DE4206649A1 - Device for utilising waste heat from exhaust gas - consists of heat exchanger in by=pass connected to exhaust pipe and producing forced draught exhaust - Google Patents

Device for utilising waste heat from exhaust gas - consists of heat exchanger in by=pass connected to exhaust pipe and producing forced draught exhaust

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Abstract

The heat exchanger (5) is installed in a bypass (4) off the exhaust pipe (3) from which the fumes are drawn by a fan (6) which is integral with the exchanger. There is a central control (8) for the fan which is activated by data processing and associated programmes through sensors (P1-P8) at various points in the system. The sensors detect temperature, pressure, pressure difference, volume and moisture content. More than one heat exchanger may be used and at least one of them has a fresh air input for drying the exhaust fumes. At least one additional exchanger is provided to raise the temperature of the previously condensed fumes. ADVANTAGE - Adapts readily to changing operational conditions.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Nutzung der im Abgas eines Abgaserzeugers enthaltenen Abwärme, an dessen Ab­ gasaustritt eine beispielsweise in einen Kamin ausmündende Ab­ gasleitung angeschlossen ist, wobei mindestens ein Teil des in der Abgasleitung geführten Abgases durch wenigstens einen Wär­ metauscher geleitet wird.The invention relates to a device for using the Exhaust gas from an exhaust gas generator contained waste heat, at the waste gas escapes from an outlet, for example, into a chimney gas line is connected, with at least part of the in the exhaust gas guided exhaust gas by at least one heat Metauscher is headed.

Die in verbrennungstechnischen Anlagen zur Erzeugung von Wärme anfallenden Abgase werden über eine Abgasleitung in Kamine, Schornsteine oder dergleichen und von dort in die freie Atmosphäre abgeleitet. Die Abgase enthalten aufgrund ihrer jeweils noch gegebenen Temperatur nutzbare Wärmeenergie. Es ist bekannt, die Abgase durch Wärmetauscher zu leiten, die dem Abgas vor seiner Ableitung in den Kamin noch nutzbare Wärme entziehen.The in combustion plants for the production of Exhaust gases generated by heat are fed in via an exhaust pipe Chimneys, chimneys or the like and from there into the derived free atmosphere. The exhaust gases contain due to usable thermal energy at their given temperature. It is known to pass the exhaust gases through heat exchangers the exhaust gas before it is discharged into the chimney Extract heat.

Die vom Abgaserzeuger zum Kamin führende Abgasleitung ist so dimensioniert, daß die anfallende Abgasmenge problemlos abgeleitet werden kann. Insbesondere bei großtechnischen Kesselanlagen fallen erhebliche Abgasmengen an, so daß die Abgasleitungen entsprechende Querschnitte aufweisen. In die Abgasleitung eingeschaltete Wärmetauscher müssen deshalb in der Lage sein, die anfallenden Abgasmengen durchzuleiten. Dies bedingt entsprechende Dimensionierung und damit verbunden entsprechenden Bauaufwand für einen oder mehrere Wärmetau­ scher. Darüberhinaus müssen die Wärmetauscher auch so ausge­ legt werden, daß sie die im Abgas enthaltenen Wärmemengen auch verarbeiten können. Ist ein Wärmetauschar zu klein ausgelegt, kann es zu Überhitzungen und dadurch bewirkten Betriebsstörun­ gen kommen. Überhitzungen können jedoch auch dann auftreten, wenn der Wärmetauscher richtig ausgelegt ist, jedoch die im Sekundärkreis des Wärmetauschers gewinnbare Wärme nicht ab­ gerufen wird, wenn also der Wärmetauscher nicht arbeitet.The exhaust pipe leading from the exhaust gas generator to the chimney is dimensioned so that the amount of exhaust gas generated is no problem can be derived. Especially for large-scale  Boiler systems generate significant amounts of exhaust gas, so that the Exhaust pipes have corresponding cross sections. In the Exhaust pipe switched on heat exchanger must therefore in be able to pass through the resulting exhaust gas quantities. This requires corresponding dimensioning and associated with it corresponding construction effort for one or more heat rope shear. In addition, the heat exchangers must also be switched off be placed that they also the heat contained in the exhaust gas can process. If a heat exchanger is too small, it can cause overheating and consequent malfunctions come. However, overheating can also occur if the heat exchanger is correctly designed, but the im Secondary circuit of the heat exchanger does not generate heat is called when the heat exchanger is not working.

