DE19819138C2 - Feuerungsanlage - Google Patents
FeuerungsanlageInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Feuerungsanlage, die
einen Heizkessel mit einem Feuerraum, einer Abgasaustritts
öffnung und einer den Feuerraum mit der Abgasaustrittsöffnung
verbindende Abgaskanalanordnung und einen von dem Abgas der Feuerungsanlage durchströmten
Restwärmetauscher, welcher eine Abgas-Kühlflüssigkeits-
Grenzfläche aufweist, umfaßt.
Bei bekannten Feuerungsanlagen der vorstehend genannten Art
ist die den Feuerraum mit der Abgasaustrittsöffnung des Heiz
kessels verbindende Abgaskanalanordnung als ein Nachschalt
heizbereich ausgebildet, der eine Vielzahl von Kanälen, in
vielen Fällen Dutzende von Kanälen, umfaßt. Die Oberfläche
der Begrenzungswände der den Feuerraum mit der Abgasaus
trittsöffnung verbindenden Kanäle dieser Nachschaltheizberei
che, die als Nachschaltheizfläche dient, beträgt ein Viel
faches, zumindest aber das Dreifache, der Oberfläche der
Begrenzungswände des Feuerraums. Die Begrenzungswände der Ab
gaskanäle des Nachschaltheizbereiches weisen in der Regel
viele Rippen auf, um eine turbulente Strömung des Abgases der
Feuerungsanlage durch die Abgaskanalanordnung zu erzeugen, so
daß das Abgas in intensiven Kontakt mit den Begrenzungswänden
der Abgaskanalanordnung kommt und ein wirksamer Wärmeübergang
aus dem Abgas durch Konvektion auf die Begrenzungswände der
Abgaskanalanordnung gewährleistet ist. In den Fällen, in de
nen die Begrenzungswände des Nachschaltheizbereiches unbe
rippt sind, sind in den Kanälen des Nachschaltheizbereiches
als Turbulatoren oder Virbulatoren bezeichnete Umlenkkörper
angeordnet, um eine turbulente Strömung zu erzeugen. Aufgrund
der Berippung der Kanäle des Nachschaltheizbereiches bzw. des
Vorhandenseins der Umlenkkörper ist der strömungstechnische
Widerstand des Nachschaltheizbereiches, den der Nachschalt
heizbereich der Strömung des Abgases entgegensetzt, deutlich
größer als der strömungstechnische Widerstand des Feuerraums.
Mehr als 90% des gesamten strömungstechnischen Widerstandes
des Heizkessels (der auch als feuerraumseitiger Widerstand
bezeichnet wird) entfallen bei den bekannten Feuerungsanlagen
auf den Nachschaltheizbereich.
Im Betrieb der bekannten Feuerungsanlagen gibt das Abgas der
Feuerungsanlage sowohl im Feuerraum als auch im Nachschalt
heizbereich Wärme an die jeweiligen Begrenzungswände und von
dort an das im Kesselraum des Heizkessels befindliche
Heizwasser ab. Dabei dominiert im Feuerraum die Wärmeabgabe
durch Wärmestrahlung, während die Wärme im Nachschaltheiz
bereich vorwiegend durch Konvektion übertragen wird, da das
in den Nachschaltheizbereich gelangende Abgas der Feuerungs
anlage bereits von der Flammentemperatur (im Bereich von un
gefähr 2000°C bis ungefähr 2500°C) auf eine vergleichsweise
niedrige Temperatur von ungefähr 500°C abgekühlt worden ist
und die durch Strahlung übertragene Wärmemenge ungefähr pro
portional zu der vierten Potenz der absoluten Temperatur des
Abgases ist. Um eine wirksame weitere Abkühlung des Abgases
erreichen zu können, muß der Nachschaltheizbereich eine sehr
große Nachschaltheizfläche aufweisen, was durch das Versehen
des Nachschaltheizbereiches mit Rippen, Lamellen und anderen
Oberflächenunebenheiten bewirkt wird.
Die Herstellung des geometrisch komplex aufgebauten Nach
schaltheizbereichs ist jedoch aufwendig und teuer, so daß der
Nachschaltheizbereich einen beträchtlichen Anteil zu den
Herstellungskosten des Heizkessels der bekannten Feuerungsanlagen beiträgt.
Außerdem kann es durch den hohen strömungstechnischen Widerstand des
Nachschaltheizbereichs zu Druckschwingungen im Feuerraum des Heizkessels
kommen, was beispielsweise den Brennerstart erschweren kann.
Aus der DE 195 43 452 A1 ist eine Feuerungsanlage gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 bekannt. Der Heizkessel ist in dieser Druckschrift nur schema
tisch dargestellt und beschrieben; insbesondere werden keine näheren Anga
ben zum Aufbau der Abgaskanalanordnung dieses Heizkessels gemacht.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Feuerungsanlage
der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine möglichst vollständige
Nutzung der in dem Abgas der Feuerungsanlage enthaltenen Wärme erlaubt,
dabei jedoch einfacher herzustellen ist als die bekannten Feuerungsanlagen.
Diese Aufgabe wird bei einer Feuerungsanlage mit den Merkmalen des Ober
begriffs von Anspruch 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Oberfläche
der Begrenzungswände der Abgaskanalanordnung kleiner ist als das Dreifache
der Oberfläche der Begrenzungswände des Feuerraums.
Der erfindungsgemäßen Lösung liegt demnach das Konzept zugrunde, die
geometrisch komplexe und aufwendig herzustellende Nachschaltheizfläche des
Heizkessels der bekannten Feuerungsanlagen durch die Abgas-Kühlflüssig
keits-Grenzfläche eines
der Abgaskanalanordnung des Heizkessels nachgeschalteten
Restwärmetauschers zu ersetzen.
Durch das Ersetzen des Nachschaltheizbereiches der bekannten
Heizkessel durch den nachgeschalteten Restwärmetauscher
wird ferner der gesamte strömungstechnische Widerstand der
Feuerungsanlage verringert, beispielsweise halbiert, so daß
der im Feuerraum herrschende Überdruck ebenfalls verringert
wird.
Aufgrund des geringeren Überdrucks sind geringere Anforderun
gen an die Dichtigkeit des Feuerraums zu stellen. Außerdem
kann ein einfacher aufgebauter Brenner mit einem schwächeren
Gebläse verwendet werden. Ferner wird durch die Reduktion des
strömungstechnischen Widerstands der Feuerungsanlage das Ent
stehen von Druckschwingungen beim Brennerstart (Anfahrstoß)
erschwert.
Eine große Abgas-Kühlflüssigkeits-Grenzfläche, durch die ein
Wärmeübergang von dem Abgas auf die Kühlflüssigkeit stattfin
den kann, kann beispielsweise dadurch erzeugt werden, daß der
Restwärmetauscher eine Einrichtung zum Erzeugen eines Kühl
flüssigkeitsstrahls umfaßt, durch die mindestens ein frei
durch den Restwärmetauscher fallender Kühlflüssigkeitsstrahl
erzeugbar ist.
Eine relativ zu dem Kühlflüssigkeitsvolumen besonders große
Abgas-Kühlflüssigkeits-Grenzfläche wird vorteilhafterweise
dadurch erreicht, daß der Restwärmetauscher eine Einrichtung
zum Erzeugen eines Kühlflüssigkeitssprays, vorzugsweise eines
monodispersen Kühlflüssigkeitssprays, umfaßt.
Ein monodisperses Kühlflüssigkeitsspray wird in diesem Zusam
menhang mit Hilfe des Tropfengrößenspektrums wie folgt defi
niert:
Es sei d0,05 der Tropfendurchmesser, für den gilt, daß alle Tropfen des Kühlflüssigkeitssprays, deren Durchmesser kleiner ist als dieser Durchmesser, zusammen 5% des Flüssigkeits volumens des Sprays beinhalten.
Es sei d0,05 der Tropfendurchmesser, für den gilt, daß alle Tropfen des Kühlflüssigkeitssprays, deren Durchmesser kleiner ist als dieser Durchmesser, zusammen 5% des Flüssigkeits volumens des Sprays beinhalten.
Ferner sei d0,95 der Tropfendurchmesser, für den gilt, daß
alle Tropfen des Kühlflüssigkeitssprays, deren Durchmesser
größe ist als dieser Durchmesser, zusammen 5% des Flüssig
keitsvolumens des Sprays beinhalten.
Dann soll ein Kühlflüssigkeitsspray als monodispers gelten,
wenn das Verhältnis des Durchmessers d0,95 zu dem Durchmesser
d0,05 kleiner ist als ungefähr 1,2.
Ein monodisperses Kühlflüssigkeitsspray weist also eine sehr
schmale Tropfengrößenverteilung auf. Der mittlere Tropfen
durchmesser kann daher so gewählt werden, daß er nur knapp
oberhalb des Mindestdurchmessers liegt, ab dem ein Kühlflüs
sigkeitstropfen nicht mehr vom Abgasstrom mitgerissen wird,
weil es in dem Kühlflüssigkeitsspray nur wenige Tropfen gibt,
die einen wesentlich kleineren Durchmesser als den mittleren
Tropfendurchmesser aufweisen.
Da es andererseits auch nur relativ wenige Tropfen mit einem
deutlich größeren Durchmesser als dem mittleren Tropfendurch
messer in dem Kühlflüssigkeitsspray gibt, bietet das monodis
perse Kühlflüssigkeitsspray überdies eine sehr große spezifi
sche Wärmetauschfläche.
Um die Herstellung der Abgaskanalanordnung des Heizkessels
möglichst einfach zu gestalten, ist es von Vorteil, wenn die
Abgaskanalanordnung aus einem bis drei Abgaskanälen, vorzugs
weise aus genau einem Abgaskanal, besteht.
Um das Entstehen von Druckschwingungen im Feuerraum, die den
Brennerstart erschweren können, zu behindern, ist es günstig,
wenn der strömungstechnische Widerstand der Abgaskanalanord
nung kleiner ist als ungefähr das Dreifache des strömungs
technischen Widerstands des Feuerraums, vorzugsweise kleiner
als der strömungstechnische Widerstand des Feuerraums.
Ferner ist es günstig, wenn der strömungstechnische Wider
stand des Restwärmetauschers kleiner ist als ungefähr das
Sechsfache, vorzugsweise kleiner als ungefähr das Dreifache,
des strömungstechnischen Widerstands des Feuerraums.
Der strömungstechnische Widerstand kann insbesondere dadurch
verkleinert werden, daß kurze Abgaskanäle und/oder Abgas
kanäle mit großem Querschnitt verwendet werden. Zum Wider
stand eines Abgaskanals trägt nämlich auch der dynamische
Gasdruck im Abgaskanal bei, der proportional zum Quadrat der
Strömungsgeschwindigkeit durch den Abgaskanal ist und daher
bei Vergrößerung des Kanalquerschnitts, welcher sich bei kon
stantem Massenstrom reziprok zur Strömungsgeschwindigkeit
verhält, stark abnimmt.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfin
dung umfaßt die Feuerungsanlage einen Abgasabführraum, der im
Betrieb der Feuerungsanlage aus dem Feuerraum strömendes Ab
gas aufnimmt, wobei die Temperatur des Abgases beim Durch
strömen des Abgasabführraums von einer Temperatur oberhalb
der Abgastaupunkttemperatur auf eine Temperatur unterhalb der
Abgastaupunkttemperatur abnimmt und ein erster Begrenzungs
wandbereich des Abgasabführraums, der im Betrieb der Feue
rungsanlage eine Temperatur oberhalb der Abgastaupunkttempe
ratur aufweist, und ein zweiter Begrenzungswandbereich des
Abgasabführraums, der im Betrieb der Feuerungsanlage eine
Temperatur unterhalb der Abgastaupunkttemperatur aufweist,
thermisch voneinander getrennt sind. Dadurch wird erreicht,
daß alle Temperaturen der Begrenzungswände des Abgasabführ
raums entweder oberhalb oder unterhalb der Abgastaupunkttem
peratur liegen, so daß kein Bereich der Begrenzungswand des
Abgasabführraums im Betrieb der Feuerungsanlage die Tempera
tur des Abgastaupunktes aufweist und dadurch besonders korro
sionsgefährdet ist. Bei einer solchen Feuerungsanlage weist
also nur das Abgas selbst an einer Stelle des Abgasabführ
raums die Abgastaupunkttemperatur auf, nicht jedoch die
Begrenzungswand des Abgasabführraums.
Um zu gewährleisten, daß der erste Begrenzungswandbereich des
Abgasabführraums im Betrieb der Feuerungsanlage stets eine
Temperatur oberhalb der Abgastaupunkttemperatur aufweist,
kann vorgesehen sein, daß der erste Begrenzungswandbereich
eine Außenwand des Heizkessels umfaßt und/oder in thermischem
Kontakt mit dem Heizkessel steht.
Um zu gewährleisten, daß der zweite Begrenzungswandbereich
des Abgasabführraums im Betrieb der Feuerungsanlage stets
eine Temperatur unterhalb der Abgastaupunkttemperatur auf
weist, kann vorgesehen sein, daß der zweite Begrenzungswand
bereich eine Begrenzungswand des Restwärmetauschers umfaßt
und/oder in thermischem Kontakt mit dem Restwärmetauscher
steht.
Um den strömungstechnischen Widerstand der Abgaskanalanord
nung möglichst klein zu halten, ist vorzugsweise vorgesehen,
daß die Begrenzungswände der Abgaskanalanordnung ausschließ
lich glatte Oberflächen aufweisen.
Besonders einfach und kostengünstig zu fertigen ist eine
Feuerungsanlage, bei der die Abgaskanalanordnung aus einem
oder mehreren im wesentlichen zylindrischen Abgaskanälen
besteht.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand
der nachfolgenden Beschreibung und zeichnerischen Darstellung
von Ausführungsbeispielen.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine
Brenner-Heizkessel-Restwärmetauscher-Einheit
einer ersten Ausführungsform einer erfin
dungsgemäßen Feuerungsanlage, die einen Feu
erraum mit horizontal ausgerichteter Achse
umfaßt, welcher zwischen zwei Restwärmetau
schern angeordnet ist;
Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch die
Brenner-Heizkessel-Restwärmetauscher-Einheit
aus Fig. 1;
Fig. 3 einen schematischen Querschnitt durch eine
Brenner-Heizkessel-Restwärmetauscher-Einheit
einer zweiten Ausführungsform einer erfin
dungsgemäßen Feuerungsanlage, die einen Feu
erraum mit horizontal ausgerichteter Achse
umfaßt, welcher neben einem Restwärmetauscher
angeordnet ist;
Fig. 4 einen schematischen Querschnitt durch eine
Brenner-Heizkessel-Restwärmetauscher-Einheit
einer dritten Ausführungsform einer erfin
dungsgemäßen Feuerungsanlage, die einen Feu
erraum mit vertikal ausgerichteter Achse um
faßt, welcher neben einem Restwärmetauscher
angeordnet ist;
Fig. 5 einen schematischen Längsschnitt durch eine
Brenner-Heizkessel-Restwärmetauscher-Einheit
einer vierten Ausführungsform einer erfin
dungsgemäßen Feuerungsanlage, die einen Feu
erraum mit horizontal ausgerichteter Achse
umfaßt, welcher oberhalb eines Restwärmetau
schers angeordnet ist;
Fig. 6 einen schematischen Querschnitt durch die
Brenner-Heizkessel-Restwärmetauscher-Einheit
aus Fig. 5;
Fig. 7 eine schematische Seitenansicht eines Umlenk
körpers aus dem Feuerraum der Brenner-Heiz
kessel-Restwärmetauscher-Einheit aus den
Fig. 5 und 6.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen
Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Eine in den Fig. 1 und 2 dargestellte, als Ganzes mit 100
bezeichnete erste Ausführungsform einer Feuerungsanlage um
faßt eine Brenner-Heizkessel-Restwärmetauscher-Einheit 102,
die in einem im wesentlichen quaderförmigen Gehäuse 104 un
tergebracht ist.
In einem oberen Bereich des Innenraums des Gehäuses 104 ist
ein im wesentlichen hohlzylindrischer Heizkessel 106 angeord
net, der sich längs seiner horizontalen Achse 108 von einer
Rückwand 110 des Gehäuses 104 bis zu einer Vorderwand 112
desselben erstreckt.
Der Mantel und die vordere Stirnseite des Heizkessels 106
sind doppelwandig ausgebildet; ein zwischen einer Innenwand
114 des Heizkessels 106 und einer Außenwand 116 desselben an
geordneter Kesselraum 118 ist mit Heizwasser gefüllt.
Im oberen Bereich der vorderen Stirnfläche des Heizkessels
106 ist ein Heizwasseraustritt 120 vorgesehen, von dem eine
Heizwasser-Zwischenleitung 122 zu einem ersten Eingang eines
motorisch betätigbaren Drei-Wege-Mischventils 124 führt.
Ein Ausgang des Mischventils 124 ist über eine Heizwasser-
Zwischenleitung 126 mit einem saugseitigen Eingang einer
Heizwasserpumpe 128 verbunden.
Von einem druckseitigen Ausgang der Heizwasserpumpe 128 führt
eine Heizwasser-Vorlaufleitung 130 zu einer (nicht darge
stellten) Heizkörperanordnung.
Von dieser Heizkörperanordnung führt eine Heizwasser-Rück
laufleitung 132 zu einem in einem unteren Bereich des Gehäu
ses 104 der Brenner-Heizkessel-Restwärmetauscher-Einheit 102
vorgesehenen Heizwassereintritt 134.
An den Heizwassereintritt 134 ist ein Ende einer Heizwasser-
Wärmetauscherschlange 136 angeschlossen, die in einem Konden
satsumpf 138 am Boden des Gehäuses 104 angeordnet ist und zusammen
mit demselben einen Kondensat-Heizwasser-Wärmetauscher
140 bildet.
Ein oberes Ende der Heizwasser-Wärmetauscherschlange 136 ist
an einen Eingang einer Heizwasserverzweigung 142 angeschlos
sen.
Von einem ersten Ausgang der Heizwasserverzweigung 142 führt
eine Heizwasser-Zwischenleitung 144 zu einem in einem unteren
Bereich der Mantelwand des Heizkessels 106 angeordneten
Heizwassereintritt 146 des Heizkessels 106.
Ein zweiter Ausgang der Heizwasserverzweigung 142 ist über
eine Heizwasser-Abzweigleitung 148, die die Wand des Gehäuses
104 durchsetzt, mit einem zweiten Eingang des Mischventils
124 verbunden.
Der Heizkessel 106, die Heizwasser-Zwischenleitung 122, das
Mischventil 124, die Heizwasser-Zwischenleitung 126, die
Heizwasserpumpe 128, die Heizwasser-Vorlaufleitung 130, die
Heizkörperanordnung, die Heizwasser-Rücklaufleitung 132, die
Heizwasser-Wärmetauscherschlange 136 und die Heizwasser-
Zwischenleitung 144 bilden zusammen einen Heizwasserkreislauf
150 der Heizungsanlage.
Der von der Innenwand 114 des Heizkessels 106 und von der
Rückwand 110 des Gehäuses 104 begrenzte Innenraum des Heiz
kessels 106 bildet einen Feuerraum 152 des Heizkessels 106.
In den Feuerraum 152 taucht ein im wesentlichen hohlzylindri
sches Flammrohr 154 eines Brenners 156 ein, dessen übrige
Bestandteile an der Rückwand 110 des Gehäuses 104 angeordnet
sind.
Der Brenner 156 ist an eine (nicht dargestellte) Brennstoff
zufuhr und an eine (nicht dargestellte) Verbrennungsluft
zufuhr angeschlossen.
Wie am besten aus Fig. 1 zu ersehen ist, steht der Feuerraum
152 über mehrere, beispielsweise drei, Abgaskanäle 158, die
in einem unteren Bereich des Mantels des Heizkessels 106 aus
gebildet sind, mit einem im wesentlichen unterhalb des Heiz
kessels 106 angeordneten Abgassammelraum 160 in Verbindung.
Der Abgassammelraum 160 wird nach oben durch die Außenwand
116 des Heizkessels 106 und nach unten durch die Oberfläche
des Kondensatsumpfes 138 begrenzt.
Eine weitere seitliche Begrenzung des Abgassammelraums 160
wird durch einen Schutzschild 162 gebildet, der sich sich in
Richtung der Achse 108 des Heizkessels 106 erstreckt, einen
im wesentlichen U-förmigen, nach unten offenen Querschnitt
aufweist und den Heizkessel 106 in seinem Innenraum aufnimmt,
so daß der Schutzschild 162 nach oben und zur Seite hin eine
Abdeckung für den Heizkessel 106 bildet, wobei der Heizkessel
106 und der Schutzschild 162 durch einen Spalt mit einer
Breite von ungefähr 10 mm bis ungefähr 50 mm voneinander
getrennt sind.
Mittels oberer Abstandhalter 163 und unterer Abstandhalter
165 ist der Schutzschild 162 an der Außenwand 116 des Heiz
kessels 106 festgelegt.
Die Abstandhalter 163 und 165 bestehen aus einem Material mit
einer geringen Wärmeleitfähigkeit, um eine thermische Tren
nung des Schutzschildes 162 von dem Heizkessel 106 zu gewährleisten.
Die Abstandhalter 163 und 165 bestehen vorzugsweise
aus einem korrosionsbeständigen keramischen Material.
Die unteren Abstandhalter 166 sind so ausgebildet, daß sie
den Spalt zwischen dem Schutzschild 162 und der Außenwand 116
des Heizkessels 106 überdecken, so daß das Eindringen einer
Abgasströmung in den Zwischenraum zwischen dem Schutzschild
162 und dem Heizkessel 106 verhindert wird.
Zwischen Unterkanten des Schutzschildes 162 und der Oberflä
che des Kondensatsumpfes 138 verbleibende Spalte bilden Ab
gaseintritte 164a und 164b eines Restwärmetauschers 166a bzw.
166b.
Die Restwärmetauscher 166a und 166b sind auf einander entge
gengesetzten Seiten des Heizkessels 106 angeordnet. Diese
Restwärmetauscher 166a und 166b werden seitlich durch den
Schutzschild 162 und durch das Gehäuse 104 der Brenner-Heiz
kessel-Restwärmetauscher-Einheit 102 begrenzt und weisen ei
nen gemeinsamen Abgasaustritt 168 auf, der in der Vorderwand
112 des Gehäuses 104 oberhalb des Schutzschildes 162 angeord
net ist.
Die Restwärmetauscher 166a und 166b sind als Monodispers-Kon
densatspray-Wärmetauscher ausgebildet. Solche Monodispers-
Kondensatspray-Wärmetauscher sind in der deutschen Offenle
gungsschrift 195 43 452 beschrieben, auf die im Hinblick auf
den Aufbau und die Funktion der Monodispers-Kondensatspray-
Wärmetauscher Bezug genommen wird und deren Inhalt hiermit
ausdrücklich zum Bestandteil dieser Beschreibung gemacht
wird.
Jeder der Restwärmetauscher 166a und 166b umfaßt jeweils eine
Düsenvorkammer 170, die an der Decke des Gehäuses 104 ange
ordnet ist.
Eine untere Begrenzung jeder Düsenvorkammer 170 wird durch
eine horizontal ausgerichtete Düsenplatte 172 gebildet, die
den Innenraum der Düsenvorkammer 170 von einem unterhalb der
Düsenplatte 172 angeordneten Wärmetauscherraum 174 trennt.
Jede Düsenplatte 172 wird in vertikaler Richtung von mehreren
(nicht dargestellten) Düsenbohrungen durchsetzt. Die Düsen
bohrungen sind so ausgebildet, daß aus dem mit Kondensat ge
füllten Innenraum der Düsenvorkammer 170 durch die Düsenboh
rungen in den Wärmetauscherraum 174 austretende Kondensat
strahlen in ein monodisperses Kondensatspray zerfallen.
Ein monodisperses Kondensatspray wird dabei mit Hilfe des
Tropfengrößenspektrums wie folgt definiert:
Es sei d0,05 der Tropfendurchmesser, für den gilt, daß alle Tropfen des Kondensatsprays, deren Durchmesser kleiner ist als dieser Durchmesser, zusammen 5% des Flüssigkeitsvolumens des Sprays beinhalten.
Es sei d0,05 der Tropfendurchmesser, für den gilt, daß alle Tropfen des Kondensatsprays, deren Durchmesser kleiner ist als dieser Durchmesser, zusammen 5% des Flüssigkeitsvolumens des Sprays beinhalten.
Ferner sei d0,95 der Tropfendurchmesser, für den gilt, daß
alle Tropfen des Kondensatsprays, deren Durchmesser größer
ist als dieser Durchmesser, zusammen 5% des Flüssigkeits
volumens des Sprays beinhalten.
Dann soll ein Kondensatspray als monodispers gelten, wenn das
Verhältnis des Durchmessers d0,95 zu dem Durchmesser d0,05 klei
ner ist als ungefähr 1,2.
Ein monodisperses Kondensatspray weist also eine sehr schmale
Tropfengrößenverteilung auf. Verschiedene Möglichkeiten, die
Düsenbohrungen so auszugestalten, daß die aus denselben aus
tretenden Kondensatstrahlen in ein monodisperses Kondensat
spray zerfallen, sind in der DE 195 43 452 A1
angegeben.
Auf Höhe der Abgaseintritte 164a und 164b sind in den Wärme
tauscherräumen 174 der Restwärmetauscher 166a bzw. 166b je
weils mehrere, beispielsweise jeweils drei, Zerstäuberplatten
176 angeordnet, die der Erzeugung eines Verdampfungs-Konden
satsprays aus dem mittels der jeweiligen Düsenplatte 172 er
zeugten monodispersen Kondensatspray dienen, wie im folgenden
noch näher erläutert werden wird.
Die Zerstäuberplatten 176 jedes Restwärmetauschers 166a, 166b
sind jeweils parallel zueinander ausgerichtet und so gegen
die Horizontale geneigt, daß sie zu einem dem jeweiligen
Abgaseintritt 164a, 164b zugewandten Rand hin ansteigen.
Jede der Düsenvorkammern 170 ist über eine Kondensat-Zwi
schenleitung 178a bzw. 178b mit jeweils einem Ausgang einer
Kondensatverzweigung 180 verbunden.
Ein Eingang der Kondensatverzweigung 180 ist über eine Kon
densat-Zwischenleitung 182 an einen druckseitigen Ausgang
einer Kondensatpumpe 184 angeschlossen.
Ein saugseitiger Eingang der Kondensatpumpe 184 ist über eine
Kondensat-Zwischenleitung 186 mit einem Kondensataustritt 188
verbunden, der in einem unteren Bereich des Gehäuses 104 der
Brenner-Heizkessel-Restwärmetauscher-Einheit 102 vorgesehen
ist und über den Kondensat aus dem Kondensatsumpf 138 in die
Kondensat-Zwischenleitung 186 austreten kann.
Der Kondensatsumpf 138, die Kondensat-Zwischenleitung 186,
die Kondensatpumpe 184, die Kondensat-Zwischenleitung 182,
die Kondensat-Zwischenleitungen 178a und 178b sowie die Rest
wärmetauscher 166a und 166b bilden zusammen einen Kondensat
kreislauf 190 der Feuerungsanlage 100.
Die Strömungsrichtung des Kondensats durch diesen Kondensat
kreislauf 190 ist in den Fig. 1 und 2 mittels Pfeilspitzen
angegeben.
Die vorstehend beschriebene Feuerungsanlage 100 funktioniert
wie folgt:
Während der Betriebsphasen des Brenners 156 erzeugt derselbe aus der ihm zugeführten Verbrennungsluft und aus dem ihm zu geführten Brennstoff ein Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemisch, das in dem Flammrohr 154 verbrannt wird.
Während der Betriebsphasen des Brenners 156 erzeugt derselbe aus der ihm zugeführten Verbrennungsluft und aus dem ihm zu geführten Brennstoff ein Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemisch, das in dem Flammrohr 154 verbrannt wird.
Das aus den Verbrennungsprodukten dieser Verbrennung gebil
dete Abgas strömt aus dem Flammrohr 154 in den Feuerraum 152
des Heizkessels 106, wobei das Abgas (im wesentlichen durch
Wärmestrahlung) Wärme an die Innenwand 114 des Heizkessels
106 abgibt, wodurch das im Kesselraum 118 des Heizkessels 106
befindliche Heizwasser erwärmt wird.
Von dem Feuerraum 152 gelangt das Abgas durch die Abgaskanäle
158 in den Abgassammelraum 160, von wo es durch die Abgasein
tritte 164a und 164b in einen der Restwärmetauscher 166a bzw.
166b eintritt.
Zu Beginn jeder Betriebsphase des Brenners 156 wird auch die
Kondensatpumpe 184 im Kondensatkreislauf 190 in Betrieb ge
nommen. Infolgedessen strömt das Kondensat aus dem Kondensat
sumpf 138 der Brenner-Heizkessel-Restwärmetauscher-Einheit
102 durch die Kondensat-Zwischenleitung 186, die Kondensat
pumpe 184 und die Kondensat-Zwischenleitung 182 zu der Kon
densatverzweigung 180.
Von der Kondensatverzweigung 180 strömt ein Teil des Konden
sats durch die Kondensat-Zwischenleitung 178a in die Düsen
vorkammer 170 des Restwärmetauschers 166a und ein weiterer
Teil des Kondensats durch die Kondensat-Zwischenleitung 178b
in die Düsenvorkammer 170 des Restwärmetauschers 166b.
Aus den Düsenvorkammern 170 wird das Kondensat unter einem
geringen Überdruck von beispielsweise 0,01 bar bis 0,1 bar
durch die Düsenbohrungen in den Düsenplatten 172 in den je
weils zugehörigen Wärmetauscherraum 174 gepreßt.
Aus jeder Düsenbohrung der Düsenplatten 172 tritt ein frei
durch den Wärmetauscherraum 174 fallender Kondensatstrahl
aus, der nach Durchfallen einer Zerfallslänge in die Tropfen
eines Kondensatsprays zerfällt.
Der Zerfall eines Kondensatstrahls mit rundem Querschnitt er
folgt nach einem der folgenden Zerfallsmechanismen: Rayleigh-
Zerfall, Membran-Zerfall oder Fiber-Zerfall.
Die Strömungsgeschwindigkeit des Kondensats durch die Düsen
bohrungen der Düsenplatten 172 wird mittels der Kondensat
pumpe 184 so eingestellt, daß der Zerfall der Kondensatstrah
len in den Wärmetauscherräumen 174 durch Rayleigh-Zerfall er
folgt, wobei aus jedem Kondensatstrahl eine monodisperse
Tropfenkette entsteht, deren Tropfen jeweils einen Durchmes
ser aufweisen, der ungefähr das Doppelte des ursprünglichen
Strahldurchmessers beträgt. Der Rayleigh-Zerfall führt somit
zur Bildung eines monodispersen Kondensatsprays.
Für die Einzelheiten zu dem Zerfallsmechanismus des Konden
satstrahls und für die Betriebsbedingungen, die einzustellen
sind, um einen Zerfall des Kondensatstrahls in ein monodis
perses Kondensatspray zu erreichen, insbesondere die Strö
mungsgeschwindigkeit des Kondensats durch die Düsenbohrungen
der Düsenplatten 172, wird auf die deutsche Offenlegungs
schrift 195 43 452 verwiesen.
