DE19517234A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Reduzierung des Heizölverbrauchs in Ölheizungsanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Reduzierung des Heizölver­ brauchs in Ölheizungsanlagen, wobei das Heizöl in einer aus Ölbrenner und nachgeschalteter Brennkammer bestehenden Kesseleinheit zerstäubt, mit Ver­ brennungsluft gemischt und verbrannt wird und wobei das Heizöl vor seiner Zerstäubung vorgewärmt wird, wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses Verfahren hinsichtlich seiner Heizöl-Vorwärmung so zu gestalten, daß eine Wirkungsgradverbesserung und eine merkliche Heizöleinsparung erzielt werden können.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichen des An­ spruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst, nämlich dadurch, daß zur Vorwär­ mung des Heizöls dieses - bevor es dem Brenner zugeführt wird - durch einen Abgas-Wärmetauscher geleitet wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 und 3 angegeben.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Reduzierung des Heiz­ ölverbrauchs in einer Ölheizungsanlage, mit einer aus Ölbrenner und nachge­ schalteter Brennkammer bestehenden Kesseleinheit, welch letztere mit Mitteln zur Zerstäubung, Mischung mit Verbrennungsluft und zur Verbrennung des Heizöls versehen ist, wobei ferner Mittel zur Vorwärmung des Heizöls vorgese­ hen sind, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 4 angegeben und insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung vorgesehen ist.

Diese Vorrichtung, welcher die gleiche Aufgabe zugrunde liegt wie dem Verfah­ ren nach der Erfindung, ist gemäß Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß der Abgas-Wärmetauscher mit seinen wärmetauschenden Wandelementen in einem der Kesseleinheit nachgeschalteten, in den Abgaskamin mündenden Rauchrohr angeordnet und eingangsseitig an eine Heizöl-Vorlaufleitung sowie ausgangssei­ tig an eine zum Brenner führende Heizöl-Einspeisleitung angeschlossen ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Vorrichtung sind in den Ansprüchen 5 bis 9 angegeben.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß ein Teil der sonst über den Kamin ungenutzt entweichenden Wärmeenergie zur Vorwärmung des Heizöls auf ca. 40°C ausgenutzt wird. Bei dieser Vorwärm­ temperatur kann das Heizöl in der Heizölpumpe noch nicht verdampfen, ist aber im Vergleich zu einer Öltemperatur von z. B. 10°C dünnflüssiger, d. h. feiner zerstäubbar, und beim Starten zündfähiger. Die feinere bzw. bessere Zerstäu­ bung in der Brennkammer oder im Brennraum bedingt, daß pro Ölpartikel mehr Sauerstoff bei der Verbrennung zur Verfügung steht, und durch diese Sauer­ stoffanreicherung erhöht sich die Verbrennungstemperatur bei gleichem Heizöl­ verbrauch bzw. kann zur Erzielung der gleichen Abgastemperatur wie ohne Heizöl-Vorwärmung der Heizöldurchsatz etwas reduziert werden (Reduzierung des Vorlaufdruckes der Heizölpumpe). So konnte bei durchgeführten Versuchen an einer gängigen Ölheizungsanlage mit Vorwärmung nach der Erfindung die Abgastemperatur von 175°C auf 240°C gesteigert werden. Es konnte deshalb der Heizöldurchsatz so weit reduziert werden, daß die ursprüngliche Abgastem­ peratur von 175°C sich wieder einstellte. Die Reduzierung des Heizölver­ brauchs liegt je nach Anlage im Bereich zwischen etwa 5 und 30%.

Der Abgas-Wärmetauscher ist bevorzugt ein Röhrenwärmetauscher, weil er sich mit seinen wärmetauschenden Rohren gut an den Kreisquerschnitt des Rauch­ rohres anpassen läßt. Besonders gut läßt sich ein Rohrwendel-Wärmetauscher in das Rauchrohr, oder wenn die Kesseleinheit direkt in den Abgaskamin mündet, in diesen einbauen. Günstig ist es, wenn die Achse der Rohrwendel bzw. Rohr­ spirale des Abgas-Wärmetauschers in Strömungsrichtung des Abgases weist, so daß die Rohrwindungen des Abgas-Wärmetauschers praktisch im Kreuzstrom vom Abgas umströmt werden. Wird die Heizöl-Vorlaufleitung am Abström- Ende und die Heizöl-Einspeisleitung am Anström-Ende der Rohrwendel des Ab­ gas-Wärmetauschers angeschlossen, so ergibt sich im Betrieb ein Wärmetausch im Kreuz-Gegenstrom, weil das noch relativ kalte Heizöl in der Rohrwendel entgegen der Abgas-Strömungsrichtung transportiert wird.

Aufbau und Funktion des Gegenstandes der Erfindung werden im folgenden an­ hand der Zeichnung, in welcher ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, noch nä­ her erläutert.

In der einzigen Figur ist schematisch, unter Fortlassung der für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Teile, eine Ölheizungsanlage HA dargestellt, bestehend aus einer Kesseleinheit 1 mit frontseitig angebauter Ölbrennereinheit 2 (im folgenden vereinfacht als Brenner bezeichnet) und einer dem Brenner 2 nachgeschalteten Brennkammer 3 bzw. Brennraum in seinem Inneren. Die Brennkammer 3, welche von den nicht näher dargestellten Heizflächen der Kes­ selwandung umgeben oder durchdrungen ist, mündet über ein an die Kesselein­ heit angeschlossenes Rauchrohr 4 in den Abgaskamin 5. Die im Betrieb sich hinter der schematisch angedeuteten Brennerdüse 6 sich bildende Flamme ist mit 7 bezeichnet, der Boden oder das Fundament für Kamin 5 und Heizungsanlage HA mit 8. Von der Kesseleinheit 1 gelangt das erwärmte Brauchwasser über die Vorlaufleitung 9 mit Pumpe 10 in das Heizungsnetz N und von diesem als abge­ kühltes Brauchwasser über die Rücklaufleitung 11 wieder zurück in die Kesse­ leinheit 1.

