DE3220554A1

DE3220554A1 - Vorrichtung zur ausnutzung eines teils des waermeinhaltes der aus dem kessel durch den kamin austretenden abgase

Info

Publication number: DE3220554A1
Application number: DE19823220554
Authority: DE
Inventors: László Dipl.-Ing. Dr. 1125 Budapest Helyes
Original assignee: KOENNYUEIPARI SZERELOE ES EPIT
Current assignee: KOENNYUEIPARI SZERELOE ES EPIT
Priority date: 1982-06-01
Filing date: 1982-06-01
Publication date: 1983-12-15
Also published as: FR2528154A1; DE3220554C2; FR2528154B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung

zur Ausnutzung eines Teiles des Wa'rmeinhaltes der aus dem Kessel durch den Kamin austretenden Abgase, welche Vorrichtung mindestens einen Kessel enthält und in Strömungsrichtung der Abgase mindentens eine konvektive Wärmeübertragungsfläche aufweist, die der ständigen Heizfläche des Kessels nachgeordnet ist.

Die Erhöhung des Wirkungsgrades der mit Kohle, Gas oder öl arbeitenden Heizvorrichtungen kann ausser der Vervollständigung des Verbrennens durch die Verringerung des Wärmeinhaltes der in die Aussenluft austretenden Abgase erreicht werden.

Ui <s i echrtlschen Sichel heitgvor sehr if i en für Gas und Ölindustrie bstimmen die minimale Temperatur auf den Anschlusspunkt der Abgase vor dem Austritt bei Haushalt und Kommunale Wärmeerzeugenden Vorrichtungen. Bei industriellen und für Kraftwerke anwendbaren Wärmeerzeugenden Vorrichtungen - zum Beispiel bei Kesselngibt es kein behördlich bestimmter Wert für die minimale Temperatur der aus der Vorrichtung austretenden Abgase. Deshalb werden bei der wärmetechnischen Dimensionierung der Kessel beim Temperaturrechnen des aus dem Kessel austretenden Gases solche durchschnittliche Umstände in Betracht gezogen, bei welchen die Abgase bis zum Austrittspunkt von dem Kamin auch unter ungünstigen Ansiedelungsverhältnissen bei den ungünstigsten äusseren Luftverhältnissen im Winter nicht unter den Taupunkt abkühlen. 4uf diese Weise treten aber im grössten Teil des Dahres die Abgase aus dem Kamin mit einer Temperatur die unbegründet viel höher ist als der Taupunkt und nehmen eine grosse Wärmemenge unbenutzt mit sich, d.h. sie verringern den Wirkungsgrad des Kessels.

Änlich ist die Situation bei einzeln projektierten Kesseln, denn auch bei diesen soll die

Temperatur der die Heizflächen des Kessels verlassenden Abgase derart bestimmt werden, dass die Temperatur der Abgase beim Austritt von dem Kamin auch bei den ungünstigsten Winterverhältnissen über den Taupunkt liegen soll.

Falls das Abgas unter den Taupunkt abkühlt, muss auch für den Korrosionsschutz Sorge getragen werden.

In der Praxis muss man mit Wassertaupunkt und Säuretaupunkt kalkulieren. Die beiden sind auch bei dem selben Kessel nicht konstant, da sie von dem Brennstoff, dem Druck, dem Feuchtigkeitsinhalt und von der Luftüberschlusszahl abhängig sind. Als all diesem folgt, dass diese Effekte, sowie die Ansiedelungsverhältnisse und die Aussenteraperatur bei der Dimensionierung des Kessels auf den schlechtesten Fall superponiert in Betracht gezogen sein müssen, und deshalb ist die Temperatur der aus dem Kessel austretenden Abgase immer wesentlich höher als die Temperatur; die im grössten Teil des Betriebes entsprechend wäre, damit die Taupunkttemperatur vermieden wird.

