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden können, sind in 1–3 dargestellt, 4 und 5 stellen den Stand der Technik dar: Arrangements that can be operated with the inventive method are in 1 - 3 shown, 4 and 5 represent the state of the art:
1 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung entsprechend Anspruch 9 und 10 1 shows an inventive arrangement according to claim 9 and 10
2 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung entsprechend Anspruch 9 und 11 2 shows an inventive arrangement according to claim 9 and 11
3 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung mit einer beispielhaften Ausführung einer Sättigungszone in einer Strömungsumlenkung 3 shows an inventive arrangement with an exemplary embodiment of a saturation zone in a flow deflection
4 zeigt eine übliche Anordnung zur Wärmerückgewinnung 4 shows a conventional arrangement for heat recovery
5 zeigt einen üblichen Brennwert-Wärmetauscher, der von unten nach oben durchströmt wird. 5 shows a conventional condensing heat exchanger, which is traversed from bottom to top.
1 zeigt einen ersten Wärmetauscher (01) und einen zweiten Wärmetauscher (02). Beide Wärmetauscher werden mit demselben Wärmeträger betrieben. Dieser wird zuerst im ersten Wärmetauscher (01) erwärmt. Anschließend wird ihm in einem Mischventil oder Schaltventil (13) erwärmter Wärmeträger (24) beigemischt. In einer vorteilhaften, hier nicht dargestellten Ausführung ist der Ventileingang mit dem Wärmeträgerrücklauf (26) oder dem Wärmeträgeraustritt aus dem ersten Wärmetauscher (23) verbunden. Das Mischventil ist mit einem Mittel zur Temperaturmessung – beispielsweise einem Rauchgasthermostat, einem Thermoelement oder Thermometer – im Rauchgasstrom verbunden und wird durch dieses gesteuert. Die Temperaturmessung erfolgt dabei bevorzugt in der Rauchgasführung bei Austritt (40) aus dem ersten Wärmetauscher (01). Die Rauchgasaustrittstemperatur aus dem zweiten Wärmetauscher wird also in einem definierten Bereich gehalten, der oberhalb des Rauchgastaupunkts liegt und diesen um nicht mehr al 35 °C überschreitet. 1 shows a first heat exchanger ( 01 ) and a second heat exchanger ( 02 ). Both heat exchangers are operated with the same heat transfer medium. This is first in the first heat exchanger ( 01 ) is heated. Then it is in a mixing valve or switching valve ( 13 ) heated heat transfer medium ( 24 ) added. In an advantageous embodiment, not shown here, the valve inlet with the heat carrier return ( 26 ) or the heat carrier outlet from the first heat exchanger ( 23 ) connected. The mixing valve is connected to a means for measuring temperature - for example, a flue gas thermostat, a thermocouple or thermometer - in the flue gas flow and is controlled by this. The temperature measurement is preferably carried out in the flue gas duct at the outlet ( 40 ) from the first heat exchanger ( 01 ). The flue gas outlet temperature from the second heat exchanger is thus kept in a defined range, which is above the Rauchgastaupunkts and this exceeds not more than 35 ° C.
Unterhalb des zweiten Wärmetauschers ist eine Sättigungszone (04) ausgeführt. Kondensat (35), das im zweiten Wärmetauscher (02) entsteht wird dem Rauchgas in der Sättigungszone durch die Schwerkraft zugeführt. Es tropft beispielweise in die Sättigungszone. Das Restkondensat mit den gebundenen Schadstoffen wird gesammelt (30) und üblicherweise durch einen Siphon (31) abgeführt. Alternativ wird es manuell entleert. Below the second heat exchanger is a saturation zone ( 04 ). Condensate ( 35 ), which in the second heat exchanger ( 02 ) is fed to the flue gas in the saturation zone by gravity. For example, it drips into the saturation zone. The residual condensate with the bound pollutants is collected ( 30 ) and usually by a siphon ( 31 ) dissipated. Alternatively it is emptied manually.
Vorteilhaft verhindert die dargestellte Anordnung das Auftreten von Verdampfungsprozessen im zweiten Wärmetauscher (02). Die Sättigung des Rauchgases stabilisiert den Prozess ohne zusätzliche Regelungsmittel, Antriebe oder Sensoren. Weitgehend unabhängig von der Rauchgasaustrittstemperatur(40) aus dem ersten Wärmetauscher (01) liegt das Rauchgas bei Eintritt in den zweiten Wärmetauscher (02) mit annähernd 100% Feuchte und auf Taupunkttemperatur vor. Selbst bei hohen Wärmeträgervorlauftemperaturen (21) bis kurz unterhalb der Taupunkttemperatur, werden Verdampfungsprozesse und damit Ablagerungen im Wärmetauscher wirksam verhindert. Das Verfahren wird so weitgehend unabhängig von der Wärmeträgervorlauftemperatur. Advantageously, the illustrated arrangement prevents the occurrence of evaporation processes in the second heat exchanger ( 02 ). The saturation of the flue gas stabilizes the process without additional control means, drives or sensors. Largely independent of the flue gas outlet temperature ( 40 ) from the first heat exchanger ( 01 ), the flue gas is on entry into the second heat exchanger ( 02 ) at approximately 100% humidity and at dew point temperature. Even at high heat carrier flow temperatures ( 21 ) to just below the dew point temperature, evaporation processes and thus deposits in the heat exchanger are effectively prevented. The process is so largely independent of the heat carrier inlet temperature.
2 zeigt einen ersten Wärmetauscher (01) der aus zwei ersten Wärmetauschereinheiten (101, 102) gebildet wird und einen zweiten Wärmetauscher (02). Erster und zweiter Wärmetauscher werden mit demselben Wärmeträger betrieben. Die erste Wärmetauschereinheit (101) ist dabei in einen Wärmeerzeuger (08) integriert. Der Wärmeerzeugervorlauf (21) wird erst im zweiten Wärmetauscher (02) erwärmt. 2 shows a first heat exchanger ( 01 ) of two first heat exchanger units ( 101 . 102 ) is formed and a second heat exchanger ( 02 ). First and second heat exchangers are operated with the same heat transfer medium. The first heat exchanger unit ( 101 ) is in a heat generator ( 08 ) integrated. The heat generator feed ( 21 ) is only in the second heat exchanger ( 02 ) is heated.
Anschließend wird der Wärmeträger der zweiten Wärmetauschereinheit (102) zugeführt. Der Wärmeträgerstrom (25) wird geteilt. Ein Teil (22) wird durch die die zweite Wärmetauschereinheit (102) geleitet. Der restliche Wärmeträgerstrom wird über einen Bypass (29) an der Wärmetauschereinheit vorbeigeführt. Ein Mischventil oder Schaltventil (11) regelt dabei die Durchflussmenge durch die zweite Wärmetauschereinheit (102) und somit die dort übertragene Wärmemenge. Durch die Anpassung der übertragenen Wärmemenge wird die Rauchgasaustrittstemperatur bei Austritt aus dem ersten Wärmetauscher (40) angepasst. Subsequently, the heat transfer medium of the second heat exchanger unit ( 102 ). The heat transfer stream ( 25 ) will be shared. A part ( 22 ) is passed through the second heat exchanger unit ( 102 ). The remaining heat carrier flow is via a bypass ( 29 ) passed the heat exchanger unit. A mixing valve or switching valve ( 11 ) regulates the flow rate through the second heat exchanger unit ( 102 ) and thus the amount of heat transferred there. By adjusting the amount of heat transferred, the flue gas outlet temperature at the outlet from the first heat exchanger ( 40 ) customized.