Die Mittel zur Vorwärmung des Heizöls umfassen einen Abgas-Wärmetauscher 12, der mit seinen wärmetauschenden Wandelementen 13 in dem Rauchrohr 4 angeordnet und eingangsseitig an eine Heizöl-Vorlaufleitung 14 sowie ausgangs­ seitig an eine zum Brenner 2 führende Heizöl-Einspeisleitung 15 angeschlossen ist. Der Heizölkreislauf verläuft beginnend bei einem nicht dargestellten Öltank über die Vorlaufleitung 14, den Wärmetauscher 12 und die Einspeisleitung 15 mit eingefügtem Ölfilter 16 über eine nicht dargestellte Ölförderpumpe teils in die Düse 6, mittels welcher das Öl fein zerstäubt in die Brennkammer 3 gesprüht werden kann,und teils über die Rücklaufleitung 17 wieder zurück zum Öltank. Der Abgas-Wärmetauscher 12 kann z. B. ein Plattenwärmetauscher sein. Beson­ ders günstig ist der schematisch dargestellte Röhrenwärmetauscher, bei welchem die Wandelemente 13 von Rohren oder Röhren gebildet werden, die in ihrem Inneren vom vorzuwärmenden Heizöl durchflossen und die außen vom Abgas (durch Pfeile f1 symbolisiert) umströmt werden. Vorteilhaft ist die dargestellte Ausführung eines Rohrwendel-Wärmetauschers, der sich bei Rundquerschnitt des Rauchrohres 4 gut einfügen läßt. Die Achse a1 der Rohrwendel 12a bzw. Rohrspirale des Wärmetauschers 12 weist bevorzugt in Strömungsrichtung f1 des Abgases, so daß die Rohrwindungen 12b des Wärmetauschers 12 praktisch im Kreuzstrom vom Abgas umströmt werden. Die Heizöl-Vorlaufleitung 14 ist am Abström-Ende x2 und die Heizöl-Einspeisleitung 15 am Anström-Ende x1 des Wärmetauschers 12 angeschlossen. Da das Temperaturprofil des Abgases in Richtung f1 abfällt, so wird das über Leitung 14 zugeführte, noch kühle Heizöl beim Durchströmen der Rohrwendel 12a während seines Aufwärmvorganges von den weniger heißen zu den heißesten Abgaszonen geleitet (entgegen der Richtung f1), so daß sich damit der günstige Kreuz-Gegenstrom-Wärmetausch ergibt. Im folgenden wird noch eine Prüfschaltung beschrieben:
Zur Überprüfung des Wirkungsgrades mit und ohne Heizöl-Vorwärmung ist da­ zu die Heizöl-Vorlaufleitung 14 über einen Bypass 18 mit einem ersten Absperr­ ventil V1 mit der Heizöl-Einspeisleitung 15 verbindbar. Ferner ist durch ein in die Vorlaufleitung 14 eingefügtes zweites Absperrventil V2 der Heizöldurchfluß durch den Abgas-Wärmetauscher 12 auf dessen Eingangsseite x2 unterbrechbar (der Öldurchfluß könnte auch auf der Ausgangsseite x1 durch Einschaltung des zweiten Absperrventils V2 in die Einspeisleitung 15, und zwar in das vor dem Bypass 18 liegende Leitungsteilstück 15.1 erfolgen). Die Bypass-Leitung 18 und die beiden Absperrventile V1, V2 sind gestrichelt dargestellt, weil sie nur zu Meßzwecken erforderlich sind, jedoch nicht im Normalbetrieb der Anlage HA. Bei der Überprüfung des Wirkungsgradgewinns wird das Heizöl gemäß einer ersten Betriebsart bei geöffnetem ersten Absperrventil V1 und geschlossenem zweiten Absperrventil V2 von der Heizöl-Vorlaufleitung 14 ohne Vorwärmung direkt dem Brenner 2 zugeleitet, und zwar über den ersten Abschnitt 14.1 der Vorlaufleitung 14, die Bypass-Leitung 18 mit (geöffnetem) Absperrventil V1 und den zweiten Abschnitt 15.2 der Einspeisleitung 15 zum Brenner 2. Dabei werden der Ölverbrauch und die Temperatur des Abgases im Rauchrohr 4, z. B. an der Stelle x1, gemessen. Der Ölverbrauch läßt sich z. B. mit je einem Durch­ flußzähler M1, M2 in der Vorlauf- bzw. Rücklaufleitung 14 bzw. 17 durch Dif­ ferenzbildung der beiden Meßwerte ermitteln, die Abgastemperatur durch ein Thermometer, das an der Stelle x1 in das Rauchrohr 4 ragt (nicht dargestellt). Gemäß einer zweiten Betriebsart wird mit Ölvorwärmung gearbeitet. Dazu wird das Absperrventil V1 geschlossen und das Absperrventil V2 geöffnet. Das Heizöl nimmt jetzt seinen Weg von dem ersten Abschnitt 14.1 der Vorlauflei­ tung 14, das (geöffnete) Absperrventil V2 und den zweiten Leitungsabschnitt 14.2 der Vorlaufleitung 14 durch die Rohrschlange oder -wendel 12a des Abgas- Wärmetauschers 12, wo es von z. B. 10°C auf ca. 40°C vorgewärmt wird, über die Einspeisleitung 15 mit ihren beiden Abschnitten 15.1 und 15.2 sowie den Ölfilter 16 zum Brenner 2. In dieser Betriebsart ergibt sich im Vergleich zur er­ sten Betriebsart eine Erhöhung der gemessenen Abgastemperatur, z. B. von 175°C auf 240°C. Durch Reduzierung des Heizöldurchsatzes mittel Reduzie­ rung des Vordruckes der (nicht dargestellten) Ölpumpe kann wieder eine Abga­ stemperatur von ca. 175°C eingestellt und die Verminderung des Ölverbrauches z. B. mittels der Durchflußzähler M1, M2 ermittelt werden.

Aus der vorstehenden Erläuterung ergibt sich, daß mit der geschilderten Vorrich­ tung nach der Erfindung ein Verfahren zur Reduzierung des Ölverbrauchs in Öl­ heizungsanlagen verwirklicht wird, bei dem das Heizöl vor seiner Zerstäubung und bevor es dem Brenner 2 zugeführt wird, mittels Hindurchleitens durch den Abgas-Wärmetauscher 12 vorgewärmt wird. Dabei ist eine bevorzugte Vor­ wärmtemperatur ca. 40°C. Ferner kann mit der neuen Vorrichtung ein Verfah­ rensschritt verwirklicht werden, wonach zur Prüfung des Wirkungsgrades der Heizungsanlage HA mit und ohne Vorwärmung in einer ersten Betriebsart das Heizöl direkt in den Brenner 2 eingespeist und der Heizölstrom durch den Ab­ gas-Wärmetauscher 12 unterbrochen wird und wonach in einer zweiten Be­ triebsart das Heizöl über den Abgas-Wärmetauscher 12 in den Brenner 2 geleitet wird, wobei bei beiden Betriebsarten zumindest die Abgastemperatur und der Ölverbrauch gemessen werden.

