DE4308522A1

DE4308522A1 - Lufterhitzungsanlage zur indirekten Erwärmung von Luft für Trocknungsanlagen

Info

Publication number: DE4308522A1
Application number: DE19934308522
Authority: DE
Inventors: Willi Frei
Original assignee: FLUCORREX AG FLAWIL
Current assignee: FLUCORREX AG FLAWIL
Priority date: 1993-03-17
Filing date: 1993-03-17
Publication date: 1994-09-22

Description

Die Erfindung betrifft einen befeuerten Lufterhitzer zur indirekten Beheizung von Luft für Trocknungsanlagen, zum Beispiel für Braumalz, Milchpulver, Kaffee und anderen Lebensmitteln, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Aufgabe solcher befeuerten Lufterhitzer besteht darin, die für die Trocknung des Produktes erforderliche Luft auf eine technologisch vorgegebene Temperatur zu erwärmen. Die einfachste und energetisch zugleich optimalste Lösung dieser Aufgabe besteht darin, mittels einer Vorrichtung die Luft direkt mit der Brennerflamme zu erhitzen. Dieses Verfahren ist aber für die Trocknung von Lebensmitteln nicht zulässig, weil die im Rauchgas enthaltenen Schadstoffe über die Luft auf das zu trocknende Gut übertragen werden können. Die Erwärmung muß daher indirekt erfolgen, indem die heißen Rauchgase durch Heizflächen von der zu erwärmenden Luft stofflich getrennt werden.

Der Aufbau eines derart gestalteten Gerätes ist in der DE-C-33 02 611 beschrieben. Es besteht im wesentlichen aus einer Brenneranlage, einem Feuerungsraum und nachgeschalteten Heizflächen. Im Feuerungsraum wird mit der Brenneranlage Heißgas generiert, wobei bereits ein Teil der Wärmeenergie durch Strahlung der Feuerungsraumwandung an die Luft übertragen wird. Ein weiterer Teil der Wärmeenergie im Rauchgas wird über die nachgeschalteten Heizflächen an die Luft abgegeben. Allerdings ist bei der gezeigten Stromführung mit dem aus der erwärmten Luft nach der Heizfläche ein hoher Abgasverlust unvermeidbar, weil die Temperatur der austretenden Rauchgase zwangsweise höher liegt als die Temperatur der austretenden Luft.

Die Energieausnutzung der Rauchgase kann verbessert werden, wenn eine Luftführung, wie in der DE-C-30 39 065 offenbart, gewählt wird und als letztes Glied im Rauchgasstrom ein Nachwärmetauscher vorgesehen ist. Durch die Aufteilung des eintretenden kalten Luftstroms in einen Hauptstrom und einen Nebenstrom wird erreicht, daß der Nachwärmetauscher mit kalter Luft angeströmt wird. Dadurch ist es möglich, - die Rauchgase soweit abzukühlen, daß die Temperatur unterhalb der Mischtemperatur von Haupt- und Nebenstromluft liegt. Bei der bekannten Vorrichtung kommt die zu erwärmende Luft mit der Wandung des Feuerungsraumes in direkten Kontakt. Da die Flamme im Feuerungsraum eine Temperatur über 1000°C aufweist, sind Wandtemperaturen von über 700°C nicht ausgeschlossen. Die mit der zu erhitzenden Luft in Berührung kommenden Oberflächen müssen jedoch Temperaturen von weniger als 700° aufweisen, wenn eine Kontamination der Luft durch Stickoxide wirksam verhindert werden soll.

In der DE-A-30 29 561 wird eine Anlage beschrieben, bei der die Wandung des Feuerungsraumes durch ein flüssiges oder dampfförmiges Medium gekühlt wird. Das dadurch erhitzte Medium wird einem Wärmetauscher zugeführt, der mit vorgewärmter Luft beaufschlagt wird. Des weiteren werden die heißen Rauchgase einem stromauf der Brennkammer angeordneten Rauchgaswärmetauscher zugeführt und die dabei abgekühlten Rauchgase in einen weiteren Rauchgaswärmetauscher, der stromab der Brennkammer liegt, eingeleitet.