Die Installation mit einem Bypass der zweiten Wärmetauschereinheit wird vorteilhaft bei Anordnungen angewandt, die an einem Wärmeerzeuger (08) nachträglich installiert werden. Zweite Wärmetauschereinheit (102), Mischventil (11) Sättigungszone (04), zweiter und mögliche weitere Wärmetauscher (02, 03) werden dann vorteilhaft als kompakte Einheit in der Rauchgasführung (09) nach dem Wärmeerzeuger (08) installiert. Wärmeträgerseitig muss eine derartige Einheit nur an den Wärmeträgervorlauf (21, 27) angeschlossen werden. The installation with a bypass of the second heat exchanger unit is advantageously used in arrangements which are connected to a heat generator ( 08 ) be installed later. Second heat exchanger unit ( 102 ), Mixing valve ( 11 ) Saturation zone ( 04 ), second and possible further heat exchangers ( 02 . 03 ) are then advantageously as a compact unit in the flue gas duct ( 09 ) after the heat generator ( 08 ) Installed. On the heat carrier side, such a unit must only be connected to the heat carrier feed ( 21 . 27 ) are connected.
Das Mischventil (11) wird alternativ am Wärmetauschereintritt (22) installiert. Weiterhin kann es auch als Drosselventil ausgeführt werden. Vorteilhaft ist es auch, wenn die Durchflussmenge durch den ersten Wärmetauscher (01) mittels einer Pumpe (12) oder ähnlicher druckerhöhender Mittel durchgeführt wird. Der Bypass (29) umfasst alternativ den gesamten ersten Wärmetauscher (01) oder sogar zusätzlich den zweiten Wärmetauscher (02). Vorteilhaft kann zusätzlich eine Rücklaufanhebung (24), wie in 1 und 3 dargestellt, installiert werden. Dann wird die Kondensationsgefahr in den trockenen Wärmetauschern (01, 101, 102) noch weiter reduziert. The mixing valve ( 11 ) is alternatively connected to the heat exchanger inlet ( 22 ) Installed. Furthermore, it can also be designed as a throttle valve. It is also advantageous if the flow rate through the first heat exchanger ( 01 ) by means of a pump ( 12 ) or similar pressure-increasing agent. The bypass ( 29 ) alternatively comprises the entire first heat exchanger ( 01 ) or even in addition the second heat exchanger ( 02 ). Advantageously, in addition, a return flow increase ( 24 ), as in 1 and 3 shown to be installed. Then the risk of condensation in the dry heat exchangers ( 01 . 101 . 102 ) even further reduced.
Die Steuerung bzw. Regelung des Misch- oder Drosselventils (11, 13) bzw. des druckerhöhenden Mittels (12) erfolgt temperaturabhängig. Als Eingangs- bzw. Regelgröße wird die Rauchgastemperatur nach dem ersten Wärmetauscher (40) gemessen. Der Wärmeträgerdurchfluss durch den ersten Wärmetauscher (01, 101, 102) wird durch das Mittel derart angepasst, dass dieser Wert immer über der Taupunkttemperatur liegt und diese um maximal 35°C überschreitet. Dabei wird der Wärmeträgerdurchfluss (22) erhöht, wenn die Rauchgastemperatur (40) ansteigt und umgekehrt. The control or regulation of the mixing or throttle valve ( 11 . 13 ) or of the pressure-increasing agent ( 12 ) is temperature dependent. The input or controlled variable is the flue gas temperature after the first heat exchanger ( 40 ). The heat carrier flow through the first heat exchanger ( 01 . 101 . 102 ) is adjusted by the means so that this value is always above the dew point temperature and exceeds this by a maximum of 35 ° C. The heat carrier flow ( 22 ), when the flue gas temperature ( 40 ) and vice versa.
Die durchflussverändernden Mittel (11, 12, 13, 14) werden entweder kontinuierlich betrieben und sind entsprechend als drehzahlgeregelte Pumpen, Proportionalventile oder ähnlich ausgebildet. Alternativ sind sie als Schaltventile oder Pumpen mit festen Drehzahlen ausgeführt. Die Regulierung der Wärmeabnahme erfolgt dann diskontinuierlich im Schaltbetrieb. Vorteilhaft werden hierzu Schaltpunkte der Temperatur definiert. The flow-changing agents ( 11 . 12 . 13 . 14 ) are operated either continuously and are accordingly designed as speed-controlled pumps, proportional valves or similar. Alternatively, they are designed as switching valves or pumps with fixed speeds. The regulation of heat dissipation is then discontinuous in switching operation. Switching points of the temperature are advantageously defined for this purpose.
Alternativ wird anstatt der direkten Messung der Rauchgastemperatur nach dem ersten Wärmetauscher (40) die Wärmeträgertemperatur vor oder nach dem ersten Wärmetauscher (01) oder einer seiner Untereinheiten (101, 102) gemessen und als Regelgröße verwendet. Weiterhin wird alternativ die Rauchgastemperatur nach dem ersten Wärmetauscher (01) oder einer seiner Untereinheiten erfasst. Alternatively, instead of the direct measurement of the flue gas temperature after the first heat exchanger ( 40 ) the heat carrier temperature before or after the first heat exchanger ( 01 ) or one of its subunits ( 101 . 102 ) and used as a controlled variable. Furthermore, alternatively, the flue gas temperature after the first heat exchanger ( 01 ) or one of its subunits.
Vorteilhaft ist die Nutzung der beschriebenen alternativen Regelgrößen insbesondere dadurch, dass kostengünstige Standardteile, wie beispielsweise Thermostat- oder Rücklaufanhebungsventile existieren, in die die gewünschte Regelfunktionalität integriert ist. Somit ist eine externe Steuerung zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Anordnung nicht nötig. Durch Nutzung der alternativen Regelgrößen kann die Rauchgastemperatur am Wärmetauscherausgang (40) indirekt so beeinflusst werden, dass die erfindungsgemäßen Anforderungen erfüllt sind. Advantageously, the use of the alternative control variables described in particular by the fact that inexpensive standard parts, such as thermostatic or return lift valves exist, in which the desired control functionality is integrated. Thus, an external control for applying the method according to the invention in the arrangement is not necessary. By using the alternative control variables, the flue gas temperature at the heat exchanger outlet ( 40 ) are indirectly influenced so that the requirements of the invention are met.
Vorteilhaft sind beispielsweise eine erste Wärmetauschereinheit (101) und eine zweite Wärmetauschereinheit (02) einem Standardwärmeerzeuger (08) nachgeschaltet. Die Rauchgastemperaturen (09) bei Eintritt in die zweite Wärmetauschereinheit (102) variieren dann typischerweise zwischen 100°C im Teillastbetrieb und 180°C im Nennlastbetrieb. Ein Standardmischventil (11) ist auf einen Sollwert für die Wärmeträgeraustrittstemperatur (27) im Bereich von 60–85°C, typischerweise 70°C eingestellt. Das heißt, dass das Ventil (11) den Wärmeträgerstrom (22) durch die zweite Wärmetauschereinheit (102) erhöht, wenn die Wärmeträgeraustrittstemperatur (27) über dem Sollwert liegt. Die Festlegung des Sollwerts hängt dabei von der Wärmeübertragungskapazität in der zweiten Wärmetauschereinheit (102) ab. For example, a first heat exchanger unit ( 101 ) and a second heat exchanger unit ( 02 ) a standard heat generator ( 08 ) downstream. The flue gas temperatures ( 09 ) when entering the second heat exchanger unit ( 102 ) then typically vary between 100 ° C in partial load operation and 180 ° C in rated load operation. A standard mixing valve ( 11 ) is set to a setpoint for the heat carrier outlet temperature ( 27 ) in the range of 60-85 ° C, typically 70 ° C. That means that the valve ( 11 ) the heat transfer stream ( 22 ) through the second heat exchanger unit ( 102 ), when the heat carrier outlet temperature ( 27 ) is above the setpoint. The determination of the desired value depends on the heat transfer capacity in the second heat exchanger unit ( 102 ).
Durch eine derartige Regelung kann sichergestellt werden, dass die Rauchgasaustrittstemperatur aus der zweiten Wärmetauschereinheit (102) immer in einem Bereich von 60°C–75°C liegt. Bei der Verfeuerung von Holzbrennstoffen kann die Taupunkttemperatur abhängig vom Brennstoff und dem Luftüberschuss zwischen ca. 45°C und 58°C schwanken. Es ist also sicher gewährleistet, dass die Rauchgasaustrittstemperatur (40) immer über dem Taupunkt liegt, diesen aber nie um mehr als 35°C übersteigt. Ausgenommen sind hierbei natürlich An- und Abfahrvorgänge des Wärmeerzeugers. Such a regulation can ensure that the flue gas outlet temperature from the second heat exchanger unit ( 102 ) is always in a range of 60 ° C-75 ° C. When firing wood fuels, the dew point temperature may vary between approximately 45 ° C and 58 ° C, depending on the fuel and excess air. So it is certainly guaranteed that the flue gas outlet temperature ( 40 ) is always above the dew point, but never exceeds it by more than 35 ° C. Exceptions to this are, of course, startup and shutdown processes of the heat generator.