Die Wärmetauscher zur Nutzung der Abgaswärme sind deshalb stets so ausgelegt, daß sie bei einem mit Maximalleistung be­ triebenen Abgaserzeuger die dann anfallenden Wärmemengen und Abgasmengen verarbeiten können. Dies bedingt, daß die Wärme­ tauscher bei mittleren oder minimalen Leistungen der Abgas­ erzeuger überdimensioniert sind.The heat exchangers for using the exhaust gas heat are therefore always designed so that they be at a maximum power driven exhaust gas generators then the heat and Able to process exhaust gas quantities. This means that the heat exchanger with medium or minimum exhaust gas outputs producers are oversized.

Um dies zu vermeiden, ist bereits vorgeschlagen worden, Teilströme des Abgases durch dann geringer dimensionierte Wärmetauscher zu leiten. Dabei kann jedoch auch das Problem der Überhitzung auftreten, wenn aus den Wärmetauschern die gewinnbare Wärmeenergie nicht abgerufen wird. To avoid this, it has already been suggested Partial flows of the exhaust gas through then smaller dimensions To conduct heat exchangers. However, this can also be the problem of overheating occur when the from the heat exchangers recoverable thermal energy is not accessed.  

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Nutzung der im Abgas eines Abgaserzeugers enthaltenen Ab­ wärme zu schaffen, die in der Lage ist, sich wechselnden Be­ triebszuständen des Abgaserzeugers anzupassen.The invention has for its object a device to use the Ab contained in the exhaust gas of an exhaust gas generator to create heat that is able to be changing Adjust the drive states of the exhaust gas generator.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Wärmetauscher in einer von der Abgasleitung abgezweigten und wieder angeschlossenen Bypassleitung angeordnet ist und daß der Bypassleitung ein Mittel zur Erzeugung einer Abgaszwangs­ strömung durch den Wärmetauscher zugeordnet ist.This object is achieved in that the Heat exchanger in a branched off from the exhaust pipe reconnected bypass line is arranged and that the bypass line a means for generating an exhaust gas constraint flow through the heat exchanger is assigned.

Über einen oder mehrere Bypassleitungen können Teilströme von Abgas aus der Abgasleitung abgezweigt und durch einen oder auch mehrere in jeder Bypassleitung befindlichen Wärmetauscher geleitet werden. Dabei hat das Mittel zur Erzeugung einer Ab­ gaszwangsströmung durch den Wärmetauscher die vorteilhafte Wirkung, daß ein ausnutzbarer Teilstrom des Abgases nur dann durch den Wärmetauscher geleitet wird, wenn dem Wärmetauscher auch Nutzwärme aus seinem Sekundärkreis entnommen wird. Wärme­ stau und Überhitzung werden dann vermieden.Partial flows can be via one or more bypass lines branched from exhaust gas from the exhaust pipe and through one or also several heat exchangers in each bypass line be directed. The means for generating an Ab forced gas flow through the heat exchanger the advantageous Effect that an exploitable partial flow of the exhaust gas only then is passed through the heat exchanger when the heat exchanger useful heat is also withdrawn from its secondary circuit. Warmth This prevents jams and overheating.

Das Mittel zur Erzeugung einer Abgaszwangsströmung kann ein in den Wärmetauscher integriertes Gebläse sein. Das Ge­ bläse kann einen über die Bypassleitung abgezweigten Teilstrom des auszunutzenden Abgases durch den Wärmetauscher drücken oder saugen.The means for generating an exhaust gas forced flow can be a blower integrated in the heat exchanger. The Ge can blow a partial stream branched off via the bypass line press the exhaust gas to be used through the heat exchanger or suck.

Bei abgeschaltetem Gebläse, z. B. dann, wenn keine Nutzwär­ me aus dem Wärmetauscher abgerufen wird, strömt nahezu die Ge­ samtmenge des Abgases durch die Abgasleitung in den Kamin. With the fan off, e.g. B. if no useful heat me from the heat exchanger, the Ge almost flows total amount of exhaust gas through the exhaust pipe into the chimney.  

Selbst bei Betriebsstörungen der Wärmetauscher kann der Be­ trieb des Abgaserzeugers unverändert aufrechterhalten werden, ohne die Wärmetauscher zu beschädigen.Even if the heat exchanger malfunctions, the Be drive of the exhaust gas generator can be maintained unchanged, without damaging the heat exchangers.

