EP0034786B1 - Verfahren zum Betrieb einer Heizkesselanlage und dafür geeignete Vorrichtung - Google Patents

Verfahren zum Betrieb einer Heizkesselanlage und dafür geeignete Vorrichtung Download PDF

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EP0034786B1
EP0034786B1 EP81101082A EP81101082A EP0034786B1 EP 0034786 B1 EP0034786 B1 EP 0034786B1 EP 81101082 A EP81101082 A EP 81101082A EP 81101082 A EP81101082 A EP 81101082A EP 0034786 B1 EP0034786 B1 EP 0034786B1
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EP
European Patent Office
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heat exchanger
burner
boiler
combustion chamber
output
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EP81101082A
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English (en)
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EP0034786A1 (de
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Alfred Dr. Michel
Hana Dipl.-Ing. Kostka
Hermann-Otto Dipl.-Ing. Berg
Louis Gosteli
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Publication of EP0034786A1 publication Critical patent/EP0034786A1/de
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    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/0027—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters using fluid fuel
    • F24H1/0045—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters using fluid fuel with catalytic combustion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
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    • F24H9/2007—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heaters
    • F24H9/2035—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heaters using fluid fuel

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a boiler system with a heat exchanger downstream of the combustion chamber, the effective heat exchanger area being adapted to the burner output, and to a corresponding device for operating a boiler system.
  • Oil burners are widely used in conventional boiler systems.
  • Conventional medium-power oil burners atomize the heating oil with the help of a nozzle and burn it when there is excess air to keep soot formation low.
  • the atomizing burner output can be controlled only with great difficulty and only within narrow limits. For this reason, atomizing burners for boiler systems are operated intermittently, so that the average power value corresponds to the heat output requirement.
  • the boiler water and also the gas temperature fluctuate in the combustion chamber, in the heat exchanger, in the exhaust pipe and / or in the chimney, which is very undesirable. Larger fluctuations in the exhaust gas temperature should be avoided, in particular, because considerable losses of energy occur at high temperatures and because at low temperatures there is a risk that the acid dew point will be undershot and there will be signs of corrosion.
  • a flame tube or heating boiler is known from DE-A-2 631 567, which has uncontrolled flue gas tubes and, in addition, one or more regulated flue gas tubes, so-called control tubes, which are connected downstream of the combustion chamber of the burner. All control tubes are always more or less open, and that in all burner load conditions.
  • the control pipes which are equipped with smoke flaps, change the free gas cross-section; in addition, the pressure or the flow rate of the flue gases is also changed. In order to maintain a constant pressure on the flue gas side, a control pressure flap is also available in this boiler.
  • the object of the invention is to design a boiler system of the type mentioned at the outset in such a way that it can be operated continuously, the flue gas temperature of the boiler - even with variable heat output requirements and proportional burner output - maintaining a predetermined value.
  • the heating power requirement for example of a residential building, - like the heating flow temperature - depends approximately linearly on the outside air temperature. This relationship is shown schematically in FIG. 1. From Fig. 1 it can be seen that the power requirement fluctuates approximately between 15 and 100% of the rated burner output (outside air temperature: +15 to -15 ° C). Since in a heat exchanger the transferred heat output is a function of the temperature difference and the heat exchanger area, the effective heat exchanger area is therefore regulated according to a function dependent on the load in the method according to the invention. In this way, the flue gas temperature in the boiler operated with a continuously adjustable burner is kept constant - regardless of the load-proportional burner output. H. the flue gas temperature at the boiler system outlet maintains a specified value within certain limits.
  • the “effective heat exchanger surface” is understood to mean that part of the heat-exchanging surface over which - in a certain operating state - the heat transfer essentially takes place. These are generally surfaces that are in contact with flowing exhaust gas, so they are essentially the so-called secondary heating surfaces.
  • Ver steam burners such as cup burners can be used.
  • a gas burner is used in the method according to the invention for operating the boiler system.
  • a continuously adjustable burner is known for example from DE-B-2 811 273.
  • the gasification burner used in the method according to the invention can advantageously be further developed in such a way that the annular space also surrounds the ignition chamber and the conically widening combustion chamber in an annular manner and extends into the vicinity of the burner plate and that there is a primary air supply nozzle in the Annulus opens (see: DE-A-2 841 105).
  • the side walls of the ignition chamber and the combustion chamber can be made of metal and have a ceramic lining.
  • the ignition chamber can be separated from the combustion chamber by a perforated wall in such a way that the perforated area of the burner plate is larger than the perforated area of the perforated wall.
  • a flame monitoring device directed towards the perforated wall can also be provided on the housing.
  • the well-known gasification burner is based on the principle of two-stage combustion.
  • heating oil is gasified in a catalytic reactor by partial oxidation with air at air ratios between 0.05 and 0.2, preferably around 0.1.
  • the product gas obtained in this way, the so-called fuel gas is then stoichiometrically burnt in the second stage with the remaining air, high firing temperatures being reached.
  • An advantageous device for carrying out the method according to the invention is characterized in that a tube bundle heat exchanger is connected downstream of the combustion chamber of the boiler.
  • a tube bundle heat exchanger is connected downstream of the combustion chamber of the boiler.
  • the necessary adaptation of the effective heat exchanger surface to the variable burner output is carried out by gradually switching on the tube bundle heat exchanger downstream of the combustion chamber, in such a way that the number of open tubes of the heat exchanger is a function that increases monotonously with the burner output.
  • the stoichiometric i.e. H. is operated without substantial excess air, for example at a constant boiler water temperature
  • the number of open heat exchanger tubes is simultaneously proportional to the amount of exhaust gas, since this is directly proportional to the burner output.
  • this also means that when a boiler system according to the invention is operated with a constant boiler water temperature, the exhaust gas at the boiler outlet has not only a constant temperature under all operating conditions, but also a constant flow rate.
  • the change of the heat exchanger surface by switching tube bