DE2815882A1

DE2815882A1 - Anlage zum rueckgewinnen von abwaerme

Info

Publication number: DE2815882A1
Application number: DE19782815882
Authority: DE
Inventors: Jun Clifford J Cantrell
Original assignee: John Zink Co
Current assignee: Zinklahoma Inc
Priority date: 1977-04-22
Filing date: 1978-04-12
Publication date: 1978-11-02
Also published as: FR2388208A1; US4113005A; GB1587027A; JPS5627791B2; IT7848991A0; CA1083442A; JPS53140648A; NL7803808A; IT1102166B

Description

ANLAGE ZUM RÜCKGEWINNEN VON ABWÄRME

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zum Rückgewinnen van Abwärme, insbesondere aus einem Schornstein, in den durch einen unten gelegenen Einlaß die heißen Abgase einer Verbrennungs- oder Dxydationsanlage eintreten und dann aufwärts fließen.

Aus Gründen der Brennstoffersparnis, die zur Zeit von besonderem Interesse ist,und aus wirtschaftlichen Gründen ist die Rückgewinnung der in den Abgasen von Öfen und anderen mit hoher Temperatur betriebenen Anlagen enthaltenen Wärme von großer Bedeutung. Das gilt insbesondere für den Wärmegehalt der in Schornsteinen von Kesselanlagen aufwärts strömenden heißen Abgase. Bekannt ist es, zu diesem Zweck in die Kesselanlage oder in den Schornstein selbst besondere Wärmeaustauscher einzubauen. Das kann aber sehr hohe Kosten erfordern, und zwar um so mehr, wenn dieser Einbau nachträglich bei vorhandenen Anlagen erfolgen soll.

Auch hat der Einbau von Wärmeaustauschern in den unteren Teil des Schornsteins den Nachteil, den Druckabfall im Abgasstrom zu vergrößern und dadurch den Schornsteinzug zu verringern Das kann dazu führen, daß die Höhe des Schornsteins vergrößert oder der Schornsteinzug durch Gebläse verstärkt werden muß, was sehr kostspielig ist.

Sollte dem Wärmeaustauscher irgendetwas zustoßen, dann müßte man für die Dauer der Reparaturen die ganze Kessel- und Heizanlage stillsetzen, was gleichfalls sehr kostspielig werden kann.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine

809844/Q720

BAD ORIGlNiAV

Rückgewinnung von Abwärme zu schaffen, die im Falle irgendwelcher Störungen vom Schornstein abgeschaltet werden kann, so daß dieser stets in der normalen Weise betrieben werden kann, also die heißen Verbrennungsgase in der üblichen Weise aufwärts ins Freie leitet.

Wie diese Aufgabe gelöst ist, ergibt sich aus den Patentansprüchen.

An den Hauptschornstein kann also eine Wärmeübertragungsanlage angeschlossen werden, welche die heißen Abgase eines Kessels oder einer bei hoher Temperatur betriebenen Anlage zum Oxydieren aufnimmt und die abgekühlten Gase einem Hilfsschornstein zuleitet. Die Strömung der Abgase in der Anlage zum Rückgewinnen der Wärme wird durch Erzeugen von Zug, etwa durch ein Gebläse oder einen Ventilator üblicher Bauart, erzeugt, was deshalb ohne weiteres möglich ist, weil die Temperatur der durch das Gebläse fließenden Gase beim Durchströmen durch einen Abgaskessel oder dergleichen herabgesetzt ist.

