DE19618890A1 - Verfahren und Anlage zur Rückgewinnung von Wärme aus den Abgasen von Feuerungsanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren und einer Anlage zur Rückgewinnung von Wärme aus den Abgasen einer Feuerungsanlage mittels Wärmeaustausch in einem Abgaswärmetauscher zwischen den heißen, den Abgaswärmetauscher durchströmenden Abgasen der Feuerungsanlage und einem den Abgaswärmetauscher durchströmenden Wärmetauschmedium, wobei die Abgase vorzugsweise bis unter den Wassertaupunkt unter Kondensatbildung abgekühlt werden und die Abgase gegebenenfalls nachfolgend zur Erzielung eines ausreichenden thermischen Auftriebs im Kamin bis über den Wassertaupunkt wieder erwärmt werden, und das Wärmetauschmedium beim Durchströmen des Abgaswärmetauschers erwärmt wird, wobei das den Abgaswärmetauscher durchströmende Wärmetauschmedium in einem geschlossenen Primärkreislauf als Primärwärmetauschmedium geführt ist und dieses Primärwärmetauschmedium durch mindestens einen Niedertemperaturwärmetauscher außerhalb des Abgaswärmetauschers zum Abkühlen geführt wird und der bzw. die Niedertemperaturwärmetauscher von je einem Sekundärwärmetauschmedium zur Wärmeaufnahme beaufschlagt werden nach dem Hauptpatent, Patentanmeldung 195 33 987.8-15.

Dem Hauptpatent liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Verfahren und Anlagen zur Rückgewinnung der Wärme aus den Abgasen einer Feuerungsanlage insbesondere dahingehend zu verbessern, daß bei vereinfachter Regelung eine höhere Unabhängigkeit von den jeweiligen Einsatzbedingungen der Feuerungsanlage erreicht wird, wobei die Anlage einfach an vorhandenen Feuerungsanlagen nachrüstbar sein soll, um so die Wirtschaftlichkeit der Wärmerückgewinnung zu steigern.

Dazu wird im Hauptpatent vorgeschlagen, dem von der Feuerungsanlage kommenden Abgas seine Wärme in einem Abgaswärmetauscher von einem diesen durchströmenden Wärmetauschmedium zu entziehen. Dieses Wärmetauschmedium ist in einem geschlossenen Primärkreislauf als Primärwärmetauschmedium geführt, und dieses Primärwärmetauschmedium wird durch mindestens einen Niedertemperaturwärmetauscher außerhalb des Abgaswärmetauschers zum Abkühlen geführt. Der bzw. die Niedertemperaturwärmetauscher werden dabei von je einem Sekundärwärmetauschmedium beaufschlagt.

Üblicherweise richtet sich die Auslegung eines Wärmetauschers im beabsichtigten Anwendungsbereich auf maximale vom Wärmeerzeuger erzeugte Abgasmenge. Deshalb werden in der Regel für jeden Wärmeerzeuger die Wärmetauscher eigens ausgelegt. Ein für die Kesselhersteller kostenträchtiges Verfahren.

Die Lösung gemäß Hauptpatent ermöglicht, den Wärmetauscher für mehrere Größen von Wärmeerzeugern einzusetzen. Die in den unterschiedlichen großen Abgasmengen enthaltene Wärme - sensibel wie latent - kann über das Verfahren gemäß Hauptpatent nutzbar gemacht werden.