Bei den eingangs erwähnten Einsatzgebieten für solche befeuerten Lufterhitzer sind die Betriebskosten der Trocknungsanlage von großer Bedeutung. Neben der Optimierung des feuerungstechnischen Wirkungsgrades werden auch Anstrengungen unternommen, die Betriebskosten für den elektrischen Antrieb von Förderungsanlagen, z. B. Ventilatoren, Brenneranlagen, Pumpen, Förderbänder etc. zu reduzieren.

Bei Trocknungsanlagen in den eingangs erwähnten Einsatzgebieten kann davon ausgegangen werden, daß gleichzeitig Energie für die Lufterwärmung und Energie für den Antrieb der Förderanlagen benötigt wird. Die hohen Kosten für den Betrieb der Förderanlagen können erheblich reduziert werden, wenn anstelle von elektrischen Motoren Verbrennungsmotoren eingesetzt werden, und dabei die Abwärme der Verbrennungsmaschine zur Erwärmung der Trocknungsluft genutzt wird. Eine derart konzipierte Heißlufterzeugungsanlage ist in der DE-A-29 40 494 beschrieben. Allerdings beschränkt sich dieser Vorschlag nur auf den Ventilatorantrieb, weil Antriebe für die übrigen Förderanlagen nur schwierig im Luftstrom anzuordnen wären. Im vorliegenden Einsatzgebiet ist es daher sinnvoller, mit einem Verbrennungsmotor und angekoppeltem Stromgenerator elektrische Energie für sämtliche Antriebe zu erzeugen und die Abwärme des Verbrennungsmotors über ein Zwischenmedium, vorzugsweise Wasser, an den Luftstrom zu übertragen.

Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, in einem einzigen Gerät eine optimale Energieausnutzung des Primärbrennstoffes zur Erwärmung der Luft auf eine technologisch vorgegebene Temperatur zu erreichen und dabei die Wandtemperaturen der mit der Trocknungsluft in Berührung kommenden Oberflächen unter einer bestimmten Temperatur zu halten, damit Kontamination der zu erwärmenden Luft durch Stickoxide wirksam verhindert wird.

Dieses technische Problem wird durch eine Anlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Danach wird vorteilhafterweise ein Zwischenmedium eines im Feuerungsraum der Brenneranlage integrierten Wärmetauschers in diesem erwärmt, dann in einem weiteren Wärmetauscher abgekühlt und schließlich das abgekühlte Zwischenmedium wieder in den integrierten Wärmetauscher zurückgeführt.

Zur Ausnutzung der Abwärme aus einer Eigenstromerzeugung, z. B. eines Blockheizkraftwerks, ist es weiter vorteilhaft, das Zwischenmedium in dem Blockheizkraftwerk vorzuwärmen, dann in den im Brennerraum integrierten Wärmetauscher einzuleiten, dort weiter zu erhitzen und dann in einem weiteren Wärmetauscher wieder abzukühlen und das abgekühlte Zwischenmedium wieder zur erneuten Erwärmung dem Blockheizkraftwerk zuzuführen.

Hierzu ist im Kreislauf des Zwischenmediums vorzugsweise eine Flüssigkeit, eine Pumpe angeordnet, die das Zwischenmedium im Kreislauf befördert.

Um den Kreislauf des Zwischenmediums mit oder ohne Nutzung der Abwärme des Stromerzeugers zu betreiben, sind vorteilhafterweise Ventile stromauf und stromab des Stromerzeugers im Kreislauf eingebaut. Des weiteren ist vor diesen Ventilen eine mit einem weiteren Ventil versehene Leitung für das Zwischenmedium eingesetzt, um den Kreislauf des Zwischenmediums ohne Nutzung der Abwärme des Stromerzeugers zu betreiben.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anlage unter Bezugnahme auf die einzige Zeichnung, die schematisch eine erfindungsgemäße Anlage zeigt, erläutert.