Vorteilhaft ist dabei zum einen, dass die Funktionalität des Mischventils (11) hier genau der eines kostengünstigen Rücklaufanhebungsventils entspricht, das sogar ohne separaten Stromanschluss funktioniert. Weiterhin ist die Robustheit des Verfahrens hervorzuheben. Selbst bei Schwankungen der Wärmeträgervorlauftemperatur (21) von 30°C–45°C, bei Rauchgastemperaturen (09) von 80°C–250°C und bei unterschiedlichen Brennstofffeuchten ist die erfindungsgemäße Funktionalität gewährleistet. It is advantageous on the one hand, that the functionality of the mixing valve ( 11 ) here exactly corresponds to that of a low-cost return lift valve that works even without a separate power connection. Furthermore, the robustness of the process should be emphasized. Even with fluctuations in the heat carrier inlet temperature ( 21 ) of 30 ° C-45 ° C, at flue gas temperatures ( 09 ) of 80 ° C-250 ° C and with different fuel humidities, the functionality of the invention is ensured.
Rauchgasseitig zeigt 2 einen zweiten Wärmetauscher (02) und einen dritten Wärmetauscher (03). Der dritte Wärmetauscher ist dem zweiten Wärmetauscher in Strömungsrichtung der Rauchgase nachgeschaltet. Der dritte Wärmetauscher (03) wird mit einem anderen Wärmeträger (50) betrieben als der erste und zweite Wärmetauscher. Als weitere Wärmeträger (50) wird vorteilhaft Luft oder kaltes Brauchwasser verwendet. Diese Wärmeträger liegen permanent auf einem niedrigeren Temperaturniveau vorliegt und somit sicher Kondensation ermöglicht. Flue gas side shows 2 a second heat exchanger ( 02 ) and a third heat exchanger ( 03 ). The third heat exchanger is connected downstream of the second heat exchanger in the flow direction of the flue gases. The third heat exchanger ( 03 ) is mixed with another heat carrier ( 50 ) operated as the first and second heat exchangers. As further heat carrier ( 50 ) is used advantageously air or cold process water. These heat carriers are permanently present at a lower temperature level and thus reliably allows condensation.
Das Kondensat (35), das im dritten Wärmetauscher (03) entsteht, wird der Sättigungszone (04) nur durch Schwerkraft zugeführt. Vorteilhaft ist dabei, dass zusätzliche Energie rückgewonnen werden kann. Die erwärmte Luft kann beispielsweise als Verbrennungs- oder Zuluft Verwendung finden. Vorteilhaft ist zudem, dass die Staubabscheidung auch dann erfolgt, wenn die Wärmeträgervorlauftemperatur des ersten Wärmeträger in der Nähe oder über der Taupunkttemperatur liegt. The condensate ( 35 ), which in the third heat exchanger ( 03 ), the saturation zone ( 04 ) supplied only by gravity. It is advantageous that additional energy can be recovered. The heated air can be used, for example, as a combustion or supply air. It is also advantageous that the dust separation also takes place when the heat carrier inlet temperature of the first heat transfer medium is in the vicinity of or above the dew point temperature.
Wenn die Temperatur des ersten Wärmeträgers nur kurzzeitig über der Taupunkttemperatur liegt, wird durch die erfindungsgemäße Anordnung zudem verhindert, dass Verdampfungsprozesse im zweiten Wärmetauscher entstehen. Ablagerungsbildung wird somit verhindert. If the temperature of the first heat transfer medium is only briefly above the dew point temperature, the arrangement according to the invention also prevents vaporization processes from occurring in the second heat exchanger. Deposition formation is thus prevented.
In 3 ist eine erfindungsgemäße Anordnung dargestellt, bei der eine Bypassregelung der zweiten Wärmetauschereinheit (102) mit einer Rücklaufanhebung kombiniert ist. Auch hier besteht der erste Wärmetauscher (01) aus zwei Untereinheiten (101, 102). In 3 an arrangement according to the invention is shown in which a bypass control of the second heat exchanger unit ( 102 ) is combined with a return flow increase. Again, there is the first heat exchanger ( 01 ) of two subunits ( 101 . 102 ).
Der Wärmeträgerrücklauf (21) wird im zweiten Wärmetauscher (02) erwärmt. Ein Teil des Wärmeträgerstroms (25) wird durch die erste Wärmetauschereinheit (102) geführt. Der restliche Wärmeträgerstrom wird an der Wärmetauschereinheit in einem Bypass (29) vorbeigeführt. Im Bypass ist ein temperaturgeregeltes Drosselventil (14) installiert. Je höher die Rauchgastemperatur (40) nach dem ersten Wärmetauscher (01) ist, umso stärker drosselt dieses Ventil den Wärmeträgerdurchfluss durch den Bypass und erhöht damit den Durchfluss (22) durch die zweite Wärmetauschereinheit (102). Dadurch erhöht sich die Wärmeaufnahme in der zweiten Wärmetauschereinheit. The heat carrier return ( 21 ) is in the second heat exchanger ( 02 ) is heated. Part of the heat transfer stream ( 25 ) is passed through the first heat exchanger unit ( 102 ) guided. The remaining heat carrier flow is at the heat exchanger unit in a bypass ( 29 ) passed by. In the bypass is a temperature-controlled throttle valve ( 14 ) Installed. The higher the flue gas temperature ( 40 ) after the first heat exchanger ( 01 ), the more this valve throttles the heat transfer fluid flow through the bypass and thus increases the flow ( 22 ) through the second heat exchanger unit ( 102 ). This increases the heat absorption in the second heat exchanger unit.
Weiterhin ist ein Rücklaufanhebungsventil (13) installiert. In der dargestellten Anordnung mischt es dem vorerwärmten Wärmeträger (27) zusätzlichen Wärmeträger aus dem Wärmeträgerrücklauf 26 bei. Erst wenn der die Temperatur des Wärmeträgers (28) vor Eintritt in die erste Wärmetauschereinheit (101) eine Grenztemperatur überschritten hat, schaltet das Rücklaufanhebungsventil (13) um und leitet den vorerwärmten Wärmeträger (27) zum Wärmeerzeuger (08). In Standardwärmeerzeugern ist eine derartige Regelung mit einer Grenztemperatur von ca. 60°C implementiert. Furthermore, a return lift valve ( 13 ) Installed. In the illustrated arrangement, it mixes the preheated heat transfer medium ( 27 ) additional heat carrier from the heat carrier return 26 at. Only when the temperature of the heat carrier ( 28 ) before entering the first heat exchanger unit ( 101 ) has exceeded a limit temperature, the return valve ( 13 ) and directs the preheated heat transfer medium ( 27 ) to the heat generator ( 08 ). In standard heat generators such a control is implemented with a limit temperature of approx. 60 ° C.
Vorteilhaft wird sie bereits am Wärmeträgereintritt (25) in die zweite Wärmetauschereinheit (102) installiert. Dann wird das Ventil (13) vorteilhaft auf eine niedrigere Grenztemperatur im Bereich des Rauchgastaupunkts eingestellt. Bei Start des Wärmeerzeugers greift dann die Rücklaufanhebung und verhindert so Kondensation in den Untereinheiten (101, 102) des ersten Wärmetauschers (01). Im Teillastbetrieb wird durch das Drosselventil (14) die Wärmeaufnahme in der zweiten Wärmetauschereinheit (102) derart angepasst, dass keine Kondensation auftreten kann und trotzdem die maximal mögliche Energiemenge rückgewonnen wird. Advantageously, it is already at the heat transfer ( 25 ) in the second heat exchanger unit ( 102 ) Installed. Then the valve ( 13 ) is advantageously set to a lower limit temperature in the range of the Rauchgastaupunkts. When starting the heat generator then accesses the return flow and thus prevents condensation in the subunits ( 101 . 102 ) of the first heat exchanger ( 01 ). In partial load operation, the throttle valve ( 14 ) the heat absorption in the second heat exchanger unit ( 102 ) adapted so that no condensation can occur and yet the maximum possible amount of energy is recovered.