In Weiterbildung des Hauptpatentes für einen universellen Einsatz des Abgaswärmetauschers für unterschiedliche Leistungen und Ausgleich von Leistungsschwankungen wird vorgeschlagen, die Durchflußmenge des Primärwärmetauschmediums im geschlossenen Primärkreislauf zu regeln. Auf diese Weise wird es möglich, eine Regelung der Temperatur des Primärwärmetauschmediums über eine Regelung der Durchflußmenge des Primärwärmetauschmediums zu erreichen. Auf diese Weise erfolgt eine Beeinflussung der Leistung des Verfahrens gemäß Hauptpatent, in dem über eine Steuerung mittels einer drehzahlgeregelten Pumpe die zirkulierende Wassermenge des geschlossenen Primärkreislaufs so geregelt wird, daß die Temperatur des Primärwärmetauschmediums relativ beliebig verändert werden kann. Diese Regelung kann in Abhängigkeit von der Temperatur des Primärwärmetauschmediums unmittelbar vor dessen Eintritt in den Abgaswärmetauscher, d. h. im Bereich der Verbindungsleitung für das Primärwärmetauschmedium zwischen der aus den Niedertemperaturwärmetauschern bestehenden Wärmetauschanlage und dem Eintritt in den Abgaswärmetauscher erfolgen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Die Durchflußmenge des Primärwärmetauschmediums wird vorzugsweise über eine Pumpe geregelt, deren Drehzahl in Abhängigkeit von der, wie vorangehend erläutert, gemessenen Temperatur des Primärwärmetauschmediums gesteuert wird, so daß bei zu warmem in dem Abgaswärmetauscher rücklaufendem Primärwärmetauschmedium die Durchflußmenge des Primärwärmetauschmediums erhöht wird. Die Pumpe ist beispielsweise in der in die Wärmetauschanlage führenden Zuflußleitung des Primärwärmetauschmediums zu den Niedertemperaturwärmetauschern angeordnet und mit einem Meßfühler zum Messen der Temperatur des rücklaufenden Primärwärmetauschmediums vor Eintritt in den Abgaswärmetauscher in einem Regelkreis so verbunden, daß die Drehzahl der Pumpe in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur des Primärwärmetauschmediums gesteuert wird, so daß bei über einen zulässigen Wert erhöhter Temperatur des rücklaufenden Primärwärmetauschmediums dessen Durchflußmenge durch Erhöhung der Drehzahl der Pumpe erhöht wird und bei Unterschreiten des zulässigen Wertes die Drehzahl der Pumpe wieder abgesenkt wird. Auf diese Weise kann die Temperatur des Primärwärmetauschmediums beeinflußt werden, um stets eine Abkühlung der Abgase im Abgaswärmetauscher unter deren Taupunkt zu bewirken. Dabei wird die Durchflußmenge des in den Abgaswärmetauscher strömenden abgekühlten Primärwärmetauschmediums so eingeregelt, daß es in der Wärmetauschanlage mit den Niedertemperaturwärmetauschern sich auf eine solche Eingangstemperatur für den Abgaswärmetauscher abkühlt, die vorzugsweise mindestens 5 bis 10°C, vorzugsweise 30°C und mehr, unter dem Wassertaupunkt der Abgase aus öl-bzw. gasbefeuerten Feuerungsanlagen liegt.

Durch den im Abgaswärmetauscher eintretenden Wärmetausch der heißen Abgase mit dem ausgekühlten Primärwärmetauschmedium weit unter dem Taupunkt der Abgase werden diese in massive Kondensation geführt. Der Wirkungsgrad ist dabei abhängig von dem Temperaturniveau des in dem Abgaswärmetauscher zirkulierenden Primärwärmetauschmediums, welches die Kondensation durch Entziehen der Wärmeinhalte der Abgase verursacht und kann dabei durch die erfindungsgemäße Beeinflussung der Temperatur des Primärwärmetauschmediums infolge Durchflußmengenänderung im Primärkreislauf stets auf einem günstigen Wert gehalten werden.

Auf diese Weise kann ein Abgaswärmetauscher vorgegebener Leistung an unterschiedliche Wärmemengen infolge unterschiedlicher Brennergrößen etc. angepaßt werden und ist damit universell für Wärmetauschanlagen unterschiedlicher Leistungen, vorgegeben durch entsprechende Brennerleistung und Abgaswärmemengen, einsetzbar. Somit wird eine besonders wirtschaftliche Wärmerückgewinnungsanlage gemäß der Erfindung geschaffen, die sich insbesondere einfach an vorhandenen Feuerungsanlagen nachrüsten läßt und auch für kleinere Kesselleistungen und damit für geringere im Abgas enthaltene Wärmemengen eingesetzt werden kann. Eine derartige Wärmerückgewinnungsanlage eignet sich somit auch für eine Vielzahl gewerblicher und industrieller Anwendungen, bei denen bisher der Aufwand für die Wärmerückgewinnung gegenüber dem erzielbaren Nutzen noch zu hoch erschien.

Die vorhandene Menge an Primärwärmetauschmedium, insbesondere Wasser, wird so bemessen, daß möglichst hohe Erwärmungstemperaturen des Primärwärmetauschmediums mittels der heißen Abgase im Abgaswärmetauscher erreicht werden.

Darüberhinaus ermöglicht die Erfindung auch, die frei bestimmbare Menge an Primärwärmetauschmedium so zu bestimmen, daß der Abgaswärmetauscher unterschiedlich große Abgasmengen aufnehmen kann bzw. an verschiedene Kesselgrößen angeschlossen werden kann.

Die erfindungsgemäße Anlage und das Verfahren zur Rückgewinnung von Wärme aus Abgasen einer Feuerungsanlage ermöglichen, die heißen Abgase in einer Stufe mit Hilfe nur eines Primärwärmetauschmediums in einem unabhängigen geschlossenen Primärkreis von über 180 bis 200°C auf bis zu etwa 20°C auszukühlen und so den Wärmeinhalt auf das Primärwärmetauschmedium zu übertragen.

Dies wird erfindungsgemäß mittels einer Wärmetauschanlage für Niedertemperaturabnehmer, insbesondere in Gestalt geeigneter Plattenwärmetauscher, die außerhalb des Abgaswärmetauschers und des Primärkreislaufs Sekundärkreise zum Wärmetausch des Primärwärmetauschmediums mit Sekundärwärmetauschmedien bilden, erreicht, wobei das Primärwärmetauschmedium so weit abgekühlt wird, daß die heißen Abgase, wie vorangehend erläutert, von 200° bis auf ca. 20°C ausgekühlt werden können.

Die Erfindung ermöglicht durch ihren kleinen Primärkreis, in dem das Primärwärmetauschmedium geführt ist, eine stetige Einhaltung dieser Vorgaben ohne wesentliche Beeinflussung durch äußere Störgrößen, wie etwa unterschiedliche Brennerlast oder Schwankungen in der Menge des zur Verfügung gestellten Sekundärwärmetauschmittels. Diese Störgrößen können binnen kürzester Zeit über die Steuerung der Durchflußmenge des Primärwärmetauschmediums erfolgreich ausgeregelt werden, so daß die besondere Wirtschaftlichkeit der erfindungsgemäßen Wärmerückgewinnung sichergestellt ist.

Durch die auch bei großen Anlagen verhältnismäßig geringe Menge an Primärwärmetauschmedium, verglichen etwa mit dem Heizmedium im Heizungskreislauf, kann sich diese geringe Menge an Primärwärmetauschmedium im Abgaswärmetauscher schnell auf hohe Temperaturen erwärmen und seine Wärme effizient an das bzw. die Sekundärwärmetauschmedien abgeben, wobei nur eine geringe Regelungsträgheit zu beobachten ist.

Der erfindungsgemäße Abgaswärmetauscher ist vorteilhaft als Rohrbündel -Wärmetauscher ausgeführt, wobei die Abgasführung sowohl in den zwischen den Rohren befindlichen Kanälen als auch in den Rohren selbst erfolgen kann. Auch kann eine Anlage, enthaltend einen Rohrbündel-Wärmetauscher für den, den Abgaswärmetauscher verlassenden Abgasstrom eine Nachwärmung des Abgases vorsehen.

Dabei ist es möglich, die Abgase durch vertikal verlaufende Rohre zu führen, die vom Primärwärmetauschmedium umströmt werden. Bei dieser Ausführungsform sind Abgasführungen sowohl von oben nach unten als auch umgekehrt von unten nach oben möglich.

Insbesondere für kleinere Kesselleistungen und für verschiedene industrielle und gewerbliche Anwendungen kann auch ein Rohrbündel-Abgaswärmetauscher für liegende oder stehende Anordnung der die heißen Abgase führenden Rohre vorgesehen werden, bei dem zur Erzielung besonders kompakter Abmessungen die Rohrbündel innerhalb eines rohrförmigen Gehäuses geführt sind, dessen Außendurchmesser nur unwesentlich größer als die Rauchgasleitung der Feuerungsanlage ist. An Stelle von Rohren können auch kleine Graphitblocks verwendet werden, wobei alle abgasberührten Teile korrosionsbeständig ausgerüstet sein können.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anlage und des Verfahrens zur Rückgewinnung der Wärme aus den Abgasen einer Feuerungsanlage durch Abkühlung weit unter den Wassertaupunkt und gegebenenfalls nachfolgendes Wiedererwärmen der Abgase über den Wassertaupunkt beruht darauf, extern zum Abgaswärmetauscher das infolge der Wärmerückgewinnung aus den heißen Abgase erwärmte Primärwärmetauschmedium, welches sich in einem geschlossenen Primärkreislauf befindet, über eine oder mehrere externe Stufen einer weiteren Wärmetauschanlage auszukühlen, um dem Abgaswärmetauscher ein Primärwärmetauschmedium mit möglichst niedriger Temperatur zum Abkühlen der heißen Abgase zur Verfügung zu stellen, damit sich die Abgase weit unterhalb ihres Wassertaupunktes auskühlen können, wobei im Primärkreislauf eine regelbare Pumpe angeordnet ist, die mit einem im Primärkreislauf zwischen der Wärmetauschanlage und dem Abgaswärmetauscher angeordneten Meßfühler zur Regelung der Drehzahl der Pumpe in Abhängigkeit von der Temperatur des abgekühlten, in den Abgaswärmetauscher eintretenden Primärwärmetauschmediums versehen ist.

Insbesondere ist es mit der Erfindung möglich, mit einem einstufigen Wärmetauscher für die heißen Abgase diesem Abgaswärmetauscher ausreichende Primärwärmetauschmediummengen auf niedrigstem Temperaturniveau zur Verfügung zu stellen, so daß der komplette Wärmeinhalt der heißen Abgase auf dieses Medium übertragen werden kann, bis auf die an den Kontaktflächen des Wärmetauschers nach außen abgegebenen Wärmemengen.

Darüber hinaus ist es möglich, das erfindungsgemäße Verfahren und die Anlage für die Produktion von beispielsweise erwärmtem Trinkwasser oder zur Frischluftvorwärmung einzusetzen, wobei das Primärwärmetauschmedium einem Niedertemperatur-Wärme­ tauscher zugeführt wird, der mit Trinkwasser bzw. Frischluft als Sekundärwärmetauschmedium gespeist wird. Durch die indirekte Übertragung der Wärme aus dem Abgas mittels des Primärwärmetauschmediums auf die Sekundärwärmetauschmedien sind dabei lebensmittelrechtliche Anforderungen zur Verhinderung von Verunreinigungen aus dem Abgas einfach zu realisieren, da hier ein direkter Kontakt zwischen Trinkwasser bzw. Frischluft und Abgas vermieden wird. Somit bietet sich das erfindungsgemäße Verfahren und die Anlage auch für die Erwärmung anderer sensibler Medien an.

Der Durchlauf von zum Beispiel Trinkwasser durch diesen Niedertemperaturwärmetauscher kann bedarfsabhängig periodisch eingeschaltet werden. Auf diese Weise wird das ständige Vorhalten eines separaten Heizkreises auf hohem Temperaturniveau für die Herstellung von Trinkwasser mit der Folge der Energieverschwendung verhindert.

Auch bei dieser Variante ist die erfindungsgemäße Ausbildung eines geschlossenen Primärkreislaufs mit Durchflußmengenregelung für das Primärwärmetauschmedium besonders vorteilhaft, da der bei abgeschalteter Trinkwasseraufheizung fehlende Wärmeentzug im entsprechenden Niedertemperaturwärmetauscher durch Erhöhung der Durchflußmenge des Primärwärmetauschmediums ausgeglichen werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielhaft erläutert. Es zeigen

Fig. 1 in schematisierter Darstellung eine erfindungsgemäße Anlage mit einem Abgaswärmetauscher in Blockbauweise für die heißen Abgase im Querschnitt

Fig. 2 eine Variante des Abgaswärmetauschers für eine Anlage gemäß der Fig. 1.

In der Fig. 1 ist das Schema einer erfindungsgemäßen Anlage und eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Rückgewinnung von Wärme aus den Abgasen einer Feuerungsanlage dargestellt. Die heißen Abgase A aus einer nicht dargestellten Feuerungsanlage strömen in einen Abgaswärmetauscher 6, wodurch der Abgaswärmetauscher 6 zur Wärmerückgewinnung mit der Wärme aus den Abgasen einschließlich der latenten Wärme beaufschlagt wird. Die heißen Abgase werden im Abgaswärmetauscher 6 stark abgekühlt und verlassen den Abgaswärmetauscher als ausgekühltes Abgas A0. Das den Abgaswärmetauscher durchströmende Wärmetauschmedium wird in einem geschlossenen Primärkreis als Primärwärmetauschmedium geführt, der aus dem Abgaswärmetauscher 6 heraus über eine Leitung G zu drei außerhalb des Abgaswärmetauschers angeordneten Niedertemperaturwärmetauschern 21, 23, 25, und von dort wieder zurück in den Abgaswärmetauscher 6 führt, so daß ein geschlossener Primärkreislauf zwischen dem Abgaswärmetauscher 6 und den Niedertemperaturwärmetauschern 21, 23 über die Leitung G gebildet ist.

Ein wesentlicher Baustein der erfindungsgemäßen Anlage zur Wärmerückgewinnung ist dabei das Wärmerückgewinnungsgerät für die heißen Abgase, nämlich der Abgaswärmetauscher 6.

Der Abgaswärmetauscher 6 ist als Rohrbündelwärmetauscher oder Blockwärmetauscher aus imprägniertem Elektrographit oder anderen geeigneten Werkstoffen hergestellt. Die Rohrbündel oder -blöcke bilden insgesamt einen Wärmetauscher, der nur an einen Kreis für ein wärmeaufnehmendes Medium, nämlich das mit der Wärmetauschanlage für Niedertemperaturabnehmer über die Verbindungsleitungen G in einem geschlossenen Primärkreis geführte Primärwärmetauschmedium, angeschlossen ist. Die Rohrbündel bzw. -blöcke des Abgaswärmetauschers 6 werden von Wänden 15 seitlich begrenzt. Nach oben ist der Abgaswärmetauscher 6 mit einer Abgashaube 80 verschlossen, wobei in dieser Abgashaube 80 eine Öffnung zum Einströmen des heißen Abgases A von der Feuerungsanlage ausgebildet ist.

Die Gaskanäle 62 verlaufen durch den Abgaswärmetauscher 6 von oben nach unten, die Kanäle 63 für das Primärwärmetauschmedium horizontal, mit dem Eintritt 10 unten am Abgaswärmetauscher 6 und dem Austritt 11 oben am Abgaswärmetauscher 6. Die Rohre 63 werden also von unten nach oben im Wärmetauscher 6 von dem Primärwärmetauschmedium durchströmt. Des weiteren ist der Wärmetauscher durch horizontale Trennwände 61, 62, die voneinander vertikal übereinander beabstandet und wechselseitig von der rechten bzw. linken Seite ausgehend bis über die Mitte in den Wärmetauscher hineinragen, unterteilt, und zwar derart, daß der Strömungsweg der heißen Abgase A vom Eintritt über den Bereich 8 von oben nach unten in Mäanderform durch die Gaskanäle 62 um die Trennwände 60, 61 herumgeleitet ist. Dieser mäandrierende Weg M leitet die heißen Abgase A über die Tauscherflächen entgegen der Fließrichtung des eintretenden Primärwärmetauschmediums. Die Abgase kühlen sich dabei so lange ab, bis sie vor Eintritt in die sich unterhalb des Abgaswärmetauschers 6 an die Gaskanäle 62 anschließende Wendekammer 13 sich fast an das Temperaturniveau des kalt eintretenden Primärwärmetauschmediums angeglichen haben.

Dieses Primärwärmetauschmedium weist am Eintritt in den Abgaswärmetauscher 6 eine Temperatur weit unterhalb des Wassertaupunktes der heißen Abgase auf, so daß das sich bildende Kondensat der heißen Abgase in die Wanne 13 in der Abgaswendekammer tropfen kann und das Kondensat über den Ablauf 14 abgezogen werden kann. Das auf diese Weise abgekühlte und vom Kondensat befreite Abgas A1 wird nun über einen an einer Seitenwand des Abgaswärmetauschers 6 ausgebildeten Abzugskanal 3 zwischen der Innenwand 15 des Abgaswärmetauschers 6 und der Verkleidung 4 wieder nach oben in Richtung Kamin geleitet. Die Verkleidung 4 besteht aus einem nichtkorrodierenden Material. Der Abzugskanal 3 endet oberhalb der Abgashaube 80, die die Gaskanäle 62 des Abgaswärmetauschers 6 abdeckt. Durch eine weitere von der Abgashaube 80 beabstandeten Außenhaube 81 wird ein Stauraum 16 gebildet, der in das zum Kamin führende Abgasrohr 71 mündet.

Der so gebildete Stauraum 16 weist im Bereich der Abgashaube 80 eine wärmeabgebende Fläche des Abgaswärmetauschers 6 auf, die von den heißen Abgasen im Eintrittsbereich 8 hervorgerufen wird, so daß sich die im Stauraum 16 befindlichen Abgase A1 über Kontakt zur Abgashaube 80 erwärmen können. Die Erwärmung des Abgases A1 erfolgt dabei so weit, daß diese die für den Abzug durch den Kamin erforderliche Temperatur mindestens aufweisen. Damit ist eine Nachkondensation im Kamin und eine Kaminversottung ausgeschlossen. Am Ausgang des Abgasrohres 71 zum Kamin ist ein Ventilator 19 angeordnet, der zur Überwindung der geräteeigenen Widerstände vorgesehen ist. Der Ventilator 19 besitzt einen stufenlos geregelten Antrieb, so daß der Ventilator 19 so betrieben werden kann, daß am Kamineintritt für das Abgas stets ein Unterdruck vorhanden ist.

Der Abgaswärmetauscher 6 ist auf einem Gestell 65 aufgebaut, so daß genügend Raum für die Ableitung des Kondensats und Zugänglichkeit verbleibt.

Über die Leitung B kann bei geöffnetem Ventil 32 mittels der Pumpe C Kondensat KD aus der Kondensatwanne 13 über die obere Wärmetauscherreihe, d. h. im Eintrittsbereich 8 der heißen Abgase, gespritzt werden, um auf diese Weise eine Reinigung des Abgaswärmetauschers 6 durchzuführen. Nach erfolgter Reinigung wird die Pumpe C wieder abgeschaltet und das Ventil 32 geschlossen, wobei diese Reinigung vorzugsweise in periodischen Abständen erfolgt.

Für die Wärmerückgewinnung der im Abgas A enthaltenen Wärme einschließlich der latenten Wärme nimmt das den Abgaswärmetauscher 6 vom Eintritt 10 zum Austritt 11 durchströmende Primärwärmetauschmedium die im Abgas enthaltene Wärmemenge auf. Das Primärwärmetauschmedium verläßt somit den Abgaswärmetauscher 6 an der Austrittsöffnung 11 in erwärmtem Zustand bei ca. 80°C. Von dort gelangt es durch die Förderung mittels der Pumpe 100 in der Leitung G zu einer Wärmetauschanlage, die von drei Niedertemperaturwärmetauschern 21, 23, 25 gebildet ist. Diese Niedertemperaturwärmetauscher 21, 23, 25 sind vorzugsweise als Kreuz- und/oder Gegenstromwärmetauscher in Plattenbauweise ausgeführt. In der ersten Stufe kühlt sich das Primärwärmetauschmedium auf das Niveau des in den Niedertemperaturwärmetauscher 21 über die Leitung 22 eintretenden Sekundärwärmetauschmediums, zum Beispiel des Heizungsrücklaufs des Heizkreises unter Berücksichtigung üblicher Verluste ab. Das eintretende Sekundärwärmetauschmedium (Heizungsrücklauf) erwärmt sich dabei und wird über die Leitung 22a als erwärmter Heizungsrücklauf dem Brennkessel zugeführt.

Das austretende und bereits teilweise abgekühlte Primärwärme­ tauschmedium wird nunmehr dem zweiten Niedertemperaturwärme­ tauscher 23 zugeführt. Dieser Niedertemperaturwärmetauscher 23 wird über die Leitung 24 von einem kälteren Sekundärwärme­ tauschmittel als in der Leitung 22 vorhanden beaufschlagt, etwa Wasser oder Sole, die nachfolgend in einem Register in einer Lüftungs- oder Klimaanlage Kaltluft vorwärmt. Das Primärwärmetauschmedium kühlt sich unter üblichen Verlusten in dieser zweiten Stufe der Wärmetauschanlage auf das Niveau des die Leitung 24 durchströmenden Sekundärwärmetauschmediums ab. Das derart im Niedertemperaturwärmetauscher 23 erwärmte Sekundärwärmetauschmedium wird dann über die Leitung 24a wieder dem Versorgungssystem zugeführt.

Das aus dem Niedertemperaturwärmetauscher 23 austretende und nunmehr weiter abgekühlte Primärwärmetauschmedium wird nun dem dritten Niedertemperaturwärmetauscher 25 zugeführt. Dieser Niedertemperaturwärmetauscher 25 wird über die Leitung 26 von einem noch kälteren Sekundärwärmetauschmittel als in der Leitung 24 vorhanden beaufschlagt, etwa Brauchwasser. Das Primärwärmetauschmedium kühlt sich unter üblichen Verlusten in dieser dritten Stufe der Wärmetauschanlage auf das Niveau des die Leitung 26 durchströmenden Sekundärwärmetauschmediums ab. Das derart im Niedertemperaturwärmetauscher 25 erwärmte Sekundärwärmetauschmedium wird dann über die Leitung 26a wieder dem Versorgungssystem zugeführt.

Das auf diese Weise nochmals weiter abgekühlte Primär­ wärmetauschmedium verläßt die Wärmetauschanlage, um über die Verbindungsleitung G wieder dem Abgaswärmetauscher 6 zugeführt zu werden. Somit dient das auf diese Weise in der Wärmetauschanlage ausgekühlte Primärwärmetauschmedium als kaltes Medium, um im Abgaswärmetauscher 6 die heißen Abgase bis unter ihren Wassertaupunkt auszukühlen.

Die Auskühlung des Primärwärmetauschmediums kann auch in weniger oder mehreren Stufen als in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 dargestellt herbeigeführt werden, je nach den vorhandenen Gegebenheiten, in die die erfindungsgemäße Wärmerückgewinnungsanlage eingebunden werden soll.

Es ist dabei lediglich sicherzustellen, daß die heißen Abgase A beim Durchlaufen des Abgaswärmetauschers 6 hinreichend ausgekühlt werden, also auf ca. 20°C und daß stets eine solche Wärme auch ausgetauscht werden kann, d. h. von der dem Abgaswärmetauscher 6 zugeführten Durchflußmenge des Primärwärmetauschmediums aufgenommen werden kann. Aus diesem Grunde ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Durchflußmenge des Primärwärmetauschmediums in Abhängigkeit von der Temperatur des Primärwärmetauschmediums bei dessen Eintritt in den Abgaswärmetauscher 6 zu regeln. Hierfür wird die Drehzahl der Pumpe 100 im Primärkreis in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur des Primärwärmetauschmediums vor dessen Eintritt in den Abgaswärmetauscher geregelt.

Somit wird die Durchflußmenge des Primärwärmetauschmittels durch die Wärmetauschanlage mit dem Niedertemperaturwärmetauschern 21, 23, 25 und durch den Abgaswärmetauscher 6 gesteuert. Hierfür ist ein Meßfühler TF für die Temperatur des abgekühlten Primärwärmetauschmediums in der Verbindungsleitung G zwischen dem Ausgang der Wärmetauschanlage aus dem letzten Niedertemperaturwärmetauscher 25 und dem Eintritt 10 in den Abgaswärmetauscher 6 vorgesehen, dessen Meßsignale TR benutzt werden, um die Drehzahl der Pumpe 100 über die Steuerleitung PD zu regeln. Ist das Primärwärmetauschmedium an der Meßstelle TF zu warm, so wird die Durchflußmenge an Primärwärmetauschmedium über eine erhöhte Drehzahl der Pumpe 100 erhöht. Auf diese Weise wird erreicht, daß stets ausreichend abgekühltes, d. h. kaltes Primärwärmetauschmedium dem Abgaswärmetauscher 6 zur Auskühlung der heißen Abgase A in gewünschtem Umfange, nämlich bis möglichst auf eine Temperatur von ca. 20°C zur Verfügung steht. Durch die Trennung des Primärwärmetauschmediums von den Sekundärwärmetauschmedien durch den geschlossenen Primärkreis bleibt die geänderte Durchflußmenge der Primärwärmetauschmittel in den Versorgungssystemen der Sekundärwärmetauschmedien unbemerkt.

