DE4242233C2 - Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung für Feuerungsanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmerückgewin­ nung für mit fossilen Brennstoffen betriebene Feuerungsanla­ gen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Vorrichtungen dieser Gattung sind in zahlreichen Ausfüh­ rungen im Einsatz. Die Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung kann unmittelbar an den Brennraum der Feuerungsanlage an­ schließen, um zusätzlich zu der Kesselwand oder im wesentli­ chen anstatt der Kesselwand die Verbrennungswärme aufzuneh­ men. Ebenso ist es bekannt, solche Vorrichtungen zur Wärme­ rückgewinnung dem Kessel der Feuerungsanlage nachzuschalten, um den aus dem Kessel austretenden Rauchgasen weitere wärme zu entziehen. Insbesondere können solche Vorrichtungen zur Wärmerückgewinnung auch für den Brennwert-Betrieb der Feuerungsanlage eingesetzt werden, bei welchem die Rauchgase bis unter den Taupunkt abgekühlt werden, so daß zusätzlich durch Kondensation von in den Rauchgasen enthaltenen Flüs­ sigkeiten Kondensationswärme rückgewonnen wird.

Bei den bekannten Vorrichtungen dieser Gattung werden hoch­ wertige Werkstoffe verwendet, damit die Bauteile der Vor­ richtung eine ausreichende Beständigkeit gegen die in den Rauchgasen enthaltenen aggressiven sauren Substanzen aufwei­ sen. Insbesondere werden Bauteile aus Gußeisen, vorzugsweise aus emailliertem Gußeisen, aus Edelstahl, aus Graphit usw. verwendet. Diese Werkstoffe sind kostspielig und die Her­ stellung der Bauteile aus diesen Werkstoffen ist aufwendig.

Aus der DE-33 18 468 A1 ist eine Vorrichtung der eingangs ge­ nannten Gattung bekannt, bei welcher Wärmetauscher mit wasser­ durchflossenen Außenwandungen vorgesehen sind. Da die wasser­ durchflossenen Außenwandungen den Strömungsweg der heißen Rauch­ gase umschließen, können die Wärmetauscher in ein Gehäuse aus Kunststoff eingesetzt werden, welches durch die Außenwandungen der Wärmetauscher gegen die Rauchgase abgeschirmt wird. Die Rauchgase werden vertikal von oben durch die Wärmetauscher ge­ leitet, wobei im unteren Bereich eine Kondensation der in den Rauchgasen enthaltenen Flüssigkeiten eintritt. Die Teile der Vorrichtung in diesem unteren Bereich sind aus einem säurefesten Kunststoff hergestellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung zu schaffen, die im Hinblick auf die Materialkosten und die Herstellungskosten weniger aufwendig ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs ge­ nannten Gattung erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen angegeben.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, anstelle der herkömm­ lichen aufwendigen Werkstoffe eine kostengünstige Kunst­ stoff-Vergußmasse zu verwenden. Dabei liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß eine Vergußmasse aus einem Polyadditionskunststoff auf Polyurethan-Basis sich im Hin­ blick auf die Resistenz gegen die aggressiven Bestandteile der Rauchgase und im Hinblick auf die relativ hohe Tempera­ turbeständigkeit zur Herstellung wesentlicher Bauteile der Vorrichtung eignet. Eine solche Vergußmasse ist preisgünsti­ ger als die bisher verwendeten Werkstoffe. Die Herstellung der Bauteile ist wesentlich vereinfacht, da die Bauteile aus der Vergußmasse gegossen werden können und keine aufwendige Nachbearbeitung erforderlich ist.

Es wird eine Vergußmasse verwendet, wie sie in der Patentanmel­ dung gemäß der nachveröffentlichten DE 42 01 608 A1 beschrieben ist, die durch ein Reaktionsgemisch gebildet ist, das im wesent­ lichen enthält eine Polyolkomponente, bestehend aus
mindestens einem linearen oder schwach verzweigten Poly­ esterpolyol der OH-Zahl 40 bis 500 mg KOH/g,
0 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Polyester­ polyolkomponente, mindestens eines Polyetherpolyols der OH-Zahl 40 bis 500 mg KOH/g und
0 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Polyester­ polyolkomponente, mindestens eines niedermolekularen, mehr­ wertigen Alkohols einer über 500 mg KOH/g liegenden OH-Zahl, und
eine Polyisocyanatkomponente, bestehend aus einem bei Raumtemperatur flüssigen Polyisocyanatgesmisch der Diphenyl­ methanreihe mit einem NCO-Gehalt von 10 bis 33 Gew.-% in einer solchen menge, daß auf jede Hydroxylgruppe der Polyol­ komponente 3 bis 20 NCO-Gruppen der Polyisocyanatkomponente entfallen.