Das Drosselventil (14) wird vorteilhaft auch als Mischventil – wie schon in 2 dargestellt – ausgeführt. In einer weiteren Ausführungsform wird es als Vierwegeventil mit dem Rücklaufanhebungsventil (13) kombiniert. Vorteilhaft wird als Regelgröße auch die Wärmeträgertemperatur vor oder nach dem ersten Wärmetauscher oder einer seiner Untereinheiten genutzt. The throttle valve ( 14 ) is also advantageous as a mixing valve - as already in 2 shown - executed. In another embodiment, it is used as a four-way valve with the return lift valve ( 13 ) combined. Advantageously, the heat transfer medium temperature used before or after the first heat exchanger or one of its subunits as a controlled variable.
Weiterhin ist in 3 eine einfache Möglichkeit der Kondensatzufuhr (35) und Ausbildung einer Sättigungszone (04) dargestellt. Vor dem zweiten kondensierenden Wärmetauscher (02) ist die Sättigungszone (04) in Form einer Strömungsumlenkung ausgeführt. Die Rauchgasströmung wird weitgehend von unten nach oben durch den zweiten Wärmetauscher (02) geführt. Die Rauchgasströmung besitzt also bei Eintritt in den zweiten Wärmetauscher eine der Schwerkraft entgegen gerichtete Komponente. Furthermore, in 3 a simple way of condensing feed ( 35 ) and formation of a saturation zone ( 04 ). Before the second condensing heat exchanger ( 02 ) is the saturation zone ( 04 ) in the form of a flow deflection. The flue gas flow is largely from bottom to top through the second heat exchanger ( 02 ) guided. The flue gas flow therefore has a component directed against the force of gravity when entering the second heat exchanger.
Das im Wärmetauscher entstehende Kondensat läuft mit der Schwerkraft nach unten und tropft aus dem Wärmetauscher. Unterhalb des Wärmetauschers entsteht also eine Sättigungszone (04), in der Rauchgas und Kondensat (35) in intensivem Kontakt stehen. Staub wird effektiv abgeschieden und im Kondensat gebunden. Dieses wird aufgefangen (30) und abgeführt (31). Da das Rauchgas (40) durch die dargestellte Wärmeträgerregelung vorgekühlt ist, reicht eine kleine Sättigungszone aus um das Rauchgas vollständig zu befeuchten und zum Taupunkt abzukühlen. The condensate produced in the heat exchanger runs down with gravity and drips out of the heat exchanger. Below the heat exchanger thus creates a saturation zone ( 04 ), in the flue gas and condensate ( 35 ) are in intensive contact. Dust is effectively separated and bound in the condensate. This is collected ( 30 ) and dissipated ( 31 ). Since the flue gas ( 40 ) is pre-cooled by the illustrated heat transfer control, a small saturation zone is sufficient to completely humidify the flue gas and to cool the dew point.
Vorteilhaft sind Einbauten (36) in der Sättigungszone installiert, die die Verweilzeit des Kondensats und dessen Kontaktoberfläche zum Rauchgas erhöhen. Derartige Einbauten sind insbesondere gitter-, netz- oder lochblechartige Strukturen. An ihnen finden Verdampfungsprozesse statt. Da sie jedoch nicht der Wärmeübertragung dienen, beeinträchtigen die entstehenden Ablagerungen die Funktion der Anordnung nicht. Weitere Verdampfung findet an den Tropfen des Kondensats (35) statt. Dabei wird lediglich die Staubkonzentration im entsprechenden Tropfen erhöht. Ablagerungen bilden sich nicht. Advantageous are internals ( 36 ) installed in the saturation zone, which increase the residence time of the condensate and its contact surface with the flue gas. Such internals are in particular lattice, mesh or perforated sheet-like structures. At them evaporation processes take place. However, since they do not serve the heat transfer, the resulting deposits do not affect the function of the arrangement. Further evaporation takes place on the droplets of the condensate ( 35 ) instead of. Only the dust concentration in the corresponding drop is increased. Deposits do not form.