Desweiteren zeichnet sich die erfindungsgemäße Einrichtung dadurch aus, daß eine mit Datenverarbeitung und entsprechendem Programm arbeitende Zentralsteuerung für das Gebläse vorgese­ hen ist. Dadurch ist es in besonders zweckmäßiger Weise mög­ lich, den Betrieb der Einrichtung zur Ausnutzung der Abwärme an wechselnde Betriebszustände, z. B. Leistungen des Abgas­ erzeugers und damit unterschiedliche Abgasmengen und Abgas­ temperaturen stufenlos anzupassen. Wird z. B. vom Wärmetauscher eine konstante Leistung verlangt, kann entsprechend bei­ spielsweise bei absinkender Abgastemperatur des Abgaserzeugers mehr Abgas über die Bypassleitung vom Gebläse zum Wärme­ tauscher gefördert werden, indem das Gebläse von der Zen­ tralsteuerung hochgeregelt wird und umgekehrt.Furthermore, the device according to the invention is distinguished characterized in that one with data processing and the like Program working central control for the fan vorese hen is. This makes it possible in a particularly expedient manner Lich, the operation of the facility to utilize the waste heat to changing operating conditions, e.g. B. Exhaust gas performance generator and thus different amounts of exhaust gas and exhaust gas infinitely adjustable temperatures. Is z. B. from the heat exchanger requires constant performance can accordingly for example when the exhaust gas temperature of the exhaust gas generator drops more exhaust gas via the bypass line from the fan to the heat Exchangers are promoted by the blower from the Zen control is raised and vice versa.

Um die Betriebsabläufe mit der Zentralsteuerung zu automa­ tisieren, können in den Abgaswegen, der Bypassleitung und in Leitungen auf der Sekundärseite des Wärmetauschers an die Zen­ tralsteuerung angeschlossene Sensoren vorgesehen sein. Die Sensoren melden entsprechende Parameter an die Zentralsteu­ erung, die diese Daten verarbeitet und je nach dem entspre­ chenden Programm den Betrieb der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Nutzung der Wärme im Abgas steuert und regelt. Es können z. B. unterschiedliche Sensoren für die Erfassung von Tempera­ turen, Druck, Differenzdrücken, Mengen, Feuchtegehalt und dergleichen vorgesehen sein.To automate the operations with the central control can in the exhaust gas paths, the bypass line and in Lines on the secondary side of the heat exchanger to the Zen tal control connected sensors may be provided. The Sensors report corresponding parameters to the central control which processes this data and, depending on the corresponding chenden program the operation of the device according to the invention controls the use of the heat in the exhaust gas. It can e.g. B. different sensors for the detection of tempera tures, pressure, differential pressures, quantities, moisture content and  the like may be provided.

Da bei einer Ausnutzung der Abwärme im Abgas Taupunkt­ temperaturen unterschritten werden, ist es möglich, wenigstens einen Wärmetauscher vorzusehen, der zur Trocknung von dem Abgas beimischbarer Frischluft und leichter Aufheizung des Gesamtabgases dient. Die getrocknete Frischluft und die Aufhei­ zung ist in der Lage, bei Unterschreitung der Taupunkttem­ peratur die relative Feuchte des kondensierten Abgases weit zu senken. Die Zentralsteuerung überwacht im Kamin und regelt und steuert Feuchtegehalt und Unterdruckverhältnisse der gesamten Abgasführung.Because when the waste heat in the exhaust gas is used, the dew point temperatures are fallen below, it is possible, at least to provide a heat exchanger for drying the Exhaustible fresh air and easy heating of the Total exhaust gas is used. The dried fresh air and the heat tongue is able to drop below the dew point temperature far increases the relative humidity of the condensed exhaust gas reduce. The central control monitors and regulates in the chimney controls the moisture content and vacuum conditions of the whole Exhaust gas routing.

Die erfindungsgemäße Einrichtung hat den Vorteil, daß sich damit auch bereits im Betrieb befindliche wärmetechnische Anlagen, die Abgas abgeben, jederzeit nachrüsten lassen. Jede wärmetechnische Anlage benötigt eine zwischen Abgasaustritt und Kamineintritt liegende Abgasleitung, an die die erfin­ dungsgemäße Bypassleitung mit Wärmetauschern problemlos anschließbar ist.The device according to the invention has the advantage that thus also thermal engineering already in operation Systems that emit exhaust gas can be retrofitted at any time. Each thermal system needs one between exhaust gas outlet and chimney inlet lying exhaust pipe to which the inventions bypass line with heat exchangers without any problems can be connected.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt. Die Zeichnung zeigt schematisch einen Abgaszerzeuger 1, von dem eine das Abgas in einen Kamin 2 führende Abgasleitung 3 abgeht. Eine Bypassleitung 4 ist von der Abgasleitung 3 abge­ zweigt und führt in einen Wärmetauscher 5, der mit einem inte­ grierten Gebläse 6, das als Mittel zur Erzeugung einer Abgas­ zwangsströmung im Bypass 4 dient, ausgerüstet ist. Die Bypass­ leitung 4 tritt an der Rückseite des Wärmetauschers 5 wieder aus und ist wieder an die Abgasleitung 3 angeschlossen. Im Se­ kundärkreis des Wärmetauschers 5 befindliche Vorlauf- und Rücklaufleitungen sind mit 6 und 7 bezeichnet.An embodiment is shown in the drawing. The drawing shows schematically an exhaust gas generator 1 , from which an exhaust pipe 3 leading the exhaust gas into a chimney 2 goes off. A bypass line 4 is branched off from the exhaust line 3 and leads into a heat exchanger 5 , which is equipped with an integrated fan 6 , which serves as a means for generating an exhaust gas forced flow in the bypass 4 . The bypass line 4 exits at the rear of the heat exchanger 5 and is reconnected to the exhaust line 3 . In the secondary circuit of the heat exchanger 5 located flow and return lines are designated 6 and 7 .