Diesem Reaktionsgemisch werden für das Vergießen Katalysato­ ren für die Trimerisierungsreaktion der Isocyanatgruppen beigegeben. Diese Katalysatoren werden vorzugsweise in einer Menge von 0,1 bis 10 Gew.-% bezogen auf die Polyolkomponente eingesetzt. Weiter können an sich bekannte Hilfs- und Zu­ satzmittel zugegeben werden, insbesondere Flammschutzmittel.

Die aus der Vergußmasse bestehenden Bauteile weisen eine ausgezeichnete Wärmestabilität bis zu Temperaturen von we­ nigstens 140°C auf. Es können somit solche Bauteile der Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus der Vergußmasse hergestellt werden, die nicht unmittelbar von den heißen Rauchgasen beaufschlagt werden. Dies sind insbesondere bei Vorrichtungen für den Brennwertbetrieb die Bauteile, die sich im Bereich der Kondensierung der Rauchgase befinden, also beispielsweise die in Strömungsrichtung der Rauchgase letzten Register des Wärmetauschers, an welchen die Rauchgase auf Temperaturen von 40-60° abgekühlt werden, und unter dem Wärmetauscher angeordnete Kondensat-Wannen.

Auch Bauteile des Wärmetauschers, die von den heißen Rauchgasen beaufschlagt werden, können erfindungsgemäß aus der Vergußmasse hergestellt werden. In diesem Falle handelt es sich um Bauteile, die von einem Kühlmedium durchströmt werden, welches die Wärme abführt und ein Erhitzen der Kunststoff-Vergußmasse auf Temperaturen verhindert, denen der Werkstoff nicht stand­ hält. Zusätzlich kann in solchen Fällen auch die Oberfläche des aus der Vergußmasse bestehenden Bauteils mit einer hitzedämmen­ den Schicht überzogen sein. So können beispielsweise die Wände des Wärmetauschers, in welche die Rohrregister eingesetzt sind aus der Kunststoff-Vergußmasse hergestellt werden. Die Verwen­ dung der Vergußmasse für diese Wände ist besonders vorteilhaft, da in diese Wände die Rohre des Rohrregisters des Wärmetauschers abgedichtet eingesetzt werden und da diese Wände Umlenkkammern für das durch den Wärmetauscher strömende Kühlmedium aufweisen. Die Wände sind somit verhältnismäßig kompliziert geformte Bauteile, so daß sich die Herstellung im Gießverfahren aus der erfindungsgemäßen Vergußmasse besonders vorteilhaft auswirkt. Darüber hinaus weist die Vergußmasse einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, so daß starke Temperaturgradienten, wie sie beim Bren­ nerstart auftreten, nicht zu schädlichen Verformungen der Wärmetauscherwand führen.

Die hohe Beständigkeit der Vergußmasse gegen aggressive Säuren, wie sie in den Rauchgasen enthalten sind, ist be­ sonders vorteilhaft bei der Verwendung der Vorrichtung im Brennwert-Betrieb. Hier können insbesondere die Bauteile aus der Vergußmasse hergestellt werden, die mit dem sauren Kondensat in Berührung kommen.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Feuerungsanlage mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine teilweise aufgebrochene Stirnansicht der Vorrichtung in Fig. 1 von rechts und

Fig. 3 eine Fig. 1 entsprechende vergrößerte An­ sicht der Vorrichtung.

In Fig. 1 ist die gesamte Feuerungsanlage dargestellt, die aus einem herkömmlichen Kessel 10 mit einem Brenner 12 sowie einer nachgeschalteten Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung besteht.

Die aus dem Kessel 10 austretenden Rauchgase werden über ein Rauchgas-Verbindungsrohr 14 zu einer Rauchgas-Sammelkammer 16 der auf den Kessel 10 gestellten Vorrichtung geführt.

Das Rauchgas-Verbindungsrohr 14 kann aus der Vergußmasse aus einem Polyadditionskunststoff auf Polyurethan-Basis herge­ stellt sein. Die mit den heißen Rauchgasen in Berührung kommende innere Oberfläche des Rauchgas-Verbindungsrohres 14 ist dabei mit einer hitzedämmenden Beschichtung überzogen. Die hohe Masse des gegossenen Rauchgas-Verbindungsrohres 14 verhindert ein Vibrieren und Dröhnen des Rauchgas-Verbin­ dungsrohres 14, wie dies bei herkömmlichen Blechrohren auftreten kann.

Das Rauchgas-Verbindungsrohr 14 ist in eine vertikale Stirn­ fläche der Rauchgas-Sammelkammer 16 eingesetzt. Die Rauch­ gas-Sammelkammer 16 weist an der der Einmündung des Rauch­ gas-Verbindungsrohres 14 gegenüberliegenden vertikalen Stirnfläche eine verschließbare Schauloch- und Reinigungs­ öffnung 18 auf. Die Rauchgas-Sammelkammer 16 kann aus dem Polyadditionskunststoff auf Polyurethan-Basis gegossen sein oder mit einer schallschluckenden Auskleidung dieser Verguß­ masse ausgebildet sein.

Die Rauchgas-Sammelkammer 16 sitzt auf einem Wärmetauscher 20 und mündet mit ihrer offenen Unterseite in diesen Wärme­ tauscher 20. Die über das Rauchgas-Verbindungsrohr 14 in die Rauchgas-Sammelkammer 16 geführten Rauchgase durchströmen somit den Wärmetauscher 20 vertikal von oben nach unten.

Der Wärmetauscher 20 ist in Modulbauweise aus einzelnen vertikal aufeinandergesetzten Wärmetauscherelementen 22 aufgebaut. In Fig. 1 sind zwei solcher Wärmetauscherelemen­ te 22 gezeigt, während die detailliertere Darstellung der Fig. 2 und 3 drei solcher übereinander angeordneter Wärmetauscherelemente 22 zeigt. Die Wärmetauscherelemente 22 bestehen aus einem Rahmen 24 mit vertikalen Wänden, in welche horizontale Rohrregister 26 eingesetzt sind. Die die Rohrregister 26 aufnehmenden wände der Rahmen 24 können aus der Vergußmasse aus dem Polyadditionskunststoff hergestellt sein. Dabei sind insbesondere die Wände der oberen Wärme­ tauscherelemente 22, die mit den noch heißen Rauchgasen beaufschlagt werden, an ihrer Innenoberfläche mit einer hitzedämmenden Beschichtung versehen. Die Rohre der Rohrre­ gister 26 können gegebenenfalls ebenfalls aus der Vergußmas­ se hergestellt sein, wobei auch hier insbesondere die Rohr­ register der oberen Wärmetauscherelemente 22 eine hitzedäm­ mende Beschichtung ihrer Außenoberfläche aufweisen. Die Wände der Rahmen 24, die die Umlenkkammern für das durch die Rohrregister 26 strömende Kühlmedium aufweisen, sowie die Rohrregister 26 werden durch das durchströmende Kühlmedium gekühlt, so daß die Vergußmasse aus dem Polyadditionskunst­ stoff nicht unzulässig erhitzt werden.

In der dargestellten Ausführung sind die drei Wärmetauscher­ elemente 22 des Wärmetauschers 20 über eine äußere Verroh­ rung 28 hintereinandergeschaltet. Dem untersten Wärmetau­ scherelement 22 wird über eine Zuführung 30 das kalte Rück­ laufwasser einer Heizungsanlage zugeführt. Dieses Wasser durchströmt den Wärmetauscher 20 von unten nach oben im Gegenstrom zu den von oben nach unten strömenden Rauchgasen und wird hierdurch zunehmend aufgeheizt, bis es an einem Austritt 32 des obersten Wärmetauscherelements 22 wieder als Vorlauf der Heizungsanlage zugeführt wird.

An der Unterseite des Wärmetauschers 20, an welcher die abgekühlten Rauchgase austreten, ist eine Kondensat-Wanne 34 angeordnet. Aus der Kondensat-Wanne 34 werden die abgekühl­ ten Rauchgase seitlich in ein Abgasrohr 36 des Kamins gelei­ tet. Wird die Vorrichtung im Brennwertbetrieb eingesetzt, so werden die Rauchgase in dem untersten Wärmetauscherelement 22 unter den Taupunkt abgekühlt, so daß an dem Rohrregister des untersten Wärmetauscherelements 22 die in den Rauchgas­ sen enthaltenen Schadstoffe kondensieren und die Kondensa­ tionswärme an das Kühlmedium abgeben. Das sich in dem unter­ sten Wärmetauscherelement 22 niederschlagende Kondensat tropft in die Kondensat-Wanne 34 und kann über einen Konden­ sat-Ablauf 38 in eine nicht dargestellte Kondensat-Aufberei­ tungseinrichtung zur Entsorgung abgeführt werden.