Das bedeutet, dass fall die bei der

Dimensionierung in Betracht gezogenenVferhä'ltnisse nicht gleichzeitig vorhanden sind - und in dem grössten Teil des Betriebes ist das der Fall - dann werden die Abgase auf einer unbegründeten hohen Temperatur in den Kamin geleitet. In diesem Fall entweichen die Abgase durch den Austrittsquerschnitt des Kamins in die Luft mit einer Temperatur die höher ist als die Taupunkttemperatur. Es ist oft der Fall, dass Kessel von demselben Typ und mit derselben Wärmeübertragungsfläche zum Verbrennen von schwefel freiem Erdgas und von Heizöl hohen Schwefelinhaltes angewendet werden.

Im Falle einer Heizung mit schwefel freiem Erdgas muss der Wassertaupunkt vermieden werden, was auf atmosphärischem Druck zwischen 50-70°C fällt. Bei Ölheizung mit Schwefelinhalt muss der Säuretaupunkt vermieden werden.

was bei einem Schwefelinhalt von 0,5 % ungefähr 110 C ist .

Es ist zu erkennen, dass zwischen den zwei Taupunkttemperaturen eine wesentliche Abweichung besteht und bei einer alternativen Heizung wird auch bei Erdgasheizung höhere Schwefelsäure-Taupunkt die Temperatur der aus dem Kessel austretenden Abgase bestimmen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin eine Vorrichtung zustande zu bringen zur Ausnutzung eines T_eiles des Rückstandwärmeinhaltes der aus dem Kessel austretenden Abgase, bei welcher die in den Kamin geführten Abgase in jeder Periode des Betriebes und beim Verbrennen beliebiger Brennstoffe auf einer entsprechenden Temperatur aus dem Kamin austreten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass in die Leitung des in die Wärmeübertragungsflache zu leitenden Kühlmittels eine, mit einem Regler betätigbare Zweiwegvorrichtung eingebaut ist, und an den Eingang des Reglers der Ausgang des in dem Austrittsquerschnitt des Kamins eingebauten Temperaturfühlers und der Ausgang des in der Leitung der aus dem

Kessel austretenden Abgase angeordneten Taupunkttemperatur messenden Instrumentes angeschlossen sind, und der ein vorzeichenrichtiges Befehlssignal ausgebende Ausgang des Reglers an das Ausführ-Organ der Zweiwegvorrichtung angeschlossen ist, wobei das Befehlssignal mit dem Unterschied der Eingangssignale proportionell ist.

Mit dieser Lösung kann erreicht werden, dass die aus dem Kessel austretenden Abgase sich nur bis eine Temperatur abkühlen bei welcher die Temperatur der aus dem Kamin austretenden Abgase noch höher ist als die momentane Taupunkttemperatur, d,h. in dem Kamin nie eine Kondensation oder eine schädliche Korrosion auftritt. Anderseits kann der Wärmeinhalt der Abgase

mit der erfindungsgemässen Vorrichtung bis eine durch die Konstruktionen erlaubte Temperatur ausgenützt werden und es kann vermieden werden; dass beim Verbauch des Brennstoffes auch dann die ungünstigsten Umstände als Basis genommen sein sollen wenn diese nicht vorhanden sind. Auf diese Weise „kann ein wesentliches Brennstoffersparnis erreicht werden und auch der Wirkungsgrad des Kessels verbessert sich.

Vorteilhaft kann das die T_aupunkttemperatur messende Instrument periodisch betätigt werden. Diese Lösung ist deshalb vorteilhaft, weil sich die Taupunkttemperatur der aus dem Kessel austretenden Abgase bei einem gegebenen Kessel nicht oft ändert und so mit einer periodischen, eventuel mit Hand durchgeführten Einstellung die Vorrichtung billiger und einfacher wird.

Nach einer weiteren Ausführungsform der

Erfindung sind-bei Anwendung von mehreren Kesseln - diese auf der Abgas^seite parallel gekoppelt und bei Anwendung von mehreren konvektiven Wä'rraeübertragungsflachen diese sowohl auf der Abgasseite als auch auf der Kühlmittelseite parallel gekoppelt.

Mit der erfindungsgemässen Vorrichtung besteht die Möglichkeit auch zur Anwendung von mehreren Kesseln oder mehreren IVärmeübertragunsflächen.

Nach einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung mehrere Kessel auf, die auf der Abgas seite parallel gekoppelt sind und jedem Kessel ist eine konvektive Wä'rmeübertragungsf lache zugeordnet, welche einen separaten, selbständigen Kühlkreislauf aufweist und in diesem eine Zweiwegvorrichtung eingebaut ist.

Auf diese Weise besteht die Möglichkeit, dass die Vorrichtung auch mit Kühlmitteln verschidener

Art betrieben werden können.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 die Prinzipschema einer ersten Ausführung, bei welcher eine Zweiwegvorrichtung als Sammler eingebaut ist,

Fig. 2 eine Ausführungsforro bei der die Zweiwegvorrichtung als Verteiler eingebaut ist,

Fig. 3 die Prinzipschema einer Ausführung, bei welcher das Kühlmittel aus der Zweiwegvorrichtung nicht in den Kessel, sondern zu einem äusseren Verbraucher gelangt,

Fig. 4 die in Fig. 3 dargestellte Ausführung, falls die Zweiwegvorrichtung als Sammler ausgebildet ist,

Fig. 5 eine Ausführungsform, wo mehrere

Kessel angewendet werden und diese auf der Abgasseite parallel gekoppelt sind,

Fig. 6 eine zur Fig. 2 ähnliche Ausführung mit mehreren Kesseln,

Fig. 7 eine zur Fig. 3 ähnliche Ausführung mit mehreren Kesseln,

Fig. 8 eine zur Fig. 4 ähnliche Ausführung mit mehreren Kesseln,

Fig. 9 eine Ausführung mit einem Kessel und mehreren Wä'rmeübert ragungsf lachen, die parallel geschaltet sind,

Fig. 10 eine Ausführung mit mehreren Kesseln

und mehreren Wärmeübertragungsflachen, wobei die Kessel auf der Abgasseite und die Wä'rmeübert ragungsf lachen sowohl auf der Abgasseite als auch auf der Kühlmittelseite parallel geschal-

tet sind,

Fig. 11 eine Vorrichtung mit mehreren Kesseln und Wärmeübertragungsflachen, wobei die Kessel parallel geschaltet sind, die Wärmeübertragungsflächen dagegen einen eigenen Kühlkreislauf aufweisen. Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung ist in Richtung der Abgase gesehen der ständigen Heizflache des Kessels 4 eine konvektive Warmeübertragungsflache 5 nachgeschaltet. Die aus dem Kessel 4 austretenden Abgase gelangen durch die Leitung 11 in den Kamin In die Leitung 11 ist eine Absperrvorrichtung 7 eingebaut, von deren offenen oder geschlossenen Stellung abhängig ist, ob die Abgase unmittelbar in den Kamin 6 gelangen oder durch die konvektiven Wärmeübertragungsflache 5 durchströmen. Durch diese Wärmeübertragungsfläche 5 strömt auch Kühlmittel durch, in dessen Leitung 1 eine Zweiwegvorrichtung 2 eingebaut ist. Das Kühlmittel strömt zum Teil unmittelbar, zum Teil durch die konvektive Wanneübertragungsfläche 5 in den Kessel 4 hinein.

In dem Austrittsquerschnitt des Kamins 6

ist ein Temperaturfühler 9 angeordnet. In der Abgasleitung 11 der Abgase ist ein Taupuni^temperatur messendes Instrument 8 angeordnet. Die Ausgänge des Tempreaturfühlers und des Instrumentes sind an den Eingang eines Reglers 3 angeschlossen, dessen Ausgang wieder an das Ausführorgan 12 der Zweiwegvorrichtung 2 angeschlossen ist.

