DE29518908U1

DE29518908U1 - Air heater

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Publication number: DE29518908U1
Application number: DE29518908U
Authority: DE
Original assignee: Heimer & Co Lufttechnik K GmbH
Current assignee: Heimer & Co Lufttechnik K GmbH
Priority date: 1995-11-29
Filing date: 1995-11-29
Publication date: 1996-01-25
Anticipated expiration: 2005-11-30

Description

TER MEER - MÜLLER - STEiNMe^TSR & PS\RTßJER : I I.. HEIP03/95TER MEER - MÜLLER - STEiNMe^TSR & PS\RTßJER : II .. HEIP03/95

BESCHREIBUNGDESCRIPTION

Die Erfindung betrifft einen Lufterhitzer mit einem in mindestens zwei Leistungsstufen betreibbaren Brenner, einem Wärmetauscher, der von dem Abgas des Brenners in mindestens zwei in Reihe hintereinander geschalteten Zügen durchströmt wird, und einem Abgasauslaß, der den letzten Zug des Wärmetauschers mit einem Kamin verbindet.The invention relates to an air heater with a burner that can be operated in at least two power levels, a heat exchanger through which the exhaust gas from the burner flows in at least two passes connected in series, and an exhaust gas outlet that connects the last pass of the heat exchanger to a chimney.

Solche Lufterhitzer werden beispielsweise zum Erhitzen der Zuluft in Lackieranlagen, zum Erhitzen der Zuluft und/oder Umluft in kombinierten Lackier- und Trocknungskabinen sowie in Raumheizungsanlagen eingesetzt, die zwischen Außenluft- und Umluftbetrieb umschaltbar sind.Such air heaters are used, for example, to heat the supply air in painting systems, to heat the supply air and/or recirculated air in combined painting and drying booths, and in room heating systems that can be switched between outside air and recirculated air operation.

In diesen Anwendungsbereichen kann die erforderliche Heizleistung in weitem Bereich variieren. Beispielsweise ist in Raumheizungsanlagen im Umluftbetrieb nur eine relativ geringe Heizleistung erforderlich, während im Auj3enluftbetrieb, etwa während des Betriebs einer Filteranlage oder einer Lösemittelabsaugung, durch die Raumluft nach außen abgesaugt wird, eine hohe Heizleistung erforderlich ist.In these areas of application, the required heating output can vary widely. For example, in room heating systems in recirculation mode, only a relatively low heating output is required, while in outside air mode, for example during operation of a filter system or a solvent extraction system through which room air is extracted to the outside, a high heating output is required.

Herkömmliche Heizölbrenner in solchen Lufterhitzern sind zumeist als Eindüsenbrenner ausgebildet, bei denen die Leistung über den Düsendruck gesteuert wird. In diesem Fall kann die Heizleistung in der niedrigeren Stufe nicht unter etwa 65 % der maximalen Heizleistung gedrosselt werden. Da die in der niedrigeren Stufe tatsächlich geforderte Heizleistung zumeist wesentlich kleiner ist, muß der Brenner intervallweise betrieben werden. Da jedoch der Brenner eine Wiederanlaufzeit (Vorspülzeit) von mindestens 30 Sekunden aufweist, ergeben sich bei diesem Ititervallbetrieb hohe Temperaturschwankungen, die bei vielen verfahrenstechnischen Prozessen, etwa in Lackieranlagen, nicht toleriert werden können.Conventional heating oil burners in such air heaters are usually designed as single-jet burners, where the output is controlled by the nozzle pressure. In this case, the heating output in the lower stage cannot be reduced to less than about 65% of the maximum heating output. Since the heating output actually required in the lower stage is usually much lower, the burner must be operated intermittently. However, since the burner has a restart time (pre-purge time) of at least 30 seconds, this intermittent operation results in high temperature fluctuations, which cannot be tolerated in many process engineering processes, such as in painting systems.

Ein weiteres Problem besteht darin, daJ3 unmittelbar nach dem Wiederanlaufen des Brenners ein erheblicher Teil des im Abgas enthaltenen Wasserdampfes an den verhältnismäßig kühlen Wänden des Wärmetauschers kondensiert. Das auf diese Weise anfallende Kondensat ist aufwendig zu entsorgen und führt außerdem zu einer beträchtlichen Korrosion, besonders bei Heizölfeuerungen, bei denen das Kondensat zudem stark schwefelhaltig ist.Another problem is that immediately after the burner is restarted, a significant portion of the water vapor contained in the exhaust gas condenses on the relatively cool walls of the heat exchanger. The condensate produced in this way is difficult to dispose of and also leads to considerable corrosion, particularly in heating oil furnaces, where the condensate also contains a high level of sulfur.

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Wenn als Heizölbrenner ein moderner Zweidüsenbrenner eingesetzt wird, lassen sich im Prinzip die Temperaturschwankungen reduzieren, da die Heizleistung in der niedrigeren Stufe theoretisch auf bis etwa 30 % der maximalen Heizleistung gedrosselt werden kann, so daj3 der Brenner an sich kontinuierlich betrieben werden könnte. In der Praxis zeigt sich jedoch, daj3 bei längerem Betrieb mit einer derart geringen Leistung die Abgastemperatur unter den Taupunkt absinkt, so daJ3 die oben erwähnten Kondensatprobleme verstärkt auftreten.If a modern two-jet burner is used as a heating oil burner, the temperature fluctuations can in principle be reduced, since the heating output can theoretically be throttled to around 30% of the maximum heating output at the lower level, so that the burner itself could be operated continuously. In practice, however, it turns out that with prolonged operation at such a low output, the exhaust gas temperature drops below the dew point, so that the condensate problems mentioned above occur more frequently.

Vergleichbare Probleme entstehen auch bei Lufterhitzern mit Gasbrennern. In diesem Fall ist das Kondensat zwar weniger korrosiv, doch fällt eine größere Kondensatmenge an, da das Abgas mehr Wasserdampf enthält.Similar problems also arise with air heaters with gas burners. In this case, the condensate is less corrosive, but a larger amount of condensate is produced because the exhaust gas contains more water vapor.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Lufterhitzer der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Kondensatbildung im Wärmetauscher im Teillastbetrieb verringert ist.The object of the invention is to create an air heater of the type mentioned above, in which the formation of condensate in the heat exchanger is reduced in partial load operation.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Bypass, der den Wärmetauscher stromaufwärts des letzten Zuges mit dem Kamin verbindet, und durch in dem AbgasauslaJ3 und dem Bypass angeordnete Sperrglieder, die wechselweise in die Durchlaj3stellung und die Sperrstellung schaltbar sind.This object is achieved according to the invention by a bypass which connects the heat exchanger upstream of the last pass to the chimney, and by blocking elements arranged in the exhaust gas outlet and the bypass, which can be alternately switched to the open position and the closed position.

Im Vollastbetrieb ist der Bypass geschlossen und der Abgasauslaj3 geöffnet, so daJ3 das Abgas sämtliche Züge des Wärmetauschers durchströmt, bevor es durch den Kamin austritt. Im Teillastbetrieb werden die Sperrglieder umgeschaltet, so daß das Abgas nur durch einen oder mehrere stromaufwärtige Züge des Wärmetauschers strömt und dann unter Umgehung des oder der letzten Züge über den Bypass in den Kamin austritt. Hierdurch wird die Wärmeabgabe des Abgases an die den Wärmetauscher durchströmende Luft so weit reduziert, daJ3 das Abgas trotz der niedrigeren Ausgangstemperatur noch mit einer Temperatur von mehr als ca. 160° C in den Kamin eintritt. Hierdurch wird die Kondensatbildung in den durchströmten Zügen des Wärmetauschers und im Kamin wirksam unterdrückt. Auf diese Weise ist es möglieh, das Potential von Zweidüsenbrennern voll auszuschöpfen und die Leistung im Teillastbetrieb auf bis zu 30 % der maximalen Leistung zu reduzieren, ohne daj3 die Kondensatbildung Überhand nimmt. Im Fall eines Ölbren-In full load operation, the bypass is closed and the exhaust outlet is open so that the exhaust gas flows through all the heat exchanger flues before exiting through the chimney. In partial load operation, the blocking elements are switched so that the exhaust gas only flows through one or more upstream flues of the heat exchanger and then exits into the chimney via the bypass, bypassing the last flue or flues. This reduces the heat transfer of the exhaust gas to the air flowing through the heat exchanger to such an extent that the exhaust gas still enters the chimney at a temperature of more than approx. 160° C despite the lower initial temperature. This effectively suppresses the formation of condensate in the flues of the heat exchanger through which it flows and in the chimney. In this way, it is possible to fully exploit the potential of two-nozzle burners and reduce the output in partial load operation to as little as 30% of the maximum output without condensate formation getting out of hand. In the event of an oil fire

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ners wird durch die erfindungsgemäße Maßnahme auch die Schwefelsublimation wirksam unterdrückt. Andererseits hat sich gezeigt, daß der Wärmetauscher trotz der geänderten Abgasführung im Teillastbetrieb noch einen zufriedenstellenden Wirkungsgrad von mehr als 90 % aufweist.
5ner, the measure according to the invention also effectively suppresses sulphur sublimation. On the other hand, it has been shown that the heat exchanger still has a satisfactory efficiency of more than 90% in partial load operation despite the modified exhaust gas routing.
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Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous further developments and embodiments of the invention result from the subclaims.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert.In the following, a preferred embodiment is explained in more detail using the drawing.

Die einzige Zeichnungsfigur zeigt einen schematischen Schnitt durch einen erfindungsgemäjSen Lufterhitzer.The only drawing figure shows a schematic section through an air heater according to the invention.

Der Lufterhitzer weist ein wärmeisoliertes Gehäuse 10 auf, das einen Brenner 12, beispielsweise einen Zweidüsen-Ölbrenner, und einen Wärmetauscher 14 aufweist. Der Brenner 12 hat eine Düseneinheit 16, der über ein nicht gezeigtes Gebläse Verbrennungsluft zugeführt wird und die in eine Brennkammer 18 hineinragt, so daj3 dort eine Verbrennungsflamme 20 erzeugt wird. Der Brenner 12 ist in bekannter Weise in zwei Leistungsstufen betreibbar. In der niedrigeren ersten Stufe beträgt die Heizleistung nur etwa 30 % der in der zweiten Stufe erreichten maximalen Heizleistung.The air heater has a heat-insulated housing 10 which has a burner 12, for example a two-nozzle oil burner, and a heat exchanger 14. The burner 12 has a nozzle unit 16 to which combustion air is supplied via a fan (not shown) and which projects into a combustion chamber 18 so that a combustion flame 20 is generated there. The burner 12 can be operated in two power levels in a known manner. In the lower first level, the heating output is only about 30% of the maximum heating output achieved in the second level.

Die von dem Brenner 12 erzeugten heißen Abgase gelangen aus der Brennkammer 18 unmittelbar in den Wärmetauscher 14 und strömen nacheinander durch drei Züge 22, 24 und 26 des Wärmetauschers, wie in der Zeichnung durch Pfeile angedeutet wird. Jeder Zug des Wärmetauschers wird durch mehrere parallele Strömungskanäle gebildet, deren Wände als Wärmeaustauschflächen dienen, an denen die Wärme des Abgases an die gleichfalls durch den Wärmetauscher geleitete zu erhitzende Luft abgegeben wird. Die Abgas-Strömungskanäle sämtlicher Züge des Wärmetauschers sind parallel zueinander angeordnet, und die einzelnen Züge werden durch Trennwände 28, 30 derart begrenzt, daj3 das Abgas mäanderförmig durch die drei Züge 22, 24 und 26 strömt. Vom letzten Zug 26 aus wird das Abgas über einen aus den Gehäuse 10 herausführenden AbgasauslajS 32 in einen Kamin 34 abgeführt. The hot exhaust gases produced by the burner 12 pass from the combustion chamber 18 directly into the heat exchanger 14 and flow one after the other through three flues 22, 24 and 26 of the heat exchanger, as indicated by arrows in the drawing. Each flue of the heat exchanger is formed by several parallel flow channels, the walls of which serve as heat exchange surfaces, where the heat of the exhaust gas is transferred to the air to be heated, which is also passed through the heat exchanger. The exhaust gas flow channels of all flues of the heat exchanger are arranged parallel to one another, and the individual flues are delimited by partition walls 28, 30 in such a way that the exhaust gas flows in a meandering manner through the three flues 22, 24 and 26. From the last flue 26, the exhaust gas is discharged into a chimney 34 via an exhaust gas outlet 32 leading out of the housing 10.

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Der erste Zug 22 des Wärmetauschers ist über einen Bypass 36 mit dem Kamin 34 verbunden. Der Abgasauslaß 32 und der Bypass 36 sind jeweils durch eine Klappe 38 bzw. 40 absperrbar. Die Klappen 38, 40 sind durch ein Gestänge 42 mechanisch miteinander und mit einem nicht gezeigten Stellglied verbunden.The first flue 22 of the heat exchanger is connected to the chimney 34 via a bypass 36. The exhaust gas outlet 32 and the bypass 36 can each be shut off by a flap 38 or 40. The flaps 38, 40 are mechanically connected to one another and to an actuator (not shown) by a rod 42.

In der Zeichnung ist der Zustand des Lufterhitzers im Vollastbetrieb dargestellt. In diesem Zustand ist die Klappe 40 geschlossen und die Klappe 38 geöffnet, so daJ3 das Abgas alle drei Züge 22, 24 und 26 durchströmt, bevor es in den Kamin 34 eintritt. So wird ein maximaler Wirkungsgrad des Wärmetauschers 14 erreicht.The drawing shows the state of the air heater in full load operation. In this state, the flap 40 is closed and the flap 38 is open, so that the exhaust gas flows through all three flues 22, 24 and 26 before it enters the chimney 34. In this way, maximum efficiency of the heat exchanger 14 is achieved.

Als Beispiel kann angenommen werden, daJ3 der Lufterhitzer zum Beheizen eines Gewerberaumes dient, aus dem durch eine Absauganlage für Stäube oder Lösungsmitteldämpfe ständig Luft abgesaugt wird. Die abgesaugte Raumluft muß dann durch verhältnismäßig kalte Außenluft ersetzt werden, so daJ3 die maximale Heizleistung des Lufterhitzers erforderlich ist. Wenn dann betriebsbedingt die Absauganlage abgeschaltet wird, kann die Heizungsanlage auf Umluft umgeschaltet werden, so daß dem Wärmetauscher 14 anstelle der kalten Außenluft die bereits relativ warme Raumluft zugeführt wird.As an example, it can be assumed that the air heater is used to heat a commercial space from which air is constantly extracted by an extraction system for dust or solvent vapors. The extracted room air must then be replaced by relatively cold outside air, so that the maximum heating output of the air heater is required. If the extraction system is then switched off for operational reasons, the heating system can be switched to recirculation, so that the heat exchanger 14 is supplied with the already relatively warm room air instead of the cold outside air.

In diesem Fall wird der Brenner 12 auf die niedrigere erste Stufe umgeschaltet, so daß die Heizleistung auf beispielsweise 30 % des maximalen Wertes gedrosselt wird. Bei dieser Umschaltung sorgt eine nicht gezeigte automatisehen Steuerung dafür, daJ3 gleichzeitig auch die Klappen 38, 40 umgesteuert werden. Bei Teillastbetrieb ist dann die Klappe 38 geschlossen und die Klappe 40 geöffnet, so daß die Abgase des Brenners nur noch durch den ersten Zug 22 des Wärmetauschers strömen und dann über den Bypass 36 in den Kamin 34 austreten. Die nachgeschalteten Züge 24 und 26 des Wärmetauschers haben nach wie vor Verbindung zu dem ersten Zug 22. Dies ist durchaus erwünscht, weil so ein übermäßiges Auskühlen der Wärmetauscherwände in den Zügen 24 und 26 verhindert wird. Da jedoch die Klappe 38 geschlossen ist, kommt die Strömung des Abgases in den Zügen 24 und 26 zum Erliegen. Die Wärmeübertragung von dem Abgas auf die zu erhitzende Luft findet deshalb im Wesentlichen nur noch in dem Zug 22 statt. Hierdurch wird erreicht, daJ3 das Abgas, das im Teillastbetrieb eine niedrigere Ausgangstemperatur hat als bei Vollast, weniger stark abgekühlt wird und den Wärmetau-In this case, the burner 12 is switched to the lower first stage, so that the heating output is reduced to, for example, 30% of the maximum value. During this switchover, an automatic control (not shown) ensures that the flaps 38, 40 are also switched at the same time. In partial load operation, the flap 38 is then closed and the flap 40 is opened, so that the exhaust gases from the burner only flow through the first flue 22 of the heat exchanger and then exit via the bypass 36 into the chimney 34. The downstream flues 24 and 26 of the heat exchanger are still connected to the first flue 22. This is entirely desirable because it prevents the heat exchanger walls in the flues 24 and 26 from cooling down too much. However, since the flap 38 is closed, the flow of the exhaust gases in the flues 24 and 26 comes to a standstill. The heat transfer from the exhaust gas to the air to be heated therefore essentially only takes place in the flue 22. This ensures that the exhaust gas, which has a lower initial temperature in partial load operation than at full load, is cooled less and the heat exchanger

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scher über den Bypass 36 noch mit einer Temperatur von etwa 160° C verläßt. Diese Temperatur liegt oberhalb des Taupunktes des im Rauchgas enthaltenen Wasserdampfs und auch oberhalb des Sublimationspunktes des im Rauchgas enthaltenen Schwefels. Die Bildung von Kondensat und von korrosiven Schwefelniederschlägen in dem abgasdurchströmten Zug 22 und im Kamin 34 kann so wirksam unterdrückt werden. Der Teillastbetrieb kann so kontinuierlich über längere Zeiträume aufrechterhalten werden. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn - etwa in Lackieranlagen - mit Hilfe des Lufterhitzers eine gleichmäßige Raumtemperatur aufrechterhalten werden soll.scher via the bypass 36 at a temperature of about 160° C. This temperature is above the dew point of the water vapor contained in the flue gas and also above the sublimation point of the sulfur contained in the flue gas. The formation of condensate and corrosive sulfur deposits in the flue 22 through which the exhaust gas flows and in the chimney 34 can thus be effectively suppressed. Partial load operation can thus be maintained continuously over longer periods of time. This is particularly advantageous when - for example in paint shops - a uniform room temperature is to be maintained with the help of the air heater.

Wenn der Brenner 12 wieder auf Vollast geschaltet wird, so bleibt für eine Verzögerungszeit von beispielsweise 20 Sekunden die Klappe 40 noch geöffnet und die Klappe 38 geschlossen, und erst dann wird in die in der Zeichnung gezeigte Position umgeschaltet. Die Züge 24 und 26 werden folglich erst dann wieder von Abgas durchströmt, wenn das Abgas infolge der erhöhten Brennerleistung eine hohe Temperatur erreicht hat. Während der Verzögerungszeit steigt auch die Innentemperatur des Gehäuses 10 und folglich auch die Temperatur der Wärmetauscherwände der Züge 24 und 26. Wenn diese Züge wieder von dem heißen Abgas durchströmt werden, ist deshalb gewährleistet, daj3 die Wärmetauscherwände der Züge 24 und 26 schnell wieder eine Temperatur oberhalb des Taupunktes erreichen, so daJ3 nur eine geringe Kondensatbildung eintritt.When the burner 12 is switched back to full load, the flap 40 remains open and the flap 38 closed for a delay time of, for example, 20 seconds, and only then is the position shown in the drawing switched over. Consequently, the flues 24 and 26 are only again flowed through by exhaust gas when the exhaust gas has reached a high temperature as a result of the increased burner output. During the delay time, the internal temperature of the housing 10 also rises and consequently also the temperature of the heat exchanger walls of the flues 24 and 26. When the hot exhaust gas flows through these flues again, it is therefore guaranteed that the heat exchanger walls of the flues 24 and 26 quickly reach a temperature above the dew point again, so that only a small amount of condensate forms.