4 zeigt ein übliches Verfahren zur Wärmerückgewinnung. Rauchgas (40) aus dem Wärmeerzeuger (08) wird von oben nach unten durch den Wärmetauscher (02) geführt. Dort wird Wärmeträger aus dem Wärmeerzeugervorlauf (21) erwärmt und anschließend dem / den Wärmetauschern im Wärmeerzeuger (01) zugeführt. Mit einer Pumpe (12) wird der Wärmeträger dabei gefördert. 4 shows a common method for heat recovery. Flue gas ( 40 ) from the heat generator ( 08 ) is passed from top to bottom through the heat exchanger ( 02 ) guided. There, heat transfer medium from the heat generator feed ( 21 ) and then the / the heat exchangers in the heat generator ( 01 ). With a pump ( 12 ), the heat transfer medium is promoted.
Es ist weiterhin ein Mischventil (11) dargestellt, mit dem eine Rücklaufanhebung realisiert ist. Erwärmter Wärmeträger (26) wird im Ventil (11) dem Wärmeträgerstrom (25) aus dem Brennwertwärmetauscher (02) beigemischt. Die beigemischte Menge ist dabei so groß, dass die Temperatur des Wärmeträgergemisches (22) mindestens 60 °C beträgt. It is also a mixing valve ( 11 ), with which a return increase is realized. Heated heat transfer medium ( 26 ) is in the valve ( 11 ) the heat transfer stream ( 25 ) from the condensing heat exchanger ( 02 ) added. The admixed amount is so great that the temperature of the heat transfer medium ( 22 ) is at least 60 ° C.
Bei der Abkühlung der Rauchgase (40) im Brennwertwärmetauscher (02) werden diese in einer konvektiven Zone (201) zuerst ohne Kondensation abgekühlt. In der Übergangszone (202) wird dann der Taupunkt unterschritten und Kondensat (35) bildet sich an den Wärmetauscherflächen. Dieses läuft im Gleichstrom mit dem Rauchgas nach unten und wird dort abgeführt. In der Kondensationszone (202) fällt dann weiteres Kondensat an. During the cooling of the flue gases ( 40 ) in the condensing heat exchanger ( 02 ), these are stored in a convective zone ( 201 ) cooled first without condensation. In the transition zone ( 202 ) then the dew point is exceeded and condensate ( 35 ) forms on the heat exchanger surfaces. This runs in cocurrent with the flue gas down and is discharged there. In the condensation zone ( 202 ) then condensate more condensate.
5 zeigt einen üblichen Brennwertwärmetauscher, bei dem die Rauchgase (40) unten in den Wärmetauscher (02) eingeleitet geleitet und diesen oben (45) verlassen. Kondensat (35), das sich in der Kondensationszone (202) im oberen Teil des Wärmetauschers bildet, läuft an den Wärmetauscherflächen im unteren Teil des Wärmetauschers herab. Dort bildet sich eine Übergangs- oder Verdampfungszone (203). Wärmeträger (21) wird bis maximal zum Taupunkt der Rauchgase erwärmt (25). 5 shows a conventional condensing heat exchanger, in which the flue gases ( 40 ) down into the heat exchanger ( 02 ) and initiate them above ( 45 ) leave. Condensate ( 35 ) located in the condensation zone ( 202 ) in the upper part of the heat exchanger, runs down to the heat exchanger surfaces in the lower part of the heat exchanger. There forms a transition or evaporation zone ( 203 ). Heat transfer medium ( 21 ) is heated to a maximum of the dew point of the flue gases ( 25 ).
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE 3222069 A1 [0020] DE 3222069 A1 [0020]
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DE 102005009202 [0020] DE 102005009202 [0020]