Der durch das Gebläse oder den Ventilator erzeugte Zug, oder, in anderen Worten, die Strömungsmenge der dem Hauptschornstein entnommenen, durch den Wärmeaustauscher fließenden und in den- Hilfsschornstein gelangenden Abgase wird durch einen Regler derart gesteuert, daß, wenn auch nicht alle, so doch die meisten heißen Abgase der Verbrennung durch den Zug in den Wärmeaustauscher geleitet werden, wobei eine bestimmte geringe Menge kalter Außenluft in das obere Ende des Hauptschornsteins eingesaugt werden kann. Zum Zweckedieser Regelung sind im Hauptschornstein und in der diesen mit dem Wärmeaustauscher verbindenden Leitung Temperaturfühler angeordnet, und zwar befindet sich der erste Temperaturfühler im Hauptschornstein zwischen dessen an seinem unteren Ende befindlichen Einlaß, der mit den frischen Abgasen gespeist

wird, und der Stelle, an der dem Hauptschornstein Abgase entnommen und in die zum Wärmeaustauscher führende Leitung hineingesaugt werden. Dieser Temperaturfühler mißt die Temperatur der frischen Abgase. Der zweite Temperaturfühler in der vom Hauptschornstein zum Wärmeaustauscher führenden Leitung dient der Messung des Unterschiedes der Temperaturen der frischen Abgase und der zum Wärmeaustauscher fließenden Abgase. Mittels der beiden Temperaturfühler wird die Strömungsmenge der durch den Wärmeaustauscher fließenden Abgase so geregelt, daß dieser Temperaturunterschied einem eingestellten niedrig bemessenen Sollwert entspricht. Das hat zur Folge, daß von oben her durch den Hauptschornstein eine bestimmte kleine Menge von Aulienluft herabfließt und den zum Wärmeaustauscher fließenden Gasen beigemischt wird. Infolgedessen werden fast sämtliche heißen Abgase durch den Wärmeaustauscher geleitet und gelangen dann in den Hilfsschornstein, in dem sie aufwärts ins Freie fließen.

Sollte der parallel zum Hauptschornstein geschalteten Wärmeaustauschanlage irgendetwas zustoßen, dann kann man diese Anlage stillsetzen und die gesamten Abgase durch den Hauptschornstein in der üblichen Weise aufwärts ins Freie leiten .

In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht.

Die Anlage 10 zum Rückgewinnen von Abwärme ist in Anwendung auf einen Ofen 20 mit einem Auslaß 22 gezeigt, der unten bei 24 in einen Schornstein 28 mündet, in dem für gewöhnlich die gesamten heißen Verbrennungsgase des Ofens in Richtung des Pfeiles 26 aufwärts zum oberen Ende 30 des Schornsteins und dann ins Freie strömen. Dieser Strom heißer Abgase mit einer Temperatur von 1100 bis 1400 stellt eine

809844/0720 BAD ORIGINAL

erhebliche Abwärme dar, die zurückgewannen werden kann.

Bisher geschah diese Rückgewinnung dadurch, daß man den Ofen, den Schornstein oder beide mit entsprechenden eingebauten Wärmeaustauschern versah, so daß ein erheblicher Anteil der Abwärme der Abgase zurückgewonnen wurde, wenn diese über den eingebauten Wärmeaustauscher und dann im Schornstein aufwärts strömten.

Dieser Einbau von Wärmeaustauschröhren im Inneren des Schornsteins ist kostspielig. Auch bewirkt dieser Einbau in den heißen Abgasen einen Druckabfall, durch den der Schornsteinzug verringert wird. Deshalb konnte es erforderlich werden, daß man die Höhe des Schornsteins vergrößern und/oder andere Vorkehrungen treffen mußte, um den Zug zu verbessern.

Auch mußte man bei Verwendung solcher Einbauten eine Steuerung für den Schornsteinzug vorsehen, etwa in Gestalt einer Drosselklappe. Auch das erfordert erhebliche Kosten und Mühe. Auch sind solche Steueranlagen für den Zug störungsanfällig und korrosionsgefährdet. Man muß darum solche Drosselklappen nach Möglichkeit vermeiden.

Die nunmehr beschriebene Anlage zum Rückgewinnen der Abwärme ist an eine Öffnung 16 angeschlossen, die in der Wand des Schornsteins an einer Stelle geschaffen wird, die zwischen dem unteren Ende 24 und dem oberen Ende 30 gelegen ist und sich auf jeden Fall über der Mündung 22 befindet, damit sich der Einlaß einer zum Wärmeaustauscher führenden ersten Leitung 14 über der Stelle befindet, an der die heißen Abgase in den Schornstein 28 gelangen.

Die erste Leitung 14 ist mit einer feuerfesten Auskleidung entsprechender Stärke versehen und mündet mit ihrem Auslaß

8098U/072Ö

-B-

in einen Wärmeaustauscher üblicher Bauart. Dieser Wärmeaustauscher oder Abwärmekessel 58 hat einen Auslab, an den sich eine zweite Leitung 56 anschließt. Diese führt durch eine Mündung 6D in den Einlaß eines Gebläses 62 oder dergleichen, das Zug erzeugt, durch den die Abgase von der Öffnung 16 abgesaugt und in einen Hilfsschornstein 64 gefördert werden. Die in die Leitung 14 gelangenden heißen Abgase mit einer Temperatur von 1100 - 1400 werden im Wärmeaustauscher erheblich abgekühlt, etwa bis auf 270 - 320 und können daher durch gebräuchliche Saugeinrichtungen, etwa ein Gebläse 62 gefördert werden, wobei sich der Zug ergibt, der erforderlich ist, um die Abgase im Nebenschluß in Richtung des Pfeiles 26 zunächst in die erste Leitung im Sinne der Pfeile 32 und 33 und dann durch den Abgaskessel 12 und im Sinne des Pfeiles 35 durch die zweite Leitung 56 vorbei an einem den Zug beeinflußenden Steuergerät 54 in das Gebläse 62 zu fördern, der dann die Abgase im Hilfsschornstein 64 aufwärts fließen läßt. Das Steuergerät 54, das Gebläse 62 und der Hilfsschornstein sind in gebräuchlicher Weise ausgeführt

Während es sich bei dem dargestellten Steuergerät für den Zug um eine Drosselklappe 54 handelt, können doch auch beliebige andere Geräte für diesen Zweck verwendet werden, zum Beispiel solche,welche die Drehzahl des das Gebläse 62 antreibenden Motors steuern. Auch könnte man ein Gebläse verwenden, bei welchem die hindurchfließende Strömungsmenge veränderlich einstellbar ist. Auf diese Einzelheiten der Anlage kommt es nicht entscheidend an.

Ist der durch das Gebläse 62 erzeugte Zug stark genug, dann überwindet er den Zug, der im ersten Schornstein 28 zwischen der Öffnung 16 und dem oberen Schornsteinende 30 durch die große Länge dieses Abschnitts erzeugt wird. Infolgedessen wird kalte Luft aus dem Freien im Hauptschornstein 28 im Sinne des Pfeiles 34 abwärts in die Leitung 14 hinein angesaugt .

809844/0720

Wünschenswert ist es, dab durch diesen Zug eine sehr geringe Menge kalter Luft 34 und im wesentlichen die gesamte Menge der heißen Abgase auf dem Wege 25, 32 in die Leitung 14 hineingesaugt werden. Die die Strömungsmenge beeinflussende Hinrichtung 54 ist durch ein Stellglied 52 verstellbar, das seinerseits durch einen Regler 48 gesteuert wird. Die Regelgröße, die auf einen einstellbaren festen Sollwert geregelt wird, ist der Unterschied der Temperaturen, die unten im Hauptschornstein und in der Leitung 14 herrschen. Gemessen wird dieser Unterschied durch ein Meßwerk 44, das den Regler 48 mittels einer Einrichtung 46 beeinflußt. Das Meßwerk 44 ist an zwei Temperaturfühler 36 und 66 angeschlossen. Der Fühler 36 befindet sich unten im Hauptschornstein 28 zwischen der Mündung 22 und der Öffnung 16 und mißt daher die Temperatur der heißen Verbrennungsabgase. Er liefert ein entsprechendes elektrisches oder pneumatisches Signal über einen Geber 38 und eine Leitung 40 zum Meßwerk 44. Der zweite Fühler 66 in der Leitung 14 liefert ein Signal, das durch einen Geber 68 über eine Leitung 70 dem Meßwerk 40 übermittelt wird. Das die Strömungsmenge beeinflußende Gerät 54 wird also mittels des Stellwerks 52 durch den Regler 48 jeweils so eingestellt, daß der Unterschied der Temperaturen an den Stellen 36 und 66 dem Sollwert entspricht.

