DE3142407A1 - Waermerueckgewinnungsanlage fuer heisswasser- und dampfkessel mit gasfeuerung - Google Patents
Waermerueckgewinnungsanlage fuer heisswasser- und dampfkessel mit gasfeuerungInfo
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Description
7053 Kernen-Rommelshausen
Wärmerückgewinnungsanlage für Heißwasser- und Dampfkessel mit Gasfeuerung
Bei Kesselanlagen ist es bekannt, einen Teil der Abgaswärme
der Rauchgase dadurch zurückzugewinnen, daß ein Speisewasservorwärmer
(Economiser) in den Rauchgasstrom hinter dem Kessel eingeschaltet wird. Dadurch wird ein Teil der Wärme der Rauchgase
auf das Kesselspeisewasser übertragen und dabei die Temperatur
der Rauchgase erniedrigt. Die Rauchgase werden dabei nur teilweise abgekühlt, weil die in ihnen enthaltene Wärmemenge
um ein mehrfaches größer als die Wärmeaufnahmefähigkeit
des Speisewassers ist„ Dadurch geht noch ein beträchtlicher
Teil der Abgaswärme ungenutzt in den Kamin.
Beim Speisewasservorwärmer im offenen System muß das Speisewasser entgast werden. Das erfolgt im allgemeinen durch einen
Kaskaden-Entgaser. Darin rieselt das Speisewasser über Kaskaden abwärts und wird dabei von aufwärts strömendem Dampf entgast.
Für diese Entgasung wird en weder Frischdampf oder zumindest Abdampf verwendet. Die Temperatur beträgt dabei etwa 108° C,
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damit eine Entgasung überhaupt zustande kommt. Dadurch wiederum kann die Wärme der Rauchgase nur in dem Temperaturbereich
über 120 C auf das Speisewasser übertragen werden, weil für die Übertragung selbst noch ein gewisses Temperaturgefälle
erforderlich ist. Das schränkt die Wärmerückgewinnung
auf einen verhältnismäGig kleinen Temperaturbereich ein, die
Rauchgase gehen mit einer noch erheblichen Restwärmemenge in den Kamin. Einem solchen Speisewasservorwärmer könnte man zwar
noch einen Luftvorwärmer nachschalten. Das hätte aber bei der
für Heißwasser und Dampfkessel häufig angewandten Bauart als liegender Dreizugkessel zur Folge, daß der Luftvorwärmer am
kaminseitigen Ende des Kessels angeordnet wäre, und die erwärmte Verbrennungsluft über eine nicht unbeträchtliche Entfernung
bis zum Brenner am anderen Ende des Kessels geleitet werden müßte. Dafür wären Luftleitungen von beträchtlichen Abmessungen
erforderlich. Ähnliches gilt für den Fall, daß die Rauchgase des Kessels von Anfang an einem Luftvorwärmer zugeführt
werden. Hier tritt zusätzlich der Nachteil auf, daß der Temperaturbereich der Rauchgase über 120 bis 160 C nicht ausgenutzt
werden könnte, weil die Temperaturerhöhung der Verbrennungsluft
wegen des nachgeschalteten Brenners auf Werte bis 100 C (in Einzelfällen bis 150 C) beschränkt werden muß. Bei
einem Kessel mit einem Kesseldruck von 10 bar läßt sich auf diese Weise nur etwa 1/3 der Rauchgaswärme zurückgewinnen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmerückgewinnungsanlage
für Heißwasser und Dampfkessel zu schaffen, die bei geringst möglichem Raumbedarf eine erhöhte Ausnutzung des Heizwertes
des eingesetzten Brennstoffes ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Wärmerückgewinnungsanlage mit den im Anspruch 1 angegeben Merkmalen gelöst. Durch den Luftvorwär-
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wärmer, der vom Kesselwasser gespeist wird, wird die Verbrennungsluft
auf eine Temperatur vorgewärmt, die einerseits für die Verbrennung sehr günstig ist und andererseits den Brenner
und andere Teile der Feuerung vor Schaden bewahrt. Durch den Luftvorwärmer wird der durch ihn hindurchlaufende Wasserstrom
praktisch auf Außenlufttemperatur abgekühlt» Bei dem anschließenden
Durchlauf dieses Wassers durch den Zwangsdurchlauferhitzer,
der von den Rauchgasen des Kessels durchströmt wird, werden einerseits das Wasser auf etwas über Siedetemperatur
aufgeheizt und andererseits die Rauchgase nahezu auf Einlauftemperatur des Wassers, d. h. nahezu auf die Temperatur der
Umgebungsluft, abgekühlt« Den Rauchgasen wird auf diese Weise
die gesamte Wärmeenergie entzogens so daß praktisch der ganze
Brennwert des eingesetzten Brennstoffes ausgenutzt wird. Der Gesamtwirkungsgrad des Kessels kann damit gegenüber herkömmlichen
Anlagen - je nach Größe und Betriebsdruck des Kessels um einige Prozentwerte gesteigert werden. Dadurch, daß der Mengenstrom
des vom Kessel abgezweigten und durch den Luftvorwärmer geleiteten Wassers in Abhängigkeit von der Temperatur
der erwärmten Verbrennungsluft gesteuert wird, wird die Verbrennungsluft
immer auf eine gleichbleibend günstige Temperatur vorgewärmt,
so daß die Verbrennung in der Brennkammer unter allen
Lastbedingungen stets gleichbleibend gut ist. Dadurch wird aber
auch der Mengenstrom des vom Kessel abgezweigten Wassers, und damit die darin enthaltene Wärmemenge, genau an den Wärmebedarf
der Luftvorwärmung angepaßt. Schließlich ergibt das einen Mengenstrom
an Kühlwasser im Zwangsdurchlauferhitzer, der verhältnisgleich
dem Mengenstrom der Verbrennungsluft und damit auch verhältnisgleich dem Mengenstrom der Rauchgase ist. Dieser
Kreislauf ergibt also ein sehr stabiles Regelverhalten. Die Anordnung des Temperaturfühlers in der Leitung der erwärmten Verbrennungsluft
und die Steuerung des Mengenstroms des Warm-
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wassers unmittelbar vor dem Luftvorwärmer, ergibt eine sehr
kurze Regelstrecke mit einer sehr kurzen Ansprechzeit, oder
umgekehrt einer sehr kurzen Totzeit. Dadurch paßt sich das gesamte System sehr schnell einer veränderten Belastung des
Kessels an, so daß selbst bei häufigem Lastwechsel die gesamte
Kesselanlage mit nahezu gleichbleibend gutem Wirkungsgrad betrieben
werden kann.
Die Wärmerückgewinnungsanlage hat mittelbar noch einen weiteren Vorteil. Durch die starke Abkühlung der Rauchgase auf nahezu
Umgebungstemperatur wird der größte Teil des in den Rauchgasen
in Dampfform enthaltenen Wassers kondensiert, das als Verbrennungsprodukt wasserstoffhaltiger Brenngase entsteht. Dieses
Kondensat nimmt auch einen Teil des ebenfalls als Verbrennungsprodukt entstehenden Kohlendioxyds auf. Das schwach saure
Kondensat kann dazu verwendet werden, um alkalische Wässer zu neutralisieren. Das kommt besonders bei der Getränkeindustrie
in Betracht, weil dort häufig alkalische Abwässer anfallen. Diese müssen sonst auf andere Weise mit nicht unbeträchtlichem
Energie- und Kostenaufwand auf einen zulässigen pH-Wert gebracht
werden.
Bei einer Ausgestaltung der Wärmerückgewinnungsanlage nach Anspruch 2, wird Antriebsenergie für die Umwälzpumpe immer dann
eingespart, wenn infolge einer Lastabnahme des Kessels die erwärmte Verbrennungsluft und die Wasserumwälzung zumindest
vorübergehend nicht benötigt werden. Dadurch wird zugleich die Pumpe und ihr Motor geschont.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert, das teils
schematisch und teils als Blockschaltbild wiedergegeben ist.
Diese Wärmerückgewinnungsanlage arbeitet mit einem Dampfkessel 1 zusammen» In der gleichen Weise ist das aber auch mit
einem Heißwasserkessel und mit einem Wasserrohrkessel möglich.
Der Dampfkessel 1 weist einen Wasserteil 2 und einen Dampfteil
3 auf. Er hat einen Speisewasserzulauf 4, der an nicht
dargestellte übliche Speisewasseraufbereitungseinrichtungen angeschlossen ist. Er hat außerdem eine Dampfleitung 5, durch
die der Dampf zu den Verbrauchsstellen geleitet wird, wo er
entweder verbraucht oder nach Abgabe seiner Wärme teilweise oder vollständig wieder zum Kessel zurückgeführt wird. Der
Dampfkessel 1 weist einen Flammenraum 6 und ein Rauchrohrbündel 7 auf. Der Kessel 1 ist nur zur Vereinfachung der Zeichnung
als Einzugkessel dargestellt. In Wirklichkeit werden derartige Kessel meist als Dreizugkessel ausgebildet. An dem dem
Rauchrohrbündel 7 gegenüberliegenden Ende des Flammenraums 6 ist ein Gasbrenner 8 angedeutet, dessen Zubehörteile wie Brenngaszuführung
und Steuerungsteile in einem Gehäuse 9 untergebracht
sind. An das Rauchrohrbündel 7 schließt eine Rauchgasleitung 11 an, in die ein Zwangsdurchlauferhitzer 12 eingefügt
ist. An den Zwangsdurchlauferhitzer 12 schließt eine Auslaßkammer
13 an, die einen Auslaßstutzen 14 hat, der zum Schutz
gegen eindringendes Regenwasser waagerecht ausgerichtet ist. Am unteren Ende der Auslaßkammer 13 ist an der tiefsten Stelle
ein Kondensatablauf 15 angeordnet. Durch ihn wird das Kondensat
abgeleitet, das sich in der Auslaßkammer niederschlägt. Dieses Kondensat wird entweder mit anderen Abwässern abgeleitet oder
es wird wegen seines Kohlensäuregehaltes zur Neutralisierung von alkalischen Abwässern verwendet.