Die erfindungsgemasse Vorrichtung arbeitet wie folgt:

Der Kessel 4 wird derart in Betrieb gesetzt, dass die Absperrvorrichtung 7 vollkommen geöffnet wird, d.h. die ganze Abgasmenge wird durch die Leitung 11 unmittelbar in den Kamin 6 geleitet. Wenn der Kessel 4 und der Kamin 6 die Betriebstemperatur erreichen, werden das die Taupunkttemperatur messende Instrument 8

und der Temperaturfühler 9 eingeschaltet. Danach werden der Regler 3 und die Zweiwegvorrichtung 2 in Betrieb gesetzt .

Die Absperrvorrichtung 7 wird periodisch gesperrt, wobei inzwischen das Strömen des Kühlmittels durch die Leitung 1 gesichert wird. Der Taupunkt des aus dem Kessel 4 durch die Leitung IL aust retenden Abgases wird durch das Instrument 8 gemessen und das Instrument schickt ein mit dem gemessenen Wert proportionales Signal in den Regler 3. Der in dem Austrittsquerschnitt des Kamins 6 angebrachte Temperaturfühler 9 messt die effektive Temperatur des in die Luft austretenden Abgases und sein Ausgangeignal wird in den Regler 3 weitergeleitet. Der Regler 3 vergleicht die beiden Temperaturwerte und gibt abhängig von dem Vorzeichen des Unterschiedes ein Befehlsignal dem Ausführorgan 12 der Zweiwegvorrichtung 2. Demzufolge überlasst die Zweiwegvorrichtung 2 durch die konvektive Wärmeübertragungsfläche 5 in solcher Menge das Kühlmittel, dass sich die Abgase bis zu einer Temperatur abkühlen, bei welcher die von dem Temperaturfühler 9 gemessene Abgastemperatur noch grosser ist, als die von dem T_aupunkttemperatur messenden instrument 8 gemessene momentane Taupunkttemperatur.

Falls der Kamin 6 mit einem Korrosionsschutz versehen wurde, d.h. die Temperatur der in die Aussenluft austretenden Abgase um einer bestimmten Temperaturdifferenz geringer sein kann, als die Taupunkttemperatur, dann verringert der Regler 3 mit dieser Temperaturdifferenz die Taupunkttemperatur und dieser verringerter Wert wird mit der von dem Temperaturfühler 9 gemessenen Temperatur verglichen.

Falls die konvektive Wärmeübertragungs-

flä'che 5 genügend gross ist, dann kann mit der erfindungsgemässen Vorrichtung erreicht werden, dass die Abgase aus

- li -

dem Kamin 6 - unabhängig von allen die Taupunktteraperatur der Abgase beeinflussenden Faktoren auf Taupunkttemperatur bzw. bei einem Kamin mit Korrosionschutz unter Taupunkttemperatur, auf einer gegebenen Temperatur austreten.

Als Kühlmittel kann Flüssigkeit z.B. Kesselspeisewasser oder auf einer anderen Stelle zur Anwendung kommende, aufzuwärmendes Wasser, oder Luft z.B. die Verbrennungsluft des Kessels oder auf einer anderen Stelle zur Anwendung kommende, aufzuwärmende Luft angewendet werden.

Die Funktion des die Taupunkttemperatur messenden Instrumentes kann kontinuierlich oder periodisch sein. Bei periodischem Betrieb bleibt immer das Resultat der früheren Messung in dem Regler 3 bis zum Ankommen des nächsten Messeergebnisses. Das neue Messeergebnis löscht das frühere Resultat.

Die in Fig. 2 dargestellte Ausführung

weicht von der in Fig. 1 dargestellten Ausführung derart ab, dass die Zweiwegvorrichtung 2 als Verteiler und nicht als Sammler angeordnet ist.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführung gelangt das Kühlmittel durch die konvektive Wä'rmeübertragungsflache und durch die Zweiwegvorrichtung 2 nicht in den Kessel 4, sondern durch die Leitung 10 zu einem ausseren Wärmeverbraucher,

Fig. 4 weicht von Fig.3 derart ab, dass die Zweiwegvorrichtung 2 nicht als Verteiler sondern als Sammler angeordnet ist.