Claims (9)

1. Verfahren zur Reduzierung des Heizölverbrauchs in Ölheizungsanlagen, wo­ bei das Heizöl in einer aus Ölbrenner und nachgeschalteter Brennkammer beste­ henden Kesseleinheit zerstäubt, mit Verbrennungsluft gemischt und verbrannt wird und wobei das Heizöl vor seiner Zerstäubung vorgewärmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorwärmung des Heizöls dieses - bevor es dem Brenner (2) zugeführt wird - durch einen Abgas-Wärmetauscher (12) gelei­ tet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus einem Öltank mit einer Temperatur von z. B. 10 bis 12°C angesaugte Heizöl im Abgas- Wärmetauscher (12) auf ca. 40°C vorgewärmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Prüfung des Wirkungsgrades der Heizungsanlage (HA) mit und ohne Vorwär­ mung in einer ersten Betriebsart das Heizöl direkt in den Ölbrenner (2) einge­ speist und der Heizölstrom durch den Abgas-Wärmetauscher (12) unterbrochen wird und daß in einer zweiten Betriebsart das Heizöl über den Abgas- Wärmetauscher (12) in den Ölbrenner (2) geleitet wird, wobei bei beiden Be­ triebsarten zumindest die Abgastemperatur und der Ölverbrauch gemessen wer­ den.

4. Vorrichtung zur Reduzierung des Heizölverbrauchs in einer Ölheizungsanla­ ge, mit einer aus Ölbrenner und nachgeschalteter Brennkammer bestehenden Kesseleinheit, welch letztere mit Mitteln zur Zerstäubung, Mischung mit Ver­ brennungsluft und zur Verbrennung des Heizöls versehen ist, wobei ferner Mittel zur Vorwärmung des Heizöls vorgesehen sind, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abgas-Wärmetauscher (12) mit seinen wärmetauschenden Wandelemen­ ten (13) in einem der Kesseleinheit nachgeschalteten, in den Abgaskamin (5) mündenden Rauchrohr (4) angeordnet und eingangsseitig an eine Heizöl- Vorlaufleitung (14) sowie ausgangsseitig an eine zum Brenner führende Heizöl- Einspeisleitung (15) angeschlossen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgas- Wärmetauscher (12) ein Röhrenwärmetauscher ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgas- Wärmetauscher (12) ein Rohrwendel-Wärmetauscher ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (a1) der Rohrwendel (12a) bzw. Rohrspirale des Abgas-Wärmetauschers (12) in Strömungsrichtung (f1) des Abgases weist, so daß die Rohrwindungen (12b) des Abgas-Wärmetauschers (12) praktisch im Kreuzstrom vom Abgas umströmt werden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizöl-Vorlaufleitung (14) am Abström-Ende (x2) und die Heizöl- Einspeisleitung (15) am Anström-Ende (x1) des Abgas-Wärmetauschers (12) angeschlossen sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überprüfung des Wirkungsgrades mit und ohne Heizöl-Vorwärmung die Heizöl-Vorlaufleitung (14, 14.1) über einen Bypass (18) mit einem ersten Ab­ sperrventil (V1) mit der Heizöl-Einspeisleitung (15) verbindbar ist und durch ein zweites Absperrventil (V2) der Heizöldurchfluß durch den Abgas- Wärmetauscher (12) auf dessen Eingangsseite oder Ausgangsseite unterbrechbar ist, so daß das Heizöl

• - gemäß einer ersten Betriebsart bei geöffnetem ersten Absperrventil (V1) und geschlossenem zweiten Absperrventil (V2) von der Heizöl-Vorlaufleitung (14, 14.1) ohne Vorwärmung direkt und
• - gemäß einer zweiten Betriebsart bei geschlossenem ersten Absperrventil (V1) und geöffnetem zweiten Absperrventil (V2) von der Vorlaufleitung (14, 14.1, 14.2) mit Vorwärmung indirekt über den Abgas-Wärmetauscher
• - dem Ölbrenner (2) zuleitbar ist.