Die Anlage besteht aus einem Gehäuse 1 und einer Trennvorrichtung 2, durch die die zu erwärmende Trocknungsluft in zwei Teilströme 3, 4 aufgeteilt wird. Im Teilstrom 3 sind eine Brenneranlage 5 und ein Feuerungsraum 6 mit integriertem Wärmetauscher 7 untergebracht. Der Feuerungsraum 6 ist über einen Kanal 8 mit einem Rauchgas-Wärmetauscher 9 verbunden. Der Rauchgas-Wärmetauscher 9 liegt stromauf des Feuerungsraums 6 im ersten Teilstrom 3. Ein zweiter Wärmetauscher 12 ist im zweiten Teilstrom 4 angeordnet und über eine Rohrleitung 11 mit dem im Feuerungsraum 6 integrierten Wärmetauscher 7 verbunden. Über die Rohrleitungen 13, 16 und 14 ist der zweite Wärmetauscher mit dem Eingang des im Feuerungsraum 6 integrierten Wärmetauschers 7 verbunden. Des weiteren sind Rohrleitungen 13 und 14 mit jeweils darin angeordneten Ventilen 15 vorgesehen, die den Anschluß eines Abwärme erzeugenden Stromerzeugers an den Kreislauf des Zwischenmediums ermöglichen.

Der Brenner 5 erhitzt im Feuerungsraum 7 die Luft und das Zwischenmedium des im Feuerungsraum integrierten Wärmetauschers 7. Mittels des Wärmetauschers 7 werden die Rauchgase aus der Brenneranlage 5 auf unter 700°, vorzugsweise unter 650°C, abgekühlt. Diese vorgekühlten Rauchgase strömen über den Kanal 8 zum Rauchgas-Wärmetauscher 9, der wie der Feuerungsraum 6 im Teilstrom 3 angeordnet ist. Im Rauchgas-Wärmetauscher 9 wird die noch kalte einströmende Luft erwärmt und die Rauchgase soweit abgekühlt, daß die Temperatur vorzugsweise 30°K über der Eintrittstemperatur der Trocknungsluft liegt.

Die im Wärmetauscher 7 dem Rauchgas entzogene Wärmeenergie wird auf ein Zwischenmedium, vorzugsweise Wasser, übertragen, das mittels einer Förderpumpe 10 und dem Vorlaufrohrleitungssystem 11 dem Wärmetauscher 12 zugeführt wird. Dieser Wärmetauscher 12 ist im Teilstrom 4 angeordnet und kühlt das Zwischenmedium soweit ab, daß die Temperatur vorzugsweise 30°K über der Eintrittstemperatur der Trocknungsluft liegt. Das abgekühlte Zwischenmedium strömt anschließend in der Rohrleitung 13 zur Abwärmenutzung, z. B. einem Blockheizkraftwerk oder andere Abwärme produzierende Anlagen, von wo es dann vorgewärmt über die Rücklaufrohrleitung 14 zurück zum Wärmetauscher 7 im Feuerungsraum 6 strömt. Wenn keine Abwärme zur Verfügung steht, können die Ventile 15 geschlossen und ein Ventil 16 geöffnet werden, wodurch das Zwischenmedium über die Bypaßleitung 16 direkt in die Rücklaufrohrleitung 14 strömt.

Die gewünschte Temperatur der Trocknungsluft wird dadurch eingestellt, daß die dem Brenner 5 zugeführte Brennstoffmenge geregelt wird.

Mit der erfindungsgemäßen Anlage wird erreicht, daß die Trocknungsluft ohne Kontamination durch die vom Brenner 5 erzeugten Rauchgase auf die gewünschte Temperatur erwärmt wird. Es wird ebenfalls eine Kontamination durch Stickoxide verhindert, weil durch die Integration des Wärmetauschers 7 die Oberfläche des Feuerungsraumes 6 und des Kanalstücks 8 unter 700° liegen.