Alternativ oder zusätzlich kann die Abgastemperatur im Kamin 34 überwacht werden. In diesem Fall werden die Klappen 38, 40 in die in der Zeichnung dargestellte Position umgeschaltet, sobald die Abgastemperatur einen bestimmten Wert überschreitet.Alternatively or additionally, the exhaust gas temperature in the chimney 34 can be monitored. In this case, the flaps 38, 40 are switched to the position shown in the drawing as soon as the exhaust gas temperature exceeds a certain value.

Wenn der Lufterhitzer im kalten Zustand in Betrieb genommen wird, so ist während der Startphase des Brenners 12 für eine bestimmte Vorspülzeit unabhängig von der gewählten Leistungsstufe - die Klappe 40 geschlossen und die Klappe 38 geöffnet, so daJ3 der gesamte Wärmetauscher vorgespült wird, um das an den Wärmetauscherwänden gebildete Kondensat zu verdampfen.
35If the air heater is put into operation in the cold state, during the start-up phase of the burner 12, the flap 40 is closed and the flap 38 is opened for a certain pre-purge time - regardless of the selected power level - so that the entire heat exchanger is pre-purged in order to evaporate the condensate formed on the heat exchanger walls.
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Im Bedarfsfall kann die Abgastemperatur durch Vorerwärmen der dem Brenner zugeführten Verbrennungsluft zusätzlich erhöht werden.If necessary, the exhaust gas temperature can be further increased by preheating the combustion air supplied to the burner.

Claims

TER MEER - MÜLLER - STEltfM^lfcTfiR S^ARTfIER:..· «·. HEIP03/95 j 1 1 » · ■ PROTECTION CLAIMS

1. Air heater with a burner (12) operable in at least two power stages, a heat exchanger (14) through which the exhaust gas from the burner flows in at least two passes (22, 24, 26) connected in series, and an exhaust gas outlet (32) connecting the last pass (26) of the heat exchanger (14) to a chimney (34), characterized by a bypass (36) connecting the heat exchanger (14) upstream of the last pass (26) to the chimney (34), and by blocking members (38, 40) arranged in the exhaust gas outlet (32) and the bypass (36), which can be alternately switched to the open position and the closed position.

2. Air heater according to claim 1, characterized in that the heat exchanger (14) has at least three flues (22, 24, 26) which are formed by a block of exhaust gas channels arranged parallel to one another and by partition walls (28, 30) arranged alternately at opposite ends of the block and which form a meandering flow path for the exhaust gas when the exhaust gas outlet (32) is open.

3. Air heater according to claim 1 or 2, characterized in that the heat exchanger (14) has three flues (22, 24, 26) and that the bypass (36) connects the downstream side of the first flue (22) to the chimney (34).

4. Air heater according to claims 2 and 3, characterized in that the exhaust gas outlet (32) and the bypass (36) are arranged at the same end of the heat exchanger (14) and are separated from one another by the partition wall (30) there.

5. Air heater according to one of the preceding claims, characterized in that the locking members (38, 40) are designed as valve flaps.

6. Air heater according to one of the preceding claims, characterized in that the locking members (38, 40) are mechanically coupled to one another by a rod (42).

7. Air heater according to one of the preceding claims, characterized

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by a control device for automatically switching the blocking elements (38, 40) between a partial load position in which the exhaust gas outlet (32) is blocked and the bypass (36) is open, and a full load position in which the exhaust gas outlet (32) is open and the bypass (36) is blocked, depending on the power level of the burner (12).

8. Air heater according to claim 7, characterized in that when the burner (12) is switched over from the lower to the higher power level, the control unit switches the locking elements (38, 40) to the partial load position after a certain delay time or when a certain exhaust gas temperature is exceeded.