Die Kondensat-Wanne 34, das Abgasrohr 36 und gegebenenfalls die Kondensat-Aufbereitungseinrichtung können aus der Ver­ gußmasse aus dem Polyadditionskunststoff hergestellt sein. Bei der Kondensat-Wanne 34 und der Kondensat-Aufbereitungs­ einrichtung ergibt sich der Vorteil, daß die Vergußmasse resistent gegen die aggressiven Säuren des Kondensates ist. Bei dem Abgasrohr 36 hat die Herstellung aus der Vergußmasse ebenfalls den Vorteil, daß das gegossene Abgasrohr 36 we­ sentlich weniger zum Vibrieren und Dröhnen neigt als her­ kömmliche Blech- oder Kunststoffabgasrohre.

Es ist offensichtlich, daß nicht sämtliche genannten Bautei­ le aus der Vergußmasse aus dem Polyadditionskunststoff auf Polyurethan-Basis hergestellt sein müssen. Die Vorteile der Erfindung werden selbstverständlich auch dann bereits wirk­ sam, wenn nur einige dieser Bauteile aus der Vergußmasse hergestellt sind.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung, die einem herkömmlichen Kessel 10 nachgeschaltet ist, um die Wärme der Feuerungsanlage besser zu verwerten. Eine solche nachgeschaltete Vorrichtung ermög­ licht das Nachrüsten eines herkömmlichen Kessels. Selbstver­ ständlich kann die Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung auch in den Kessel integriert sein, wobei der Wärmetauscher 20 unmittelbar unter die Brennkammer des Kessels gesetzt wird, so daß die heißen Rauchgase aus der Brennkammer direkt von oben in den Wärmetauscher strömen.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung für mit fossilen Brennstoffen betriebene Feuerungsanlagen, mit zu­ mindest einem im Strömungsweg der Rauchgase ange­ ordneten Wärmetauscher, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einzelne Bauteile des Wärmetauschers (20), die von den Rauchgasen beaufschlagt werden, und/oder ein von der Feuerungsanlage (10) zu dem Wärmetauscher (20) führendes Rauchgas-Verbindungs­ rohr (14) aus einer Vergußmasse bestehen, daß die Bauteile des Wärmetauschers (20), zumindest soweit sie von den heißen Rauchgasen beaufschlagt werden, von einem Kühlmedium durchströmt sind und daß die Vergußmasse ein Polyadditionskunststoff auf Poly­ urethan-Basis ist, der durch ein Reaktions-Gemisch gebildet ist, das im wesentlichen enthält eine Po­ lyolkomponente, bestehend aus
mindestens einem linearen oder schwach verzweigten Polyesterpolyol der OH-Zahl 40 bis 500 mg KOH/g,
0 bis 50 Gew.-% bezogen auf das Gewicht der Polyesterpolyolkomponente, mindestens eines Polyetherpolyols der OH-Zahl 40 bis 500 mg KOH/g und
0 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Polyesterpolyolkomponente, mindestens eines niedermolekularen, mehrwertigen Alkohols einer über 500 mg KOH/g liegenden OH-Zahl, und
eine Polyisocyanatkomponente, bestehend aus einem bei Raumtemperatur flüssigen Polyisocya­ natgemisch der Diphenylmethanreihe mit einem NCO-Gehalt von 10 bis 33 Gew.-% in einer sol­ chen Menge, daß auf jede Hydroxylgruppe der Polyolkomponente 3 bis 20 NCO-Gruppen der Po­ lyisocyanatkomponente entfallen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Bauteile des Wärmetauschers (20), die von heißen Rauchgasen beaufschlagt werden, an ihrer von den heißen Rauchgasen beaufschlagten Oberfläche mit einer hitzedämmenden Schicht überzogen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Wärmetauscher (20) mindestens ein Rohrregister (26) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Rohre des Rohrregisters (26) zumindest teilweise, insbesondere in dem stromabseitigen Be­ reich aus dem Polyadditionskunststoff bestehen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Rohre tragenden Wände (24) des Rohrregisters (26) mit den Umlenkkammern für das Kühlmedium aus dem Polyadditionskunststoff bestehen.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wär­ metauscher (20) vertikal von oben nach unten von den Rauchgasen durchströmt wird und daß eine unter dem Wärmetauscher (20) angeordnete Kondensat-Wanne (34) aus dem Polyadditions­ kunststoff besteht.