Ist der Zug zu schwach, dann fließt eine erhebliche Menge von heißen Abgasen 26 an der Öffnung 16 vorbei im Schornstein 28 aufwärts und gelangt oben bei 30 ins Freie. Ist der Zug zu hoch dann wird außer den heißen Abgasen 26 auf dem Wege 32 und 33 auch kalte Luft vom oberen Ende 30 des Hauptschornsteins her in Richtung des Pfeiles 34 in die Leitung 14 eingesaugt.

Der Regler ist also ein Festwertregler, der den Unterschied der an den Stellen 36 und 66 herrschenden Temperaturen konstant auf einem ausgewählten kleinen Sollwert hält. Bei 66 ist die

BAD

Temperatur also etwas niedriger als bei 36. Ist diese Bedingung erfüllt, dann gelangen im wesentlichen alle heißen Abgase 26 durch die Leitung 14 in die Anlage zur Rückgewinnung der Abwärme.

Diese Anlage, die aus dem Wärmeaustauscher 12, den Leitungen 14 und 56, der Saugeinrichtung 62 und dem Hilfsschornstein 64 besteht, läßt sich also nachträglich an einer bereits bestehenden, die Abwärme liefernden Anlage mit einem Hauptschornstein anschließen. Fällt irgendein Teil der Anlage 10 aus und muß diese durch Abschalten der Sauganlage stillgesetzt werden, zum Beispiel durch Ausschalten des Gebläses oder durch Schließen der Drosselklappe 54 oder dergleichen, dann besteht keine Gefahr, daß die heißen Abgase in die Leitung 14 gelangen, weil dann der Hauptschornstein 28 in der üblichen Weise wirkt und die gesamten heißen Abgase ins Freie leitet. Die Wirkungsweise der Verbrennungs- oder Oxydieranlage 20 mit dem Hauptschornstein 28 wird also unter keinen Umständen durch die Rückgewinnung der Abwärme beeinträchtigt.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel läßt sich im Rahmen der Erfindung in mannigfacher Hinsicht abwandeln, insbesondere dadurch, daß gleichwertige Elemente an die Stelle derjenigen des beschriebenen Ausführungsbeispiels treten.

809844/0720

BAD ORIGINAL

Claims

PATENTANSPRÜCHE

^y Anlage zum Rückgewinnen von Abwärme aus einem Schornstein, in den durch einen unten gelegenen Einlab die heißen Abgase einer Verbrennungs- oder Oxydationsanlage eintreten und dann aufwärts fließen, dadurch gekennzeichnet, daß der Schornstein (28) über seinem Einlaß und über einem im Schornstein angeordneten ersten Temperaturfühler C36) in seiner Wandung an einer zwischen dem unteren und dem oberen Ende des Schornsteins gelegenen ausgewählten Stelle eine Öffnung (16) hat, die durch einen ersten, mit einem zweiten Temperaturfühler (66) versehenen Abgaskanal (14) mit dem Einlaß (18) eines Wärmeaustauschers (12) verbunden ist, dessen Auslaß (58) durch einen zweiten Abgaskanal (56) an ein Gebläse (62) angeschlossen ist, dessen Auslaß mit einem Hilfsschornstein (64) verbunden ist und durch das mittels eines Reglers (48) in Abhängigkeit vom dem durch die Temperaturfühler (36, 66) gemessenen Temperaturunterschied die Strömungsmenge der Abgase regelbar ist, die vom Hauptschornstein (28) über den Wärmeaustauscher (12) zum Hilfs-Schornstein (64) und in diesem aufwärts strömen.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (48) ein Festwertregler ist, der den Temperaturunterschied auf einem kleinen Sollwert hält.
3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert der Regelgröße 5 - 40° beträgt.

S098 U4/0720

Deutsche Bank München. Kto.-Nr. 82/08050 (BLZ 70070010)

Postscheck München Nr. 163397-802

BAD ORIGINAL