Durch die Aufteilung des Trocknungsluftstroms in die Teilströme 3 und 4 wird der Rauchgas-Wärmetauscher 9 mit kalter Trocknungsluft beaufschlagt. Dadurch werden die Rauchgase intensiv ausgekühlt, z. B. auf 50°C, und die im Rauchgas enthaltende Restwärme wird optimal genutzt. Die im Rauchgas-Wärmetauscher 9 erwärmte Luft des Teilstroms 3 wird durch die Strahlungswärme des Feuerungsraums 6 weiter erwärmt. Der zweite kalte Teilstrom der Trocknungsluft wird am zweiten Wärmetauscher erwärmt und vermischt sich weiter stromab mit dem ersten Teilstrom 3 in einem Mischungskanal 17.

Die Aufteilung des Trocknungsluftstromes ermöglicht, daß kalte Trocknungsluft auch zum Wärmetauscher 12 strömt, wodurch eine intensive Auskühlung des Zwischenmediums, z. B. auf 50°C, ermöglicht wird. Damit kann auch die Niedertemperaturabwärme unter 100°, wie sie bei Blockheizkraftwerken anfällt, vom Zwischenmedium aufgenommen und im Lufterhitzer vollumfänglich verwertet werden.

Claims

1. Lufterhitzungsanlage zur indirekten Erwärmung von Luft für Trocknungsanlagen mit

- einer Trennvorrichtung (2), die die zu erwärmende Trocknungsluft in zwei Teilströme (3, 4) aufteilt;
- einer einen Feuerungsraum (6) umfassenden Brenneranlage (5), die im ersten Teilstrom (3) der zu erwärmenden Luft liegt,
- einem durch die Rauchgase der Brenneranlage (5) betriebenen Rauchgas-Wärmetauscher (9), der im ersten Teilstrom (3) der zu erwärmenden Luft liegt,
- einem zweiten Wärmetauscher (12), der im zweiten Teilstrom (4) der zu erwärmenden Luft liegt, und
- einem Mischungskanal (17), in dem die erwärmte Luft des ersten und des zweiten Teilstroms (3, 4) zusammengeführt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

- im Feuerungsraum (6) der Brenneranlage (5) ein dritter Wärmetauscher (7) integriert ist, der mit einem Zwischenmedium, vorzugsweise Wasser, betrieben wird und die Rauchgase vorkühlt,
- der Rauchgas-Wärmetauscher (9) mit noch nicht erwärmter Luft beaufschlagt wird,
- der zweite Wärmetauscher (12), der im zweiten Teilstrom (14) der zu erwärmenden Luft liegt, mit dem Zwischenmedium des im Feuerungsraum (6) der Brenneranlage (5) integrierten dritten Wärmetauschers (7) betrieben wird, und
- der zweite Wärmetauscher (12) mit noch nicht erwärmter Luft beaufschlagt wird.

2. Lufterhitzungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenmedium des im Feuerungsraum (6) der Brenneranlage (5) integrierten dritten Wärmetauschers (7) dort erhitzt wird und dann im zweiten Wärmetauscher (12) abgekühlt wird und das abgekühlte Zwischenmedium wieder in den integrierten dritten Wärmetauscher (7) zurückgeführt wird.

3. Lufterhitzungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenmedium des im Feuerungsraum (6) der Brenneranlage (5) integrierten Wärmetauschers (7) in einem den integrierten Wärmetauscher (7), den zweiten Wärmetauscher (12) und einer weiteren Abwärme produzierenden Anlage, insbesondere einem Blockheizkraftwerk, umfassenden geschlossenen Kreislauf zirkuliert.

4. Lufterhitzungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kreislauf des Zwischenmediums Ventile (15, 16) so angeordnet sind, daß der Kreislauf mit oder ohne die Abwärme produzierende Anlage betrieben werden kann.

5. Lufterhitzungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Kreislauf des Zwischenmediums eine Förderpumpe (10) angeordnet ist.

6. Lufterhitzungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennvorrichtung (2) den einströmenden Luftstrom durch unterschiedliche Ausbildung zweier Kanäle in zwei unterschiedliche Luftströme (3, 4) unterteilt.