Fig. 5 ist Prinzip mit Fig. 1 identisch,

doch sind die Kessel auf der Abgasseite parallel geschaltet. Mit der selben Abweichung ist Fig. 6 mit Fig. 2, Fig. 7 mit Fig. 3 und Fig. 8 mit Fig. 4 identisch.

Fig. 9 weicht von Fig. 1 derart ab, dass

Ji Stück konvektive Wärraeübertragungsflachen 5 miteinander parallel geschaltet sind.

Mit derselben Abweichung ist Fig. IO mit Fig. 2 identisch.

Die in Fig. 11 dargestellte Ausführung weicht von der Schaltung von Fig. 2 derart ab, dass in Stück Kessel 4 und ri Stück konvektive Wärmeübertragungsflächen 5 und Kühlmittel von i^ Sorten angewendet werden. Die Kessel sind auf der Abgasseite parallel geschaltet, wobei die konvektiven Wärmeübertragungsflächen selbständige Kühlkreislaufe aufweisen.

Leerseite

Claims

PATENTANWÄLTE

TISCHER ■ KERN & BREHM

TiSCHER · KERN & BREHM
Albert-Rosshaupter-Strasse 65 · D 8000 München 70

Representatives before the European Patent Office Zugelassene Vertreter beim Europäischen Patentamt

Ihr Zeichen
Your Ref.

H. TISCHER Dipl.-Ing. W. KERN Dipl.-Ing. H. P. BREHM Dipl.-Chem., Dr. phil. nat.

Albert-Rosshaupfer-Strasse D 8000 München 70

Telefon (089) 7605520 Telex 05-212284 pats d Telegramme Kernpatent München Unser Zeichen Datum Our Ref. Date Könny-6992 1. Juni 1982

Könnyüipari Szerelö es Epitö Vällalat
Jäszberenyi ut 24-36
H-I106 Budapest

"Vorrichtung zur Ausnutzung eines Teils des Wärmeinhaltes der aus dem Kessel durch den Kamin austretenden Abgase."

Patentansprüche .

.(j> Vorrichtung zur Ausnutzung eines Teils des Wärmeinhaltes der aus dem Kessel durch den Kamin aus-

tretenden Abgase« welche Vorrichtung mindestens einen Kessel enthält und in Stömungsrichtung der Abgase mindestens cino konvektive Wärmeübertragungsfläche aufweist, die der Heizfläche des Kessels nachgeordnet ist, dadurch gekennzeichnet β das3 in die Leitung (1) des in die wärmeübertragungsfläche (5) zu leitenden Kühlmittels eine mit einem Regler (3) betätigbare Zweiwegvorrichtung (2) eingebaut ist und an den Eingang des Reglers der Ausgang des in dem Austrittsquerschnitt dos Kamins (6) eingebauten Temperaturfühlers (9) und der Ausgang des in der Leitung (11) der aus dem Kessel austretenden Abgase angeordneten Taupunkttemperatur messenden Instrumentes (8) angeschlossen sind, und der ein vorzeichenrichtiges Befehlsignal ausgebendo Ausgang des Reglers an das Ausführorgan (12) der Zweiwegvorrichtung (2) angeschlossen ist, wobei das Befehlsignal mit dem Unterschied der Eingangssignale proporzionell ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass das Taupunkttemperatur messende Instrument (Θ) periodisch betätigbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass bei Anwendung von mehreren Kesseln (4) die Kessel (4) auf der Abgas _wseite parallel geschaltet sind. (Figuren 5-8 und 10, 11)
4. Vorrichtung nach einer der Ansprüche

1-3, dadurch gekennzeichnet , dass bei Anwendung von mehreren Wä'rmeübert ragungsf lachen (5) diese sowie

auf
auf der Abgasseite, als auch der Kühlmittelseite parallel geschaltet sind.

5· Vorrichtung nach einer der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet , dass sie mehrere

Kessel (4) aufweist, welche auf der Abgasseite parallel geschaltet sind und jedem Kessel (4) eine konvektive Warmeübertragungsflache zugeordnet ist, welche einen selbständigen Kühlkreislauf aufweist und in diesem eine Zweiwegvorrichtung (2) eingebaut ist.