DE3014481C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Heißgas-Flüssigkeits- Heizsystem mit einer Heißgasquelle, insbesondere einer Verbrennungseinrichtung, mindestens einer nachgeordneten Aufsättigungszone im Heißgasweg mit Einspeisung einer Sättigungsflüssigkeit und mindestens einem der Aufsätti­ gungszone nachgeordneten Wärmetauscher.

Es ist bekannt, z. B. aus DE-GM 19 74 834, in den Verbrennungsgasraum bzw. den Abzugskanal eines Brenners nach Art der bekannten Gaswäsche Wasser einzusprühen, um durch die unmittelbare, großflächige Berührung zwischen den Verbrennungsgasen und dem Wasser als Nutzwärmeträger eine Abkühlung der Verbrennungsgase auf vergleichsweise niedrige Temperaturen zu erreichen. Die damit weiterhin bezweckte Verbesserung des Ausnutzungsgrades des Wärmeinhaltes der Verbrennungsgase wird jedoch nur in geringem Maße erreicht, weil der durch die Wassereinsprühung erzeugte Dampfgehalt der Verbrennungsgase und im allgemeinen sogar eine beträchtliche Menge von darin mitgerissenen Wassertröpfchen durch den Abzug austritt. Es geht daher nach wie vor ein beträchtlicher Wärmeinhalt verloren.

Ferner ist ein Heizsystem der eingangs genannten Art aus der DE-OS 26 25 099 bekannt. Dort wird in einer Aufsättigungszone zur Erhöhung des Taupunktes der Verbrennungsgase ein Additiv eingespritzt oder eingedampft. Ziel dieser Maßnahme ist die Verbesserung der Wärmerückgewinnung im nachgeordneten Wärme­ tauscher. In einem solchen System, bei dem die Wärmerück­ gewinnung hauptsächlich durch Wärmeübergang aus den Verbren­ nungsgasen über die Wandungen des Wärmetauschers zu einer abführenden Wärmeträgerflüssigkeit erfolgt, ist zur Erzielung eines hohen Brennerwirkungsrades trotz der Taupunkterhöhung eine große Dimensionierung des Wärmetauschers erforderlich. Dies bedingt wiederum einen großen Inhalt des Wärmetauschers an betriebsmäßig auf vergleichsweise hoher Temperatur befindlicher Wärmeträgerflüssigkeit. Der Wärmeinhalt der letzteren geht bei den im üblichen Betrieb einer Heizungs­ anlage auftretenden Brennerstillstandszeiten zu einem beträchtlichen Teil durch Wärmerückleitung und Rückstrahlung im Kesselbereich verloren. Dieses System ist daher hinsicht­ lich des für die Güte des Heizsystems vor allem maßgebenden Kesselwirkungsgrades verbesserungsbedürftig.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Heiz­ systems, welches die Übertragung der von einer Heißgasquelle gelieferten Wärme auf eine Wärmeträgerflüssigkeit mit ver­ gleichsweise geringem apparativem Aufwand und mit hohem Wirkungsgrad ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist bestimmt durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Bei einem solchen System entsteht in der Aufsättigungszone zunächst ein Gemisch von relativ stark abgekühltem Heißgas, fein verteilter und aufgeheizter Primärwärmeträgerflüssigkeit und Dampf derselben. Der Wärmeinhalt des Heißgases ist also in diesem Stadium bereits zu einem großen Teil auf die Primärwärmeträgerflüssigkeit übergegangen. Im nachgeordneten Wärmetauscher wird nun durch Kondensation die Verdampfungs­ wärme der zuvor gebildeten Dampfkomponente und durch Wärmeübergang - neben dem größten Teil des restlichen Wärmeinhaltes der Gaskomponente - zu einem beträchtlichen Teil der Wärmeinhalt des Kondensats sowie derjenige des im Gasstrom mitgerissenen Teils der aufgeheizten Primärwärmeträger­ flüssigkeit abgegeben bzw. auf einen Sekundärwärmeträger übertragen, während der im Kondensat verbliebene Wärmeinhalt durch Sammeln des Rücklaufes ebenfalls genutzt werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Die einzige Figur zeigt ein Aufbau- und Funktionsschema des Heißgas-Flüssigkeits-Heizsystems.

Von einem Öl- oder Gasbrenner 1 wird ein Heißgasstrom 2 in einem Abzugskanal zu einer Wärmeübertragungseinrichtung 3 geführt. Mit dem Abzugskanal steht ein Kondensat- bzw. Wärmeträgersammler 8 mit zugeordneter Heizungsanlage 100 für die Wärmeübertragung zu einem Endverbraucher in Verbindung. Im Eingangsbereich der Wärmeübertragungs­ einrichtung 3 ist eine Aufsättigungszone 4 mit Zuführung einer Primärwärmeträgerflüssigkeit 5 gebildet, die in fein verteilter Form unmittelbar in Berührung mit dem Heiß­ gasstrom 2 tritt. Die feine Verteilung der Wärmeträger­ flüssigkeit erfolgt zweckmäßig durch Einsprühen mittels an sich üblicher Pumpen und Einspritzdüsen. Ferner sind zwei der Aufsättigungszone 4 nachgeordnete Kondensationsbereiche 6 und 6 a vorgesehen.

Es ergeben sich folgende Funktionsmerkmale:

Die in die Aufsättigungszone 4 eingesprühte Primär­ wärmeträgerflüssigkeit 5, beispielsweise Wasser, gelangt in Form eines aufsteigenden Dampfstromes 5 a, der mit dem durch die Verdampfung bereits abgekühlten Heißgasstrom 2 vermischt ist, in die nachgeordneten Kondensationsbereiche 6 und 6 a. Das hier gebildete Kondensat, welches auch die kondensierte Dampfkomponente des hier als Heißgas verwendeten Verbrennungsgases enthält, gelangt in Form eines Rücklaufes 5 b in den Kondensat- bzw. Wärmeträger-Sammler 8. Die hierin befindliche Flüssigkeit 9, welche die verschiedenen Rücklaufkomponenten enthält und demgemäß ein Gemisch aus kondensierten Dampfkomponenten und unmittelbar zurücklaufender Wärmeträgerflüssigkeit ist, gelangt über an sich übliche Entnahmevorrichtungen 11, 12, nämlich eine Reinigungsstation und eine Pumpe, zur nachgeordneten Heizungsanlage 100. Die Reinigungsstation bewirkt zusammen mit der Absetzwirkung innerhalb des Kondensat- bzw. Wärmeträger-Sammlers 8 die Fernhaltung korrosiver und aggressiver Komponenten von der Heizungsanlage 100. Die sich im Kondensat- bzw. Wärmeträger-Sammler 8 absetzenden Verun­ reinigungen in Form von Schlamm können über einen Bodenablaß 8 a abgezogen werden. Die Reinigungsstation kann insbesondere mit Filtereinrichtungen und Dichte-Abscheidevorrichtungen, die Schad­ stoffe von im Vergleich zur neutralen Grundflüssigkeit höherer Dichte durch Schwerkraftwirkung abtrennen, und gegebenenfalls auch mit Reaktionssystemen für den chemischen Abbau von Schadstoffen versehen werden.

Auf die Aufsättigungszone 4 mit Düsenanordnung 15 für das Ein­ sprühen der Primär-Wärmeträgerflüssigkeit 5 folgt die Wärmeübertragungs­ einrichtung 3 mit nacheinander angeordneten Kondensationsbereichen 6 und 6 a. Ersterer wird durch oberflächenvergrößernde Einbauten 13, beispielsweise in Gitter- oder Netzform oder in Form einer Schüttfüllung aus Körpern mit vergleichsweise großer Oberfläche wie Raschigringe oder dergleichen, in Verbindung mit einer Düsenan­ ordnung 17 für die Einführung der zusätzlichen Wärmeträgerflüssigkeit 7 gebildet. Diese Flüssigkeit wird im Heißgas- und Dampfstrom 2, 5 a fein verteilt und führt zur weitgehen­ den Kondensation der Dampfkomponente. Dadurch ergibt sich der be­ reits erwähnte Rücklauf. Die Kondensation wird insbesondere durch die intensive gegenseitige Durchmischung der zusätzlichen Wärmeträger-Flüssigkeit 7 und des aufsteigenden Dampfes 5 a im Bereich der Einbauten 13 begünstigt. Die restliche Dampfkomponente 5 a gelangt anschließend in den weiteren Kondensationsbereich 6 a, der durch einen an sich üblichen Wärmetauscher 14 mit Zuführung einer Sekundärwärmeträgerflüssigkeit 7 a, beispielsweise der gleichen Wärme­ trägerflüssigkeit wie in den Aufsättigungszonen 4 und 4 a und im ersten Kondensa­ tionsbereich 6 gebildet ist. Restliche Dampfkomponenten werden hier kondensiert, und das verbleibende Heißgas wird auf eine sehr nied­ rige Temperatur abgekühlt.

Es ist zu erwähnen, daß die Aufsättigungszone 4 und der erste Kondensationsbereich 6 räumlich nicht scharf voneinander getrennt sind. Tatsächlich kann eine räumliche Überlagerung beider Bereiche eintreten, und zwar in dem Maße, wie die eingesprühte Primärwärmeträgerflüssigkeit 5 mit dem aufsteigenden Heißgasstrom 2 bis zur Verdampfung mitge­ rissen wird und gegebenenfalls auch in den Kondensationsbereich 6 bzw. 6 a ge­ langt. Wesentlich ist nur, daß eine ausreichende Kondensation der Dampfkomponente erfolgt, damit keine nutzbare Wärme in Form der Verdampfungswärme abgeführt wird. Diesem Zweck dient insbesonder die gezeigte Aufeinanderfolge mehrerer Kondensationsbereiche. Diese Aufeinanderfolge ermöglicht auch die Anpassung der jeweiligen Wärme­ träger-Zuführtemperaturen an die Abkühlungsverhältnisse des Heiß­ gasstromes im Sinne einer wirksamen Gegenstrom-Wärmeübertragung.