Die Tropfen des monodispersen Kondensatsprays, die nach
Durchfallen des oberen Bereichs der Wärmetauscherräume 174
auf die Zerstäuberplatten 176 auftreffen, zerfallen in klei
nere Tröpfen und Ligamente, so daß im Bereich der Abgasein
tritte 164a und 164b jeweils ein Verdampfungs-Kondensatspray
gebildet wird.
Die Zerstäuberplatten 176 sind vorzugsweise als Lochbleche
ausgebildet, die jeweils einzeln den gesamten Querschnitt des
zugehörigen Wärmetauscherraums 174 überdecken. Jedes dieser
Lochbleche, die beispielsweise aus Edelstahl gefertigt sein
können, weist einen Durchlaß von ungefähr 55 bis 75% auf.
Das durch den Abgaseintritt 164a bzw. 164b in den Restwärme
tauscher 166a bzw. 166b eintretende Abgas kann somit durch
die Löcher in den Zerstäuberplatten 176 nach oben strömen.
Kondensattropfen, die auf eine der Zerstäuberplatten 176 fal
len, zerfallen in kleinere Tröpfchen und Ligamente, die eine
große spezifische Oberfläche aufweisen und leicht verdampfen.
Durch die Zerstäuberplatten 176 wird somit aus dem mittels
der Düsenplatten 172 erzeugten monodispersen Kondensatspray
ein Verdampfungs-Kondensatspray aus kleineren Tröpfchen er
zeugt, das durch das Abgas, das in die Wärmetauscherräume 174
des Restwärmetauschers 166a oder des Restwärmetauschers 166b
einströmt, im wesentlichen vollständig verdampft wird.
Da die Oberseiten der Zerstäuberplatten 176 dem jeweils zuge
ordneten Abgaseintritt 164a bzw. 164b abgewandt sind, gelangt
nur ein geringer Teil des erzeugten Verdampfungs-Kondensat
sprays durch den jeweiligen Abgaseintritt 164a, 164b in den
Abgassammelraum 160.
Durch die Verdampfung des Verdampfungs-Kondensatsprays wird
das in die Wärmetauscherräume 174 eintretende Abgas rasch ab
gekühlt. Ferner verdampft das in die Wärmetauscherräume 174
eintretende Abgas auch zumindest einen Teil der Tropfen des
monodispersen Kondensatsprays, wobei sich die fühlbare Abgas
wärme in latente Wärme umwandelt.
Der durch Verdampfung des Verdampfungs-Kondensatsprays und
durch partielle Verdampfung des monodispersen Kondensatsprays
gebildete Wasserdampf strömt zusammen mit dem abgekühlten Ab
gas und dem darin bereits enthaltenen Wasserdampf gegen die
Fallrichtung des Kondensatsprays in den Wärmetauscherräumen
174 nach oben, wobei sich das Abgas weiter abkühlt, so daß in
den oberen, den Düsenplatten 172 benachbarten Bereichen der
Wärmetauscherräume 174 der im Abgas mitgeführte Wasserdampf
an den Tropfen des monodispersen Kondensatsprays kondensiert,
wobei der zirkulierende Kondensatmassenstrom die im Dampf
enthaltene latente Wärme aufnimmt.
Die Menge des im oberen Bereich der Wärmetauscherräume 174
kondensierenden Wasserdampfes ist größer als die Menge des im
unteren Bereich der Wärmetauscherräume 174 verdampften Kon
densats, so daß im Ergebnis der mit dem Abgas in die Restwär
metauscher 166a und 166b gelangte Wasserdampf zumindest teil
weise kondensiert und dabei latente Wärme an den Kondensat
massenstrom im Kondensatkreislauf 190 abgibt.
Da das Kondensat demnach fühlbare und latente Wärme aus dem
Abgasstrom aufnimmt, wirkt es als Kühlmedium für das Abgas
des Brenners 156.
Das Abgas wird in den Restwärmetauschern 166a, 166b nicht nur
abgekühlt und getrocknet, sondern auch gereinigt, da im Abgas
mitgeführte Schadstoffe im Kondensatstrom gelöst werden. Ins
besondere wird bei Verwendung schwefelhaltiger Brennstoffe im
Brenner 156 entstehendes SO2 aus dem Abgas ausgewaschen.
Das in den Restwärmetauschern 166a, 166b abgekühlte Abgas ge
langt durch den Abgasaustritt 168 und ein an denselben ange
schlossenes Abgasabführrohr zu einem (nicht dargestellten)
Schornstein der Feuerungsanlage, durch den es in die Atmos
phäre entweichen kann.
Die nicht verdampften Tropfen des Kondensatsprays gelangen
nach Durchfallen der Wärmetauscherräume 174 in den Kondensat
sumpf 138, der einen Teil des Kondensat-Heizwasser-Wärmetau
schers 140 bildet. In dem Kondensat-Heizwasser-Wärmetauscher
140 gibt das Kondensat aus dem Abgas aufgenommene Wärme an
Heizwasser ab, das durch die Heizwasser-Wärmetauscherschlange
136 strömt. Die Strömung des Heizwassers wird durch die
Heizwasserpumpe 128 erzeugt, die während der Betriebsphasen
des Brenners 156 einen Heizwasserumlauf durch den Kondensat-
Heizwasser-Wärmetauscher 140, den Heizkessel 106, die
Heizwasser-Abzweigleitung 148, die Heizwasser-Vorlaufleitung
130, die (nicht dargestellte) Heizkörperanordnung und die
Heizwasser-Rücklaufleitung 132 aufrechterhält.
Dabei wird die Heizwasser-Vorlauftemperatur mittels des
Mischventils 124 auf einen vorgegebenen Wert geregelt. Zu
diesem Zweck ist das Mischventil 124 mit einem (nicht darge
stellten) Temperatursensor verbunden, der die Temperatur des
Heizwassers in der Heizwasser-Vorlaufleitung 130 mißt. In Ab
hängigkeit von dem Ergebnis der Messung wird das Mischungs
verhältnis der aus dem Heizkessel 106 und aus der Heizwasser-
Abzweigleitung 148 durch das Mischventil 124 fließenden
Heizwasserströme durch das Mischventil 124 selbsttätig einge
stellt.
Um während der Betriebspausen des Brenners 156 die in dem um
laufenden Kondensat enthaltene Restwärme zu nutzen, wird die
Strömung durch den Kondensatkreislauf 190 mittels der Konden
satpumpe 184 auch nach Abschalten des Brenners 156 noch eine
gewisse Zeit lang aufrechterhalten, damit die in dem Konden
sat des Kondensatkreislaufs 190 enthaltene Restwärme mög
lichst vollständig an das Heizwasser abgegeben wird.
Alternativ oder ergänzend zu dem Kondensat-Heizwasser-Wärme
tauscher 140 kann auch ein Kondensat-Brauchwasser-Wärmetau
scher vorgesehen sein, der in dem Kondensat des Kondensat
kreislaufs 190 enthaltene Restwärme an Brauchwasser in einer
Brauchwasser-Zuführleitung überträgt.
Das den Feuerraum 152 des Heizkessels 106 durch die Abgas
kanäle 158 verlassende Abgas weist eine Temperatur auf, die
oberhalb der Abgastaupunkttemperatur liegt. In den Restwärmetauschern
166a, 166b wird das Abgas auf eine Temperatur ge
kühlt, die unterhalb der Abgastaupunkttemperatur liegt. Also
bilden der Abgassammelraum 160 und die Wärmetauscherräume 174
der Restwärmetauscher 166a, 166b zusammen einen Abgasabführ
raum, der im Betrieb der Feuerungsanlage 100 aus dem Feuer
raum 152 strömendes Abgas aufnimmt, wobei die Temperatur des
Abgases beim Durchströmen des Abgasabführraums von einer Tem
peratur oberhalb der Abgastaupunkttemperatur auf eine Tempe
ratur unterhalb der Abgastaupunkttemperatur abnimmt.
Der den Abgassammelraum 160 begrenzende Bereich der Außenwand
116 des Heizkessels 106 wird durch das heiße Abgas des Bren
ners 156 auf eine Temperatur oberhalb der Abgastaupunkttem
peratur erwärmt und bildet somit einen ersten Begrenzungs
wandbereich des Abgasabführraums, der im Betrieb der Feue
rungsanlage 100 eine Temperatur oberhalb der Abgastaupunkt
temperatur aufweist.
Die Temperatur des Kondensats in dem Kondensatsumpf 138 am
Boden des Gehäuses 104 der Brenner-Heizkessel-Restwärmetau
scher-Einheit 102 liegt unterhalb der Abgastaupunkttempera
tur. Auch das in den Wärmetauscherräumen 174 der Restwärme
tauscher 166a und 166b erzeugte monodisperse Kondensatspray
weist eine Temperatur unterhalb der Abgastaupunkttemperatur
auf.
Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, treffen die Kondensattröpf
chen, die durch den Zerfall derjenigen Kondensatstrahlen ent
stehen, die durch Ausströmen des Kondensats durch die am wei
testen innenliegenden Düsenbohrungen der Düsenplatten 172 er
zeugt werden, auf die Außenseite des Schutzschildes 162 auf,
so daß der Schutzschild 162 durch Kontakt mit dem Kondensat
spray gekühlt wird. Der Schutzschild 162 weist daher ebenfalls
eine unterhalb der Abgastaupunkttemperatur liegende
Temperatur auf.
Der den Abgassammelraum 160 begrenzende Bereich des Schutz
schilds 162 bildet somit zusammen mit den übrigen Begren
zungswänden der Wärmetauscherräume 174 einen zweiten Begren
zungswandbereich des Abgasabführraums, der eine Temperatur
unterhalb der Abgastaupunkttemperatur aufweist.
Die unteren Abstandhalter 165 weisen eine geringe Wärmeleit
fähigkeit auf, so daß der erste Begrenzungswandbereich und
der zweite Begrenzungswandbereich des Abgasabführraums ther
misch voneinander getrennt sind.
Somit wird erreicht, daß weder die den ersten Begrenzungs
wandbereich des Abgasabführraums bildende Außenwand 116 des
Heizkessels 106 noch der zum zweiten Begrenzungswandbereich
des Abgasabführraums gehörende Schutzschild 162 die Tempera
tur des Abgastaupunkts aufweist.