In der Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wärmerückgewinnungsanlage teilweise schematisiert dargestellt. Analog zu dem vorangegangenen Beispiel wird wiederum ein Abgaswärmetauscher 6 von einem Primärwärmetauschmedium in einem geschlossenen Primärkreislauf durchströmt. Das Primärwärmetauschmedium tritt an einer Eintrittsöffnung 10 in den Abgaswärmetauscher 6 ein, wird im Abgaswärmetauscher 6 erwärmt und tritt als erwärmtes Primärwärmetauschmedium aus der Austrittsöffnung 11 des Abgaswärmetauschers 6 wieder aus. Über eine Leitung G gelangt es sodann zu einem Niedertemperaturwärmetauscher 21, der mit einem Sekundärwärmetauschmedium von einer Leitung 22 beaufschlagt wird, so daß ein Wärmetausch zwischen dem heißen Primärwärmetauschmedium und dem Sekundärwärmetauschmedium erfolgt, wobei das Primärwärmetauschmedium abgekühlt wird und das Sekundärwärmetauschmedium den Niedertemperaturwärmetauscher 21 als erwärmtes Sekundärwärmetauschmedium in der Leitung 22a wieder verläßt. Über eine in der Leitung G angeordnete drehzahlgeregelte Pumpe 100 gelangt das derart ausgekühlte Primärwärmetauschmedium wieder in den Abgaswärmetauscher 6, so daß der geschlossene Primärkreislauf für das Primärwärmetauschmedium gebildet ist, wobei die erfindungsgemäße Temperaturregelung des Primärwärmetauschmediums über die drehzahlgeregelte Pumpe 100 analog zum ersten Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1 erfolgt.

Der Abgaswärmetauscher 6 gemäß der Fig. 2 ist dabei wiederum als Rohrbündel-Wärmetauscher ausgeführt und weist in seinem Inneren Kanäle 62 zur Führung des heißen Abgases A und Kanäle 63 zur Führung des Primärtauschmediums zwischen der Einlaßöffnung 10 und der Auslaßöffnung 11 auf. Zur Erzielung besonders kompakter Abmessungen sind die Rohrbündel mit den Kanälen 62, 63 innerhalb eines rohrförmigen Gehäuses 15 geführt, dessen Außendurchmesser nur unwesentlich größer als die Rauchgasleitung 200 der Feuerungsanlage ist, durch die die heißen Abgase A herangeführt werden. Anschließend an den Abgaswärmetauscher 6 ist mittels Spannschrauben 130 ein Kondensatabscheider 13a befestigt, in dem das infolge der Abkühlung der Abgase im Abgaswärmetauscher 6 anfallende Kondensat von dem ausgekühlten Abgas abgeschieden wird und über eine Kondensatleitung 14 entfernt werden kann. Sodann verläßt das Abgas die erfindungsgemäße Anlage als ausgekühlter Abgasstrom A1. Dieser Abgasstrom A1 kann nun wahlweise noch einer hier nicht dargestellten Nachwärmeeinrichtung für die Abgase zugeführt werden oder ohne Nachwärmung an die Umgebung abgegeben werden.

Ein derartiger Rohrbündel-Abgaswärmetauscher 6 kann sowohl für liegende oder stehende Anordnung der die heißen Abgase führenden Rohre 62 vorgesehen werden, wobei besonders kompakte Abmessungen des Abgaswärmetauschers 6 möglich sind, so daß eine derartige erfindungsgemäße Wärmerückgewinnungsanlage auch für kleinere Kesselleistungen und für verschiedene industrielle und gewerbliche Anwendungen verwendbar ist. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel wird über die in Abhängigkeit von der Temperatur des Primärwärmetauschmittels geregelte Drehzahl der Pumpe 100 eine genaue Einregelung der Temperatur des Primärwärmetauschmediums an der Eintrittsöffnung 10 des Abgaswärmetauschers 6 auf einen vorgegebenen Sollwert bewirkt, so daß ein stets guter Wirkungsgrad und Anpassung an unterschiedliche Leistungen der erfindungsgemäßen Wärmerückgewinnung sichergestellt ist.

Ein Vorzug der erfindungsgemäßen Wärmerückgewinnungsanlage ist die Ausführung des Abgaswärmetauschers mit nur einem einzigen geschlossenen Primärkreis, der bevorzugt konstant in bezug auf die Menge des Primärwärmetauschmediums bleibt. Aus diesem Grund wird, um möglichst hohe Erwärmungstemperaturen des Wärmetauschmediums des Primärkreises zu erreichen, die Menge des Primärwärmetauschmedium klein gehalten und über eine drehzahlgeregelte Pumpe im Primärkreis in Abhängigkeit von der Eintrittstemperatur in den Abgaswärmetauscher hinsichtlich Durchflußmenge schnell und präzise reguliert.

Claims (5)

1. Verfahren zur Rückgewinnung von Wärme aus den Abgasen einer Feuerungsanlage mittels Wärmeaustausch in einem Abgaswärmetauscher zwischen den heißen, den Abgaswärmetauscher durchströmenden Abgasen der Feuerungsanlage und einem den Abgaswärmetauscher durchströmenden Wärmetauschmedium, wobei die Abgase vorzugsweise bis unter den Wassertaupunkt unter Kondensatbildung abgekühlt werden und die Abgase gegebenenfalls nachfolgend zur Erzielung eines ausreichenden thermischen Auftriebs im Kamin bis über den Wassertaupunkt wieder erwärmt werden, und das Wärmetauschmedium beim Durchströmen des Abgaswärmetauschers erwärmt wird, wobei das den Abgaswärmetauscher durchströmende Wärmetauschmedium in einem geschlossenen Primärkreislauf als Primärwärmetauschmedium geführt ist und dieses Primärwärmetauschmedium durch mindestens einen Niedertemperaturwärmetauscher außerhalb des Abgaswärmetauschers zum Abkühlen geführt wird und der bzw. die Niedertemperaturwärmetauscher von je einem Sekundärwärmetauschmedium zur Wärmeaufnahme beaufschlagt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußmenge des Primärwärmetauschmediums im geschlossenen Primärkreislauf regelbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußmenge je Zeiteinheit des Primärwärmetauschmediums in Abhängigkeit von der Eintrittstemperatur des Primärwärmetauschmediums in den Abgaswärmetauscher mittels eines Temperaturfühlers und einer stufenlos drehzahlgeregelten Pumpe zur Förderung des Primärwärmetauschmediums im Primärkreis geregelt wird.

3. Anlage zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 oder 2 zur Rückgewinnung von Wärme aus den Abgasen von Feuerungsanlagen durch Abkühlen der Abgase bis vorzugsweise unter den Wassertaupunkt der Abgase unter Ausscheidung von Kondensat und nachfolgendes Wiedererwärmen der Abgase, gegebenenfalls über ihren Wassertaupunkt für den Abzug durch einen Kamin, enthaltend eine Feuerungsanlage zum Erwärmen eines in einem Heizkreislauf geführten Heizmediums für einen Wärmeverbraucher, wie eine Heizung, eine ein- oder mehrstufige Wärmetauschanlage für einen oder mehrere Niedertemperaturabnehmer, einen von der Wärmetauschanlage für Niedertemperaturabnehmer unabhängigen Abgaswärmetauscher für das Durchleiten und Abkühlen der von der Feuerungsanlage kommenden heißen Abgase, vorzugsweise bis unter deren Wassertaupunkt und einen Abzugskanal zum Abzug der abgekühlten Abgase zum Kamin, wobei der Abgaswärmetauscher mit einem den Abgaswärme­ tauscher durchströmenden Wärmetauschmedium beaufschlagt wird, wobei für das Wärmetauschmedium des Abgaswärmetauschers ein geschlossener Primärkreislauf ausgebildet ist und für die Abkühlung dieses Primärwärmetauschmediums eine ein- oder mehrstufige Wärmetauschanlage für einen oder mehrere Niedertemperaturabnehmer ausgebildet ist, die zwischen dem Austritt des erwärmten Primärwärmetauschmediums aus dem Abgaswärmetauscher und dem Wiedereintritt des Primärwärmetauschmediums in den Abgaswärmetauscher einseitig an den Primärkreislauf angeschlossen ist, wobei einer oder mehrere Niedertemperaturabnehmer mit der dem Primärwärmetauschmedium entzogenen Wärme erwärmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß im Primärkreislauf eine regelbare Pumpe angeordnet ist, die mit einem im Primärkreislauf zwischen der Wärmetauschanlage und dem Abgaswärmetauscher angeordneten Meßfühler zur Regelung der Drehzahl der Pumpe in Abhängigkeit von der Temperatur des abgekühlten, in die Wärmetauschanlage eintretenden Primärwärmetauschmediums versehen ist.

4. Anlage nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Einsatz eines als Rohrbündel- Wärmetauscher ausgebildeten Abgaswärmetauscher (6), der innere Kanäle (62) zur Führung der heißen Abgase (A) und Kanäle (63) zur Führung des Primärwärmetauschmediums zwischen einer Einlaßöffnung (10) und einer Auslaßöffnung (11) aufweist, und wobei ein die Rohrbündel umgebendes rohrförmiges Gehäuse (15) mit einem nur wenig größeren Außendurchmesser als dem Außendurchmesser der anzuschließenden Rauchgasleitung (200) vorgesehen ist und bei dem an das rohrförmige Gehäuse (15) auf dem dem Anschluß der Rauchgasleitung (200) gegenüberliegenden stirnseitigen Ende ein Kondensatabscheider (13a) befestigt ist und der Abgaswärmetauscher (6) in vertikaler oder horizontaler Lage einsetzbar ist.

5. Anlage nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an Primärwärmetauschmedium im Primärkreis frei bestimmbar ist, dergestalt, daß der Abgaswärmetauscher (6) unterschiedlich große Abgasmengen aufnehmen kann und/oder an verschiedene Kesselgrößen der Feuerungsanlage angeschlossen werden kann.