Der an sich übliche Wärmetauscher 14 mit Trennung des Heißgases und Dampfes vom Wärmeträgerdurchsatz durch wärmeleitende Wände gibt die hier übertragene Rest­ wärme mittelbar an die nachgeordnete Heizungsanlage 100 ab. Hierzu ist der Wärmetauscher 14 mit dem Sekundärsystem eines weiteren Wärmetauschers 10 hintereinandergeschaltet, wobei letzterer primär­ seitig über die Entnahmevorrichtungen 11, 12 mit der Flüssigkeit 9 aus dem Kondensat- bzw. Wärmeträger-Sammler 8 beaufschlagt wird. Hiermit ergibt sich wiederum eine Hintereinanderschaltung der Wärmetauscher innerhalb des Wärme­ trägerkreislaufes 101 der Heizungsanlage 100 im Sinne von in Durch­ laufrichtung zunehmenden Zuführtemperaturen des Sekundär-Wärmeträ­ gerflüssigkeit 7 a. Die Vorlauftemperatur der Heizungsanlage ist also der relativ hohen Kondensattemperatur zugeordnet.

Als Primärwärmeträgerflüssigkeit 5 für die Aufsättigungszone 4 wird der Rücklauf aus dem Primärsystem des Wärmetauschers 10 verwendet. Es ergibt sich somit ein Kreislauf der Primärwärmeträgerflüssigkeit 5 über den aufsteigen­ den Dampfstrom 5 a, den Rücklauf 5 b und die Flüssigkeit 9 im Kondensat- bzw. Wärmeträger-Sammler 8 und zurück über die Entnahmevorrichtungen 11, 12 zum Primärsystem des Wärmetauschers 10.

Entsprechendes gilt für die zusätzliche Wärmeträgerflüssigkeit 7, die vom Primärsystem-Rücklauf des Wärmetauschers 10 abgezweigt wird.

Mit dem erläuterten System lassen sich praktisch konstante Kesselwirkungsgrade über den gesamten Auslastungsbereich erzielen. Sie liegen, bezogen auf den unteren Heizwert, bei ca. 95-100%.

Claims (6)

1. Heißgas-Flüssigkeits-Heizsystem mit einer Heißgas­ quelle, insbesondere einer Verbrennungseinrichtung, mindestens einer nachgeordneten Aufsättigungszone im Heißgasweg mit Einspeisung einer Sättigungsflüssigkeit und mindestens einem der Aufsättigungszone nachgeordneten Wärmetauscher, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufsätti­ gungszone (4, 4 a) als Kondensationszone mit direktem Wärmeübergang von Heißgas und aus einer zugeführten Primärwärmeträgerflüssigkeit (5) gebildetem Dampf auf die bezüglich der Dampfsättigung im Überschuß vorhandene Primärwärmeträgerflüssigkeit (5) ausgebildet ist.

2. Heißgas-Flüssigkeits-Heizsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufsättigungszone (4) wenigstens ein Kondensations- bzw. Wärmetauschbereich (6) mit Zufüh­ rung einer in unmittelbarer Berührung mit dem Heißgas und Dampfstrom (5 a) aus der Aufsättigungszone (4) tretenden Wärmeträgerflüssigkeit (7) nachgeordnet ist.

3. Heißgas-Flüssigkeits-Heizsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem nachgeordneten Wärmetausch- und Kondensationsbereich (6) oberflächenvergrößernde Einbauten (13) vorgesehen sind.

4. Heißgas-Flüssigkeits-Heizsystem nach einem der voran­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von aufeinanderfolgend im Heißgas- bzw. Dampf­ strom (2, 5 a) angeordneten Aufsättigungszonen (4, 4 a) mit in Gegenstromrichtung zum Heißgas- bzw. Dampfstrom (2, 5 a) zunehmender Wärmeträger-Zuführtemperatur vorgesehen ist.

5. Heißgas-Flüssigkeits-Heizsystem nach einem der voran­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Sammler (8) für Kondensat- und Wärmeträger­ flüssigkeit mit einer Entnahmevorrichtung (11, 12) für die Speisung einer nachgeordneten Heizungsanlage (100) vorge­ sehen ist und daß diese Heizungsanlage (100) einen über die Entnahmevorrichtung (11, 12) und eine Vorrichtung (17) für die Zufuhr von Wärmeträgerflüssigkeit zu der Aufsätti­ gungszone (4) sowie den Rücklauf von der Aufsättigungszone (4) zum Sammler (8) verlaufenden Wärmeträgerkreislauf aufweist.

6. Heißgas-Flüssigkeits-Heizsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der über die Aufsättigungszone (4) verlaufende Wärmeträgerkreislauf als Primärkreislauf für einen externen, der Heizungsanlage (100) zugeordneten, Wärmetauscher (10) ausgebildet ist und daß für diesen externen Wärmetauscher (10) ein Sekundär-Wärmeträger­ kreislauf vorgesehen ist, der über einen innerhalb des Heißgas- und Dampfstromes (2, 5 a) angeordneten Wärmetauscher (14) verläuft.