Eine Zentralsteuerung 8, die mit Datenverarbeitung und entsprechender Software ausgerüstet ist, steuert den Betrieb des Gebläses 6 im Wärmetauscher 5, und zwar in Abhängigkeit von Sensoren an den Meßpunkten P1 bis P8 in den Abgaswegen sowie in Vorlauf und Rücklauf 6 und 7 des Wärmetauschers 5. Die von den Sensoren zur Zentralsteuerung geführten Signallei­ tungen sind durch gepunktet gezeichnete Linien angedeutet.A central control 8 , which is equipped with data processing and corresponding software, controls the operation of the fan 6 in the heat exchanger 5 , specifically as a function of sensors at the measuring points P1 to P8 in the exhaust gas paths and in the flow and return 6 and 7 of the heat exchanger 5 . The signal lines led by the sensors for central control are indicated by dotted lines.

Claims (7)

1. Einrichtung zur Nutzung der im Abgas eines Abgaserzeu­ gers enthaltenen Abwärme, an dessen Abgasaustritt eine bei­ spielsweise in einen Kamin ausmündende Abgasleitung ange­ schlossen ist und bei der mindestens ein Teil des in der Abgasleitung geführten Abgases durch wenigstens einen Wärme­ tauscher geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (5) in einer von der Abgasleitung (3) abgezweigten und wieder angeschlossenen Bypassleitung (4) an­ geordnet ist und daß der Bypassleitung (4) ein Mittel zur Er­ zeugung einer Abgaszwangsströmung durch den Wärmetauscher (5) zugeordnet ist.1. Device for using the waste heat contained in the exhaust gas of an exhaust gas generator, at the exhaust gas outlet of which, for example, a flue gas outlet into a chimney is connected and in which at least part of the exhaust gas guided in the exhaust line is passed through at least one heat exchanger, characterized in that the heat exchanger (5) is arranged in a branched from the exhaust line (3) and re-connected bypass line (4) and that the bypass line (4) is a means for He generation of a gas forced flow through the heat exchanger (5) is assigned. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Erzeugung einer Abgaszwangsströmung ein in den Wärmetauscher (5) integriertes Gebläse (6) ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the means for generating a forced exhaust gas flow is a blower ( 6 ) integrated in the heat exchanger ( 5 ). 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit Datenverarbeitung und entsprechendem Programm ar­ beitende Zentralsteuerung (8) für das Gebläse (6) vorgesehen ist.3. Device according to claim 2, characterized in that a central control ( 8 ) with data processing and corresponding program ar is provided for the fan ( 6 ). 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an vorbestimmten Stellen der Abgaswege (2, 3), der Bypass­ leitung (4) und in Leitungen (6, 7) auf der Sekundärseite des Wärmetauschers (5) an die Zentralsteuerung (8) angeschlossene Sensoren (P1 bis P8) vorgesehen sind.4. Device according to claim 3, characterized in that at predetermined points of the exhaust gas paths ( 2 , 3 ), the bypass line ( 4 ) and in lines ( 6 , 7 ) on the secondary side of the heat exchanger ( 5 ) to the central control ( 8 ) connected sensors (P1 to P8) are provided. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß unterschiedliche Sensoren (P1 bis P8) für die Erfassung von Temperaturen, Druck, Differenzdruck, Mengen, Feuchtegehalt und dergleichen vorgesehen sind.5. Device according to claim 4, characterized in that different sensors (P1 to P8) for detection of temperatures, pressure, differential pressure, quantities, moisture content and the like are provided. 6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Wärmetauscher (5) zur Trocknung von dem Abgas beimischbarer Frischluft vorgesehen ist.6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the heat exchangers ( 5 ) is provided for drying fresh air admixable with the exhaust gas. 7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein zusätzlicher Wärme­ tauscher zur Temperaturerhöhung des bereits kondensierten Ab­ gases vorgesehen ist.7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one additional heat exchanger to increase the temperature of the already condensed Ab gases is provided.
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