Dem Gasbrenner 8 ist ein Uerbrennungsluft-Gebläse 16 vorgeschaltet,
das von einem Elektromotor angetrieben wird. In der zum Brenner 8 führenden Uerbrennungsluftleitung 17 ist
ein Steuerorgan 18 angeordnet, das von einer entweder im Gehäuse 9 oder anderswo untergebrachten Regeleinrichtung betätigt
wird, um den Mengenstrom der Uerbrennungsluft nach dem
Bedarf des Brenners 8 in Abhängigkeit von der Belastung des Kessels 1 zu regeln.
In die Uerbrennungsluftleitung 17 ist ein Luftvorwärmer 19 eingeschaltet=
Dieser ist als Gas-Flüssigkeits-Wärmetauscher ausgebildet. Der Luftvorwärmer 19 wird mit Kesselwasser betrieben.
Daher ist sein Wasserzulauf 21 über eine Uerbin dungsleitung 22
mit dem Wasserteil 2 des Dampfkessels 1 verbunden. In der Uerbindungsleitung 22 ist ein Steuerorgan 23 eingeschaltet, mit
dem der Fiengenstrom des hindurchfließenden Wassers beeinflußt
werden kann. Dieses Steuerorgan 23 wird durch ein Stellglied betätigt, das als elektrischer,hydraulischer oder pneumatischer
Stellmotor üblicher Bauart ausgebildet ist. Das Stellglied 24 erhält seine Stellsignale von einem Regler 25. Dieser Regler
v/eist einen Temperaturfühler 26 auf, der in der Uerbrennungsluftleitung
17 in der Nähe des Brenners 8 angeordnet ist. In der Uerbindungsleitung 22 für das Heizwasser des Luftvorwärmers 19
ist außerdem eine Umwälzpumpe 27 eingeschaltet. Sie wird durch den Regler 25 nach Bedarf ein- und ausgeschaltet.
Der Wasserablauf 28 des Luftvorwärmers 19 ist an den Wasserzulauf
29 des Zwangsdurchlauferhitzers 12 angeschlossen. Dessen Wasserablauf 31 wird über eine Rückl ,.ijf leitung 32 zum Kessel 1
zurückgeführt, wo sie im Dampfteil 3 mündet.
Beim Betrieb des Dampfkessels 1 wird die Verbrennungsluft für
den Brenner 8 vom Gebläse 16 aus der Umgebungsluft angesaugt
und durch den Luftvorwärmer 19 zum Brenner 8 hingeleitet»
Die Wärmeenergie zur Aufheizung der Verbrennungsluft wird dem
Kesselwasser entnommen, von dem ein Teil als Umlaufwasser abgezogen
und durch den Luftvorwärmer 19 hindurchgeleitet wird.
Dieses Umlaufwasser wird im Luftvorwärmer 19 bis nahezu auf
die Temperatur der angesaugten Verbrennungsluft, d„ h, bis
nahezu auf Umgebungstemperatur abgekühlt» Im Zwangsdurchlauferhitzer 12 wird dieses Umlaufwasser wieder erwärmt bis etwas
über den Siedepunkt, der vom Betriebsdruck des Dampfkessels 1 abhängt. Dabei werden die durch den Zwangsdurchlauferhitzer
hindurchgeleiteten Rauchgase des Dampferzeugers 1 bis nahezu
auf die Wassereintrittstemperatur, das ist nahezu die Umgebungstemperatur,
abgekühlt» Das im Zwangsdurchlauferhitzer 12 erwärmte Umlaufwasser wird mit dem darin enthaltenen Dampfanteil
über die Rücklaufleitung 32 wieder dem Dampfkessel 1 zugeführt.