Folglich ist keine Stelle der Außenwand 116 des Heizkessels
106 oder des Schutzschildes 162 besonders korrosionsgefähr
det, und weder an der Außenwand 116 des Heizkessels 106 noch
an dem Schutzschild 162 lagert sich Salz ab, das in regel
mäßigen Abständen entfernt werden müßte.
Da die Temperaturen des ersten Begrenzungswandbereichs und
des zweiten Begrenzungswandbereichs des Abgasabführraums von
der Abgastaupunkttemperatur verschieden sind, tritt auch dann
keine verstärkte Korrosion an diesen Wandbereichen auf, wenn
Kondensattröpfchen aus dem Restwärmetauscher 166a oder dem
Restwärmetauscher 166b in Kontakt mit diesen Wandbereichen
gelangen. Auf zusätzliche Tropfenabscheider an den Abgasein
tritten 164a und 164b kann daher verzichtet werden.
Die einzigen an dem Abgasabführraum angeordneten Elemente,
die zumindest stellenweise die Temperatur des Abgastaupunktes
aufweisen, sind die unteren Abstandhalter 165. Diese sind je
doch aus einem korrosionsbeständigen Material, vorzugsweise
aus einem keramischen Material, hergestellt, so daß an diesen
Elementen keine erhöhte Korrosionsgefahr besteht.
Die gesamte Oberfläche der Begrenzungswände der Abgaskanäle
158, die zusammen eine Abgaskanalanordnung der Feuerungsan
lage 100 bilden, ist deutlich kleiner als die Oberfläche der
Begrenzungswände des Feuerraums 152.
Die von dem Abgas beim Durchströmen der Abgaskanäle 158 an
den Heizkessel 106 abgegebene Wärmemenge ist daher ver
gleichsweise klein. Der Großteil der in dem Abgas enthaltenen
Wärme wird von demselben im Feuerraum 152 an das Heizwasser
im Heizkessel 106 und in den Restwärmetauschern 166a und 166b
an das Kondensat in dem Kondensatkreislauf 190 abgegeben.
Aufgrund ihrer großen Querschnittsfläche, ihrer geringen
Länge und ihrer glatten Begrenzungswände ist der Anteil der
Abgaskanäle 158 an dem gesamten strömungstechnischen Wider
stand, den das Abgas auf seinem Strömungsweg durch die Bren
ner-Heizkessel-Restwärmetauscher-Einheit 102 zu überwinden
hat, nur gering.
Im Vergleich zu einem herkömmlichen Heizkessel, der mit einem
Nachschaltheizbereich versehen ist, welcher aus einer Viel
zahl von Abgaskanälen besteht, deren Oberfläche ein Viel
faches der Feuerraumoberfläche beträgt und deren strömungstechnischer
Widerstand ein Vielfaches des strömungstech
nischen Widerstands der übrigen Bestandteile des Heizkessels
(Feuerraum, Wendekammer, Abgassammler, Abgasstutzen) beträgt,
ist der Heizkessel 106 der Feuerungsanlage 100 wesentlich
einfacher aufgebaut und zeit- sowie kostengünstiger herstell
bar.
Außerdem können sich aufgrund des geringen strömungstech
nischen Widerstands der Abgaskanäle 158 bei der Feuerungs
anlage 100 keine Druckschwingungen im Feuerraum 152 ausbil
den, die bei herkömmlichen Heizkesseln mit Nachschaltheiz
bereich beispielsweise den Brennerstart erschweren können.
Eine in Fig. 3 dargestellte zweite Ausführungsform einer
Feuerungsanlage 100 unterscheidet sich von der vorstehend be
schriebenen ersten Ausführungsform dadurch, daß die Brenner-
Heizkessel-Restwärmetauscher-Einheit 102 der zweiten Ausfüh
rungsform nicht zwei Restwärmetauscher, sondern lediglich ei
nen neben dem Heizkessel 106 angeordneten Restwärmetauscher
166 umfaßt.
Der Heizkessel 106 ist bei der zweiten Ausführungsform aus
der Mitte des Gehäuses 104 der Brenner-Heizkessel-Restwärme
tauscher-Einheit 102 zu deren dem Restwärmetauscher 166 abge
wandten Rand hin verschoben.
Der den Heizkessel 106 nach oben hin abdeckende Schutzschild
162, der sich längs der Achse 108 des Heizkessels 106 durch
das Gehäuse 104 erstreckt, weist einen Querschnitt auf, der
einen vertikalen unteren Abschnitt 192, einen oberen, im
wesentlichen horizontalen, zu dem Restwärmetauscher 166 hin
leicht geneigten oberen Abschnitt 194 und einen den unteren
Abschnitt 192 und den oberen Abschnitt 194 miteinander verbindenden,
im wesentlichen viertelkreisförmigen Mittel
abschnitt 196 umfaßt.
Mit einem äußeren Rand des oberen Abschnitts 194 liegt der
Schutzschild 162 an einer Innenwand des Gehäuses 104 der
Brenner-Heizkessel-Restwärmetauscher-Einheit 102 an.
Zwischen dem unteren Rand des vertikalen unteren Abschnittes
192 des Schutzschilds 162 und dem Kondensatsumpf 138 am Boden
des Gehäuses 104 ist ein Abgaseintritt 164 des Restwärme
tauschers 166 ausgebildet.
Der Abgassammelraum 160, in den die Abgaskanäle 158 des Heiz
kessels 106 münden, ist, wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, bei
der zweiten Ausführungsform durch einen unteren Bereich der
Außenwand 116 des Heizkessels 106, durch die Oberfläche des
Kondensatsumpfs 138, durch den unteren Abschnitt 192 des
Schutzschilds 162 und durch einen Bereich 198 der Innenwand
des Gehäuses 104 begrenzt.
Bei der zweiten Ausführungsform einer Feuerungsanlage 100
bilden der Abgassammelraum 160 und der Wärmetauscherraum 174
des Restwärmetauschers 166 zusammen einen Abgasabführraum,
der im Betrieb der Feuerungsanlage 100 aus dem Feuerraum 152
strömendes Abgas aufnimmt, wobei die Temperatur des Abgases
beim Durchströmen des Abgasabführraums von einer Temperatur
oberhalb der Abgastaupunkttemperatur auf eine Temperatur
unterhalb der Abgastaupunkttemperatur abnimmt.
Dabei bildet die Außenwand 116 des Heizkessels 106 einen
ersten Begrenzungswandbereich des Abgasabführraums, der im
Betrieb der Feuerungsanlage 100 eine Temperatur oberhalb der
Abgastaupunkttemperatur aufweist, während der Schutzschild
162, der Bereich 198 der Innenwand des Gehäuses 104 und die
übrigen Begrenzungswände des Wärmetauscherraums 174 einen
zweiten Begrenzungswandbereich des Abgasabführraums bilden,
der im Betrieb der Feuerungsanlage 100 eine Temperatur unter
halb der Abgastaupunkttemperatur aufweist.
Durch die unteren Abstandhalter 165, die zwischen dem Schutz
schild 162 und der Außenwand 116 des Heizkessels 106 und zwi
schen dem Bereich 198 der Innenwand des Gehäuses 104 und der
Außenwand 116 des Heizkessels 106 angeordnet sind, sind der
erste Begrenzungswandbereich und der zweite Begrenzungswand
bereich des Abgasabführraums thermisch voneinander getrennt.
Ein weiterer Unterschied zu der vorstehend beschriebenen
ersten Ausführungsform einer Feuerungsanlage 100 besteht
darin, daß ein Abgasaustritt 200 des Restwärmetauschers 166
nicht, wie bei der ersten Ausführungsform, in der Vorderwand
112 des Gehäuses 104, sondern statt dessen in der Deckenwand
202 des Gehäuses 104 vorgesehen ist.
Da bei der zweiten Ausführungsform lediglich ein Restwärme
tauscher 166 in der Brenner-Heizkessel-Restwärmetauscher-
Einheit 102 vorgesehen ist, entfallen bei der zweiten Ausfüh
rungsform die Kondensatverzweigung 180 sowie die beiden Kon
densat-Zwischenleitungen 178a und 178b. Statt dessen mündet
die Kondensat-Zwischenleitung 182, die an den druckseitigen
Ausgang der Kondensatpumpe 184 angeschlossen ist, direkt in
die Düsenvorkammer 170 des Restwärmetauschers 166.
Die zweite Ausführungsform einer Feuerungsanlage 100 weist
eine besonders kompakte Brenner-Heizkessel-Restwärmetauscher-
Einheit 102 auf und ist daher besonders vorteilhaft einzusetzen,
wenn eine kleine Feuerungsanlage mit vergleichsweise
geringer Heizleistung benötigt wird.
Im übrigen stimmt die zweite Ausführungsform einer Feuerungs
anlage 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der ersten
Ausführungsform überein, auf deren Beschreibung insoweit
Bezug genommen wird.
Eine in Fig. 4 dargestellte dritte Ausführungsform einer
Feuerungsanlage 100 unterscheidet sich von der vorstehend be
schriebenen zweiten Ausführungsform dadurch, daß die Längs
achse des Heizkessels nicht horizontal, sondern vertikal aus
gerichtet ist.
Wie aus Fig. 4 zu ersehen ist, umfaßt die als Ganzes mit 100
bezeichnete dritte Ausführungsform der Feuerungsanlage eine
Brenner-Heizkessel-Restwärmetauscher-Einheit 102 mit einem im
wesentlichen quaderförmigen Gehäuse 104, in dem ein im we
sentlichen hohlzylindrischer Heizkessel 106 so angeordnet
ist, daß dessen Achse 108 vertikal ausgerichtet ist.
In einen durch die Innenwand 114 des Heizkessels 106 begrenz
ten Feuerraum 152 taucht ein Flammrohr 154 eines an einer
Deckenwand 202 des Gehäuses 104 angeordneten Brenners 156
ein.
Das Flammrohr 154 ist koaxial zu dem Feuerraum 152 ausgerich
tet und verjüngt sich zu seinem unteren offenen Ende hin
konisch.
An der tiefsten Stelle des Feuerraums 152 mündet in denselben
ein Kondensatabflußkanal 204, der die Heizkesselwandung
parallel zu der Achse 108 des Heizkessels 106 durchsetzt, so
daß in dem Feuerraum 152 gebildetes Kondensat durch diesen
Kondensatabflußkanal 204 in einen am Boden des Gehäuses 104
angeordneten Kondensatsumpf 138 abfließen kann.
Nahe des oberen Randes des Feuerraums 152 münden in denselben
beispielsweise zwei Abgaskanäle 158, die die Wandung des
Heizkessels 106 in horizontaler Richtung durchsetzen und den
Feuerraum 152 mit einem den Heizkessel 106 umgebenden Abgas
sammelraum 160 verbinden.
Der Abgassammelraum 160 der dritten Ausführungsform wird
durch einen Bereich 206 der Innenwand des Gehäuses 104, die
Außenwand 116 des Heizkessels 106, die Oberfläche des Konden
satsumpfes 138 und durch einen doppelwandigen Schutzschild
208 begrenzt, welcher neben dem Heizkessel 106 angeordnet ist
und sich von der Deckenwand 202 des Gehäuses 104 nach unten
zu dem Kondensatsumpf 138 hin erstreckt.
Zwischen einem unteren Rand des Schutzschildes 208 und der
Oberfläche des Kondensatsumpfes 138 verbleibt ein Durchlaß,
der als Abgaseintritt 164 eines in dem Gehäuse 104 angeordne
ten Restwärmetauschers 166 dient, welcher durch den Schutz
schild 208 von dem Abgassammelraum 160 abgetrennt ist.
Der Restwärmetauscher 166 der dritten Ausführungsform ist ein
Monodispers-Kondensatspray-Restwärmetauscher, dessen Aufbau
im wesentlichen dem Aufbau der Restwärmetauscher 166a und
166b der ersten Ausführungsform entspricht.
Insbesondere umfaßt der Restwärmetauscher 166 eine im Betrieb
der Feuerungsanlage 100 mit Kondensat gefüllte Düsenvorkammer
170, die durch eine mit Düsenbohrungen versehene Düsenplatte
172 von einem darunter angeordneten Wärmetauscherraum 174
getrennt ist.
Der Wärmetauscherraum 174 wird seitlich durch einen Bereich
210 der Innenwand des Gehäuses 104 und durch eine wärmetau
scherseitige Wand 212 des doppelwandigen Schutzschildes 208
begrenzt.
Die wärmetauscherseitige Wand 212 des Schutzschildes 208 und
der Bereich 210 der Innenwand des Gehäuses 104 kommen im Be
trieb der Feuerungsanlage 100 in Kontakt mit dem in dem Rest
wärmetauscher 166 erzeugten Kondensatspray und werden dadurch
auf eine Temperatur unterhalb der Abgastaupunkttemperatur ge
kühlt.
Eine den Abgassammelraum 160 begrenzende abgassammelraum
seitige Wand 214 des Schutzschildes 208 wird im Betrieb der
Feuerungsanlage 100 von heißem Abgas, das durch einen der
Abgaskanäle 158 aus dem Feuerraum 152 in den Abgassammelraum
160 gelangt, angeströmt und dadurch auf eine Temperatur ober
halb der Abgastaupunkttemperatur erwärmt.
Der Zwischenraum zwischen der wärmetauscherseitigen Wand 212
und der abgassammelraumseitigen Wand 214 des Schutzschildes
208 ist vorzugsweise mit einer Wärmedämmung 216 aus einem Ma
terial mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit gefüllt, so daß
die beiden Wände 212 und 214 des Schutzschildes 208 thermisch
voneinander getrennt sind.
Der Abgassammelraum 160 und der Wärmetauscherraum 174 bilden
zusammen einen Abgasabführraum der Feuerungsanlage 100.
Der Bereich 206 der Innenwand des Gehäuses 104, die abgassam
melraumseitige Wand 214 des Schutzschildes 208 und die Außen
wand 116 des Heizkessels 106 bilden zusammen einen ersten
Begrenzungswandbereich dieses Abgasabführraums, der im Be
trieb der Feuerungsanlage eine Temperatur oberhalb der
Abgastaupunkttemperatur aufweist.
Der Bereich 210 der Innenwand des Gehäuses 104 und die wärme
tauscherseitige Wand 212 des Schutzschildes 208 bilden zusam
men einen zweiten Begrenzungswandbereich des Abgasabführ
raums, der im Betrieb der Feuerungsanlage eine Temperatur
unterhalb der Abgastaupunkttemperatur aufweist.
Mit Ausnahme der Wärmedämmung 216 weist somit keines der an
dem Abgasabführraum angeordneten Elemente der Feuerungsanlage
100 die Abgastaupunkttemperatur auf, so daß keine erhöhte
Korrosionsgefahr besteht und sich keine Ablagerungen bilden.
Die Wärmedämmung 216, die stellenweise im Betrieb der Feue
rungsanlage 100 die Abgastaupunkttemperatur aufweist, kommt
nur an ihrem äußersten unteren Rand mit dem Abgas in Kontakt;
außerdem besteht sie aus einem korrosionsbeständigen Mate
rial, so daß auch bezüglich der Wärmedämmung 216 keine Korro
sionsgefahr besteht.
Auch der Restwärmetauscher 166 der dritten Ausführungsform
ist im unteren Bereich des Wärmetauscherraums 174 mit Zer
stäuberplatten 176 zur Erzeugung eines Verdampfungs-Konden
satsprays versehen.
Im Unterschied zu den ersten beiden Ausführungsformen sind
die Zerstäuberplatten 176 bei der dritten Ausführungsform je
doch nicht alle parallel zueinander ausgerichtet; vielmehr
sind mehrere, beispielsweise drei, Zerstäuberplattengruppen
218a, 218b und 218c vorgesehen, wobei die Zerstäuberplatten
einer Gruppe jeweils parallel zueinander ausgerichtet sind,
Zerstäuberplatten unterschiedlicher Gruppen jedoch unter ver
schiedenen Winkeln gegen die Horizontale geneigt sind. Wie
aus Fig. 4 zu ersehen ist, sind die Zerstäuberplatten der
obersten Zerstäuberplattengruppe 218a im wesentlichen hori
zontal ausgerichtet, während die Zerstäuberplatten der mitt
leren Zerstäuberplattengruppe 218b einen Neigungswinkel von
ungefähr 8° und die Zerstäuberplatten der untersten Zerstäu
berplattengruppe 218c einen Neigungswinkel von ungefähr 16°
gegen die Horizontale aufweisen. Die Zerstäuberplatten der
Zerstäuberplattengruppen 248b und 218c sind so geneigt, daß
sie zu ihrem der wärmetauscherseitigen Wand 212 des Schutz
schildes 208 zugewandten Rand hin ansteigen.
Ein Abgasaustritt 220 des Restwärmetauschers 166 ist im obe
ren Bereich des Wärmetauscherraums 174 in dem Bereich 210 der
Innenwand des Gehäuses 104 vorgesehen.
Wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, weist auch der Heizkes
sel 106 der dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Feuerungsanlage 100 keinen Nachschaltheizbereich auf; viel
mehr strömt das Abgas aus dem Feuerraum 152 direkt in den Ab
gassammelraum 160 und von dort in den Wärmetauscherraum 174
des Restwärmetauschers 166, wo ihm die verbliebene Restwärme
entzogen wird.
Von den vorstehend beschriebenen Änderungen abgesehen, stimmt
die dritte Ausführungsform der Feuerungsanlage 100 hinsicht
lich Aufbau und Funktion, insbesondere hinsichtlich der Aus
gestaltung des Heizwasserkreislaufs 150 und des Kondensatkreislaufs
190, mit der zweiten Ausführungsform überein, auf
deren Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in den Fig. 5 bis 7 dargestellte vierte Ausführungs
form einer Feuerungsanlage 100 unterscheidet sich von den
vorstehend beschriebenen Ausführungsformen dadurch, daß der
Heizkessel nicht neben dem Restwärmetauscher, sondern ober
halb desselben angeordnet ist und daß ferner eine Einrichtung
zum Vorwärmen der Verbrennungsluft vorgesehen ist.
Wie aus den Fig. 5 und 6 zu ersehen ist, umfaßt die vierte
Ausführungsform eine Brenner-Heizkessel-Restwärmetauscher-
Luftvorwärmer-Einheit 222 mit einem im wesentlichen quader
förmigen Gehäuse 104, in dessen oberem Bereich ein im wesent
lichen hohlzylindrischer Heizkessel 106 angeordnet ist, des
sen Achse 108 horizontal ausgerichtet ist.
Die Innenwand 114 des Heizkessels 106 begrenzt einen Feuer
raum 152, in den ein Flammrohr 154 eines an einer Seitenwand
des Gehäuses 104 angeordneten Brenners 156 eintaucht. Das
hohlzylindrische Flammrohr 154 ist koaxial zu dem Heizkessel
106 ausgerichtet. An seinem offenen Ende mündet das Flammrohr
154 in den Innenraum 224 eines trichterförmigen Umlenkkörpers
226.
Der Umlenkkörper 226 ist koaxial zu dem Flammrohr 154 ausge
richtet und weist einen hohlzylindrischen Eintrittsabschnitt
228, welcher das offene Ende des Flammrohrs 154 umgibt, und
einen sich an diesen Eintrittsabschnitt 228 anschließenden,
sich konisch erweiternden Austrittsabschnitt 230 auf.
Zwischen dem Rand einer Austrittsöffnung 232 des Umlenkkör
pers 226 und der Innenwand 114 des Heizkessels 106 verbleibt
ein ringförmiger Spalt 234, der eine Engstelle des Strömungs
wegs der Verbrennungsprodukte von dem Brenner 156 durch den
Feuerraum 152 bildet.
Wie aus den Fig. 5 und 7 zu ersehen ist, ist der Umlenk
körper 226 an seiner Außenseite mit den Umlenkkörper 226
ringförmig umgebenden, scheibenförmigen Umlenkplatten 236
versehen.
Die Umlenkplatten 236 sind im wesentlichen senkrecht zu der
Achse 108 des Heizkessels 106 und mit unterschiedlichem
radialen Versatz bezüglich der Achse 108 angeordnet, so daß
zwischen den Umfangsrändern der Umlenkplatten 236 und der
Innenwand 114 des Heizkessels 106 ringförmige Spalte 238 aus
gebildet sind, welche Engstellen des Strömungswegs der Ver
brennungsprodukte von dem Brenner 156 durch den Feuerraum 152
darstellen und eine längs der Umfangsrichtung veränderliche
Breite aufweisen.
Der Umlenkkörper 226 ist durch eine (nicht dargestellte) Tür
in dem Gehäuse 104 der Brenner-Heizkessel-Restwärmetauscher-
Luftvorwärmer-Einheit 222 aus dem Feuerraum 152 entnehmbar,
um gereinigt oder gegen einen anderen Umlenkkörper ausge
tauscht zu werden.
Durch einen die Wandung des Heizkessels 106 nahe der Rückwand
110 des Gehäuses 104 durchsetzenden Abgaskanal 158 ist der
Feuerraum 152 des Heizkessels 106 mit einem den Heizkessel
106 umgebenden Abgassammelraum 160 verbunden.
Die feuerraumseitige Mündungsöffnung des Abgaskanals 158 bil
det einen Abgasaustritt des Feuerraums.
Unterhalb des Heizkessels 106 sind in dem Gehäuse 104 ein
Restwärmetauscher 166 und ein Luftvorwärmer 240 sowie ein den
unteren Bereich des Innenraums des Gehäuses 104 einnehmender
Kondensatsumpf 138 angeordnet.
Der Restwärmetauscher 166 ist als Monodispers-Kondensatspray-
Wärmetauscher ausgebildet und entspricht hinsichtlich seines
Aufbaus und seiner Funktion im wesentlichen den vorstehend im
Zusammenhang mit der ersten bis dritten Ausführungsform be
schriebenen Restwärmetauschern.
Ein Wärmetauscherraum 174 des Restwärmetauschers 166 ist über
einen Abgaseintritt 164 mit dem Abgassammelraum 160 verbun
den.
Über einen Abgasaustritt 168 und eine daran angeschlossene
Abgasleitung 169 ist der Restwärmetauscher 166 an einen
(nicht dargestellten) Schornstein der Feuerungsanlage 100 an
geschlossen.
Der neben dem Restwärmetauscher 166 in dem Gehäuse 104 ange
ordnete Luftvorwärmer 240 entspricht in seinem Aufbau im we
sentlichen dem Restwärmetauscher 166, d. h. er umfaßt eine an
einem oberen Ende des Luftvorwärmers 240 angeordnete Düsen
vorkammer 242, die im Betrieb der Feuerungsanlage 100 mit
Kondensat gefüllt ist und durch eine mit Düsenbohrungen ver
sehene Düsenplatte 244 von einem darunter angeordneten Luft
vorwärmraum 246 getrennt ist.
Der Luftvorwärmraum 246 ist durch eine Trennwand 247, die
sich von der Düsenplatte 244 bis etwas unterhalb der Oberflä
che des Kondensatsumpfes 138 erstreckt, von dem Abgassammel
raum 160 getrennt.
Über einen in einem unteren Bereich des Luftvorwärmraums 246
vorgesehenen Verbrennungslufteintritt 248 ist der Luftvorwär
mer 240 an eine Verbrennungsluftzufuhr 250 angeschlossen.
Über einen in einem oberen Bereich des Luftvorwärmraums 246
vorgesehenen Verbrennungsluftaustritt 252 ist der Luftvorwär
mer 240 an eine (in Fig. 6 nur abschnittsweise dargestellte)
Verbrennungsluft-Zwischenleitung 254 angeschlossen, die zu
dem Brenner 156 der Feuerungsanlage 100 führt.
Die Düsenvorkammer 242 des Luftvorwärmers 240 ist über eine
Kondensat-Zwischenleitung 256 mit einem Ausgang einer Konden
satverzweigung 180 verbunden.
Ein weiterer Ausgang der Kondensatverzweigung 180 ist über
eine Kondensat-Zwischenleitung 178 mit einer Düsenvorkammer
170 des Restwärmetauschers 166 verbunden.
An einen Eingang der Kondensatverzweigung 180 ist eine Kon
densat-Zwischenleitung 182 angeschlossen, die zu einem druck
seitigen Ausgang einer Kondensatpumpe 184 führt.
Ein saugseitiger Eingang der Kondensatpumpe 184 ist über eine
Kondensat-Zwischenleitung 186 mit einem in einem unteren Be
reich des Kondensatsumpfes 138 angeordneten Kondensataustritt
188 des Gehäuses 104 der Brenner-Heizkessel-Restwärmetau
scher-Luftvorwärmer-Einheit 222 verbunden.
Der Kondensatsumpf 138, die Kondensat-Zwischenleitung 186,
die Kondensatpumpe 184, die Kondensat-Zwischenleitung 182,
die Kondensat-Zwischenleitungen 178 und 256 sowie der Rest
wärmetauscher 166 und der Luftvorwärmer 240 bilden zusammen
einen Kondensatkreislauf 190 der vierten Ausführungsform ei
ner Feuerungsanlage 100.
Die Feuerungsanlage 100 umfaßt ferner einen (nicht darge
stellten) Heizwasserkreislauf, der dem Heizwasserkreislauf
150 der vorstehend beschriebenen ersten bis dritten Ausfüh
rungsform entspricht, insbesondere eine in dem Kondensatsumpf
138 angeordnete Heizwasser-Wärmetauscherschlange umfaßt, wel
che zusammen mit dem Kondensatsumpf 138 einen Kondensat-
Heizwasser-Wärmetauscher bildet.
Die vorstehend beschriebene vierte Ausführungsform einer er
findungsgemäßen Feuerungsanlage 100 funktioniert wie folgt:
Während der Betriebsphasen des Brenners 156 entsteht durch Verbrennung des Brennstoffes mittels durch die Verbrennungs luft-Zwischenleitung 254 dem Brenner 156 zugeführter Verbren nungsluft im Flammrohr 154 des Brenners 156 ein Abgas, das durch den Innenraum 224 des Umlenkkörpers 226 zur Vorderwand des Feuerraums 152 und von dort durch den Zwischenraum zwi schen der Außenseite des Umlenkkörpers 226 einerseits und der Innenwand 114 des Heizkessels 106 andererseits in den hinte ren Bereich des Feuerraums 152 zu dem Abgaskanal 158 strömt. Die lokale Strömungsrichtung des Abgases ist in Fig. 5 durch Pfeile angedeutet.
Während der Betriebsphasen des Brenners 156 entsteht durch Verbrennung des Brennstoffes mittels durch die Verbrennungs luft-Zwischenleitung 254 dem Brenner 156 zugeführter Verbren nungsluft im Flammrohr 154 des Brenners 156 ein Abgas, das durch den Innenraum 224 des Umlenkkörpers 226 zur Vorderwand des Feuerraums 152 und von dort durch den Zwischenraum zwi schen der Außenseite des Umlenkkörpers 226 einerseits und der Innenwand 114 des Heizkessels 106 andererseits in den hinte ren Bereich des Feuerraums 152 zu dem Abgaskanal 158 strömt. Die lokale Strömungsrichtung des Abgases ist in Fig. 5 durch Pfeile angedeutet.
Dabei kommt das Abgas im Bereich der Spalte 234 und 238, die
Engstellen des Strömungswegs der Verbrennungsprodukte von dem
Flammrohr 154 zu dem Abgaskanal 158 bilden, in intensiven
Kontakt mit der Innenwand 114 des Heizkessels 106, so daß in
dem Abgas enthaltene Wärme auf wirksame Weise durch Konvek
tion auf die Innenwand 114 des Heizkessels 106 und von dort
auf das in dem Heizkessel 106 enthaltene Heizwasser übertra
gen wird.
Die Querschnittsflächen der Spalte 234 und 238 sind so bemes
sen, daß die Strömungsgeschwindigkeiten des Abgases durch die
Spalte 234 und 238 im wesentlichen der Strömungsgeschwindig
keit des Abgases durch den Abgaskanal 158 entsprechen.
Durch den Abgaskanal 158 gelangt das Abgas in den Abgassam
melraum 160, von wo es durch den Abgaseintritt 164 in den
Restwärmetauscher 166 einströmt.
Zu Beginn jeder Betriebsphase des Brenners 156 wird auch die
Kondensatpumpe 184 im Kondensatkreislauf 190 in Betrieb ge
nommen. Infolgedessen strömt das Kondensat aus dem Kondensat
sumpf 138 durch die Kondensat-Zwischenleitung 186, die Kon
densatpumpe 184 und die Kondensat-Zwischenleitung 182 zu der
Kondensatverzweigung 180.
Von der Kondensatverzweigung 180 strömt ein Teil des Konden
sats durch die Kondensat-Zwischenleitung 178 in die Düsenvor
kammer 170 des Restwärmetauschers 166.
Von dort wird das Kondensat unter einem geringen Überdruck
von beispielsweise 0,1 bar durch Düsenbohrungen in einer Dü
senplatte in den Wärmetauscherraum 174 des Restwärmetauschers
166 gepreßt.
Wie in den Fig. 5 und 6 schematisch dargestellt ist, tritt
aus jeder der Düsenbohrungen ein frei durch den Wärmetau
scherraum 174 fallender Kondensatstrahl aus, der nach Durch
fallen einer Zerfallslänge in die Tropfen eines monodispersen
Kondensatsprays zerfällt.
Das in den Wärmetauscherraum 174 eintretende Abgas verdampft
zumindest einen Teil der Tropfen des monodispersen Kondensat
sprays, wobei sich die fühlbare Abgaswärme in latente Wärme
umwandelt.
Der durch (partielle) Verdampfung des monodispersen Konden
satsprays gebildete Wasserdampf strömt zusammen mit dem abge
kühlten Abgas und dem darin enthaltenen Wasserdampf gegen die
Fallrichtung des Kondensatsprays im Wärmetauscherraum 174
nach oben, wobei sich das Abgas weiter abkühlt, so daß im
oberen Bereich des Wärmetauscherraums 174 der im Abgas mitge
führte Wasserdampf an den Tropfen des monodispersen Konden
satsprays kondensiert, wobei der zirkulierende Kondensat
massenstrom die im Dampf enthaltene latente Wärme aufnimmt.
Die Menge des im oberen Bereich des Wärmetauscherraums 194
kondensierenden Wasserdampfes ist größer als die Menge des im
unteren Bereich des Wärmetauscherraums 174 verdampften Kon
densats, so daß im Ergebnis der mit dem Abgas in den Restwär
metauscher 166 gelangte Wasserdampf zumindest teilweise kon
densiert und dabei latente Wärme an den Kondensatmassenstrom
im Kondensatkreislauf 190 abgibt.
Das Kondensat wirkt demnach als Kühlmedium für das Abgas des
Brenners 156.
Das im Restwärmetauscher 166 abgekühlte Abgas gelangt durch
den Abgasaustritt 168 und die Abgasleitung 169 zu dem (nicht
dargestellten) Schornstein, durch den es in die Atmosphäre
entweichen kann.
Die nicht verdampften Tropfen des Kondensatsprays gelangen
nach Durchfallen des Wärmetauscherraums 174 in den Konden
satsumpf 138, der einen Teil eines Kondensat-Heizwasser-Wär
metauschers bildet, in dem das Kondensat einen Teil der aus
dem Abgas aufgenommenen Wärme an Heizwasser abgibt, das durch
eine in dem Kondensatsumpf 138 angeordnete Heizwasser-Wärme
tauscherschlange strömt.
Neben diesem Kondensat-Heizwasser-Wärmetauscher bildet der
Luftvorwärmer 240 eine weitere Wärmesenke in dem Kondensat
kreislauf 190.
Ein Teil des im Restwärmetauscher 166 von dem Abgas erwärmten
Kondensats strömt nämlich von der Kondensatverzweigung 180
durch die Kondensat-Zwischenleitung 256 in die Düsenvorkammer
242 des Luftvorwärmers 240, von wo das Kondensat unter einem
geringen Überdruck von beispielsweise 0,1 bar durch Düsenboh
rungen in der Düsenplatte 244 in den Luftvorwärmraum 246 ge
preßt wird.
Wie in Fig. 6 schematisch dargestellt, tritt aus jeder der
Düsenbohrungen ein frei durch den Luftvorwärmraum 246 fallen
der Kondensatstrahl aus, der nach Durchfallen einer Zerfalls
länge in die Tropfen eines Kondensatsprays zerfällt.
Wie auch beim Restwärmetauscher 166 werden die Betriebsbe
dingungen, insbesondere die Strömungsgeschwindigkeit des Kon
densats durch die Düsenbohrungen, dabei so gewählt, daß die
Kondensatstrahlen durch Rayleigh-Zerfall in ein monodisperses
Kondensatspray zerfallen.
Durch die Verbrennungsluftzufuhr 250 und den Verbrennungs
lufteintritt 248 in den Luftvorwärmraum 246 gelangende
frische, kalte Verbrennungsluft kommt in unmittelbaren Kon
takt mit den Tropfen des monodispersen Kondensatsprays und
nimmt dabei Wärme aus dem Kondensat auf. Ferner werden die
Tropfen des monodispersen Kondensatsprays zumindest teilweise
verdampft, so daß die Verbrennungsluft nicht nur fühlbare,
sondern auch latente Wärme aufnimmt und der Wasserdampfgehalt
der Verbrennungsluft sich erhöht, die Verbrennungsluft also
befeuchtet wird.
Durch die Luftvorwärmung wird der feuerungstechnische Wir
kungsgrad der Feuerungsanlage 100 erhöht. Durch die in dem
Luftvorwärmer 240 erfolgende Luftbefeuchtung wird die Flam
mentemperatur des Brenners 156 und damit die Stickoxidbildung
bei der Verbrennung reduziert.
Hei der vierten Ausführungsform einer Feuerungsanlage 100
bilden der Abgassammelraum 160 und der Wärmetauscherraum 174
des Restwärmetauschers 166 zusammen einen Abgasabführraum,
der im Betrieb der Feuerungsanlage 100 aus dem Feuerraum 152
strömendes Abgas aufnimmt, wobei die Temperatur des Abgases
beim Durchströmen des Abgasabführraums von einer Temperatur
oberhalb der Abgastaupunkttemperatur auf eine Temperatur un
terhalb der Abgastaupunkttemperatur abnimmt.
Die den Abgassammelraum 160 begrenzende Außenwand 116 des
Heizkessels 106 wird durch das heiße Abgas des Brenners 156
auf eine Temperatur oberhalb der Abgastaupunkttemperatur er
wärmt. Die Außenwand 116 des Heizkessels 106 bildet somit ei
nen ersten Begrenzungswandbereich des Abgasabführraums, der
im Betrieb der Feuerungsanlage 100 eine Temperatur oberhalb
der Abgastaupunkttemperatur aufweist.
Die Begrenzungswände des Wärmetauscherraums 174 werden dage
gen durch das Kondensat auf eine Temperatur unterhalb der Ab
gastaupunkttemperatur gekühlt.
Diese Begrenzungswände des Wärmetauscherraums 174 bilden so
mit einen zweiten Begrenzungswandbereich des Abgasabführ
raums, der im Betrieb der Feuerungsanlage 100 eine Temperatur
unterhalb der Abgastaupunkttemperatur aufweist.
Wie aus Fig. 6 zu ersehen ist, stehen der Heizkessel 106 und
der Restwärmetauscher 166 der Brenner-Heizkessel-Restwärme
tauscher-Luftvorwärmer-Einheit 222 nicht in Kontakt miteinan
der, sondern sind durch einen Spalt voneinander getrennt.
Keines der an dem Abgasabführraum angeordneten Elemente der
Brenner-Heizkessel-Restwärmetauscher-Luftvorwärmer-Einheit
222 weist somit die Temperatur des Abgastaupunktes auf. Daher
ist keine Stelle der Brenner-Heizkessel-Restwärmetauscher-
Luftvorwärmer-Einheit 222 einer besonderen Korrosionsgefähr
dung oder einer erhöhten Ablagerungsbildungsrate ausgesetzt.
Ferner weist der Heizkessel 106 der vierten Ausführungsform
keinen Nachschaltheizbereich auf; vielmehr gelangt das Abgas
aus dem Feuerraum 152 durch den kurzen, zylindrischen, mit
einer glatten Oberfläche versehenen Abgaskanal 158 direkt in
den Abgassammelraum 160 und von dort in den Restwärmetauscher
166, wo ihm die restliche Wärme entnommen wird.
Durch das Fehlen eines Nachschaltheizbereichs kann die Bren
ner-Heizkessel-Restwärmetauscher-Luftvorwärmer-Einheit 222
zeit- und kostensparend hergestellt werden. Außerdem ist der
strömungstechnische Widerstand des Abgaskanals 158 so gering,
daß in dem Feuerraum 152 keine Druckschwingungen entstehen,
so daß insbesondere der Brennerstart nicht erschwert wird.
Bei der vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Feue
rungsanlage 100 ist der Heizkessel 106 oberhalb des Restwär
metauschers 166 angeordnet. Daher kann das heiße Abgas wäh
rend der Stillstandsphasen des Brenners 156 nicht aus dem
Feuerraum 152 entweichen. Hierdurch wird eine Reduktion der
Stillstandsverluste der Feuerungsanlage 100 erzielt.
Claims (8)
1. Feuerungsanlage, umfassend
einen Heizkessel (106) mit einem Feuerraum (152), einer Abgasaus trittsöffnung und einer den Feuerraum (152) mit der Abgasaustrittsöff nung verbindenden Abgaskanalanordnung
und einen von dem Abgas der Feuerungsanlage (100) durchströmten Restwärmetauscher (166; 166a, 166b), welcher eine Abgas-Kühlflüssig keits-Grenzfläche aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Begren zungswände der Abgaskanalanordnung (158) kleiner ist als das Dreifache der Oberfläche der Begrenzungswände des Feuerraums (152).
einen Heizkessel (106) mit einem Feuerraum (152), einer Abgasaus trittsöffnung und einer den Feuerraum (152) mit der Abgasaustrittsöff nung verbindenden Abgaskanalanordnung
und einen von dem Abgas der Feuerungsanlage (100) durchströmten Restwärmetauscher (166; 166a, 166b), welcher eine Abgas-Kühlflüssig keits-Grenzfläche aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Begren zungswände der Abgaskanalanordnung (158) kleiner ist als das Dreifache der Oberfläche der Begrenzungswände des Feuerraums (152).
2. Feuerungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Restwärmetauscher (166; 166a, 166b) eine Einrichtung zum Erzeugen
eines Kühlflüssigkeitssprays, vorzugsweise eines monodispersen Kühl
flüssigkeitssprays, umfaßt.
3. Feuerungsanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Abgaskanalanordnung aus einem bis drei Abgaskanälen
(158), vorzugsweise aus genau einem Abgaskanal (158), besteht.
4. Feuerungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Begrenzungswände der Abgaskanalanordnung aus
schließlich glatte Oberflächen aufweisen.
5. Feuerungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ab
gaskanalanordnung aus einem oder mehreren im wesentlichen zylindri
schen Abgaskanälen (158) besteht.
6. Feuerungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Feuerungsanlage (100) einen Abgasabführraum (160,
174) umfaßt, der im Betrieb der Feuerungsanlage (100) aus dem Feuer
raum (152) strömendes Abgas aufnimmt, wobei die Temperatur des Ab
gases beim Durchströmen des Abgasabführraums (160, 174) von einer
Temperatur oberhalb der Abgastaupunkttemperatur auf eine Temperatur
unterhalb der Abgastaupunkttemperatur abnimmt und ein erster Begren
zungswandbereich (116; 116, 214) des Abgasabführraums (160, 174),
der im Betrieb der Feuerungsanlage (100) eine Temperatur oberhalb der
Abgastaupunkttemperatur aufweist, und ein zweiter Begrenzungswand
bereich (162; 212) des Abgasabführraums (160, 174), der im Betrieb der
Feuerungsanlage (100) eine Temperatur unterhalb der Abgastaupunkt
temperatur aufweist, thermisch voneinander getrennt sind.
7. Feuerungsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
erste Begrenzungswandbereich (116; 116, 214) eine Außenwand (116)
des Heizkessels (106) umfaßt und/oder in thermischem Kontakt mit dem
Heizkessel (106) steht.
8. Feuerungsanlage nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß der zweite Begrenzungswandbereich (162; 210, 212) eine
Begrenzungswand (162; 210, 212) des Restwärmetauschers (166; 166a,
166b) umfaßt und/oder in thermischem Kontakt mit dem Restwärmetau
scher (166; 166a, 166b) steht.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998119138 DE19819138C2 (de) | 1998-04-29 | 1998-04-29 | Feuerungsanlage |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
DE1998119138 DE19819138C2 (de) | 1998-04-29 | 1998-04-29 | Feuerungsanlage |
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DE19819138A1 DE19819138A1 (de) | 1999-11-11 |
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ID=7866161
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---|---|---|---|
DE1998119138 Expired - Fee Related DE19819138C2 (de) | 1998-04-29 | 1998-04-29 | Feuerungsanlage |
Country Status (1)
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---|---|
DE (1) | DE19819138C2 (de) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19543452A1 (de) * | 1995-11-22 | 1997-05-28 | Deutsche Forsch Luft Raumfahrt | Verfahren und Vorrichtung zur Nutzung der restlichen fühlbaren und der latenten Wärme eines Abgases einer Feuerungsanlage |
-
1998
- 1998-04-29 DE DE1998119138 patent/DE19819138C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19543452A1 (de) * | 1995-11-22 | 1997-05-28 | Deutsche Forsch Luft Raumfahrt | Verfahren und Vorrichtung zur Nutzung der restlichen fühlbaren und der latenten Wärme eines Abgases einer Feuerungsanlage |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE19819138A1 (de) | 1999-11-11 |
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