Durch diese Anordnung der Teile und ihrer Wirkungsweise kann der Luftvorwärmer 19 ganz in der Nähe des Brenners 8 angeordnet
werden, so daß die Verbrennungsluftleitung mit ihrer verhältnismäßig
großen lichten Weite sehr kurz gehalten werden kann. Umgekehrt kann der Zwangsdurchlauferhitzer 12 so nahe wie
möglich am Rauchgasaustritt des Dampfkessels angeordnet werden und danach die abgekühlten Rauchgase auf dem den sonstigen
Umständen nach kürzest möglichen Weg ins Freie abgelassen werden, Durch diese Anordnung und Betriebsweise der einzelnen Teile
können auch die Verbindungsleitung 22 und die Rücklaufleitung 32, in denen das Umlaufwasser eine höhere Temperatur
hat und die deshalb isoliert werden müssen, sehr kurz gehalten werden» Für die Verbindung vom Luftvorwärmer 19 zum Zwangsdurchlauferhitzer 12 wird lediglich eine Kaltwasserleitung be-
- Sr--
nötigt. Deren Durchlaßquerschnitt ist erheblich geringer, als
er bei einer Leitung für erwärmte Verbrennungsluft erforderlich sein würde. Diese müßte außerdem gegen Wärmeverluste isoliert
werden» Der Verlauf der Kaltumsserleitung läßt sich außerdem
sehr viel leichter an örtliche Erfordernisse anpassen, als das
mit einer großvolumigen Luftleitung möglich wäre.
Die bisherigen Ausführungen und die Ansprüche gehen von einer Gasfeuerung aus, «/eil dabei die wenigsten Schwierigkeiten bei
der Kondensation des Wasserdampfanteils der Rauchgase im Zwangsdurchlauferhitzer und in der Auslaßkammer zu erwarten sind. Die
Erfindung ist aber ebenso anwendbar auf Heißwasser- und Dampfkessel, die mit flüssigen und/oder festen Brennstoffen befeuert
werden, falls ihre Rauchgase keine Kondensationsprodukte liefern, die für die nachgeschalteten Anlageteile korrosiv
wirken oder falls diese nachgeschalteten Anlageteile in wirtschaftlich vertretbarer Weise aus entsprechend korrosivbeständigen
Werkstoffen hergestellt werden können.
Falls der Betriebsdruck des Kessels so niedrig ist, daß sein Kesseiuasser nicht die für den Luftvorwärmer erwünschte Temperatur
hat, kann dieses Kesselwasser zuvor durch einen Überhitzer geleitet werden, der innerhalb oder außerhalb des Kessels
in den Rauchgasstrom eingeschaltet ist. Anstelle des Kesselyassers
im engeren Sinne des Wortes kann dem Luftvorwärmer auch das dem Kessel noch nicht zugeführte Speisewasser zugeführt
werden, wenn es entweder bereits bei der Entgasung oder durch einen nachgeschalteten Überhitzer die erforderliche Eintrittstemperatur für den Luftvorwärmer erreicht hat. In der gleichen
Weise kann anstelle des Kesselu/assers auch Kondensat verwendet
werden, das bei einem geschlossenen System ohnehin zum Kessel zurückgeführt wird oder das bei einem offenen System sonstwie
anfällt und seiner Beschaffenheit nach für die Luftvorwärmung
geeignet ist oder, beispielsweise durch Überhitzung, dafür geeignet gemacht werden kann.
Claims (2)
- 7053 Kernen-RommelshausenWärmerückgewinnungsanlage für Heißwasser- und Dampfkessel mit GasfeuerungAnsprücheWärmerückgewinnungsanlage für Heißwasser- und Dampfkessel mit Gasfeuerung,dadurch gekennzeichnet, daß ein Luftvorwärmer (19) für die Verbrennungsluft vorhanden ist, der als Gas-Flüssigkeits-Wärmetauscher ausgebildet ist> daß der Wasserzulauf (21) des Luftvorwärmers an den Wasserteil (2) des Kessels (1) angeschlossen ist, daß in die Verbindungsleitung (22) zwischen dem Kessel (1) und dem Luftvorwärmer (19) ein den Mengenstrom des Durchflußwassers beeinflussendes Steuerorgan (23) eingeschaltet ist, welches durch ein Stellglied (24) betätigbar ist, das seine Stellsignale von einem Regler (25) erhält, der einen Temperaturfühler (26) in der Verbrennungsluftleitung (17) zwischen dem Luftvorwärmer (19) und dem Brenner (8) des Kessels (1) aufweist, daß der Wasserablauf (28) des Luftvorwärmers (19) an den Zulauf (29) eines Zwangsdurchlauferhitzers (12) angeschlossen ist, der zumindest von einem Teil der Rauchgase des Kessels (1) durch-strömt wird, daß der Ablauf (31) des Zwangsdurchlauferhitzers (12) zum Kessel (1) zurückgeführt ist und daß in der Verbindungsleitung (22) zwischen dem Kessel (1) und dem Luftvorwärmer (19) eine Umwälzpumpe (27) eingeschaltet ist.
- 2. Wärmerückgewinnungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzpumpe (27) in der Verbindungsleitung (22) zwischen dem Kessel (1) und dem Luftvorwärmer (19) durch den Regler (25) ein- und ausschaltbar ist.
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Date | Code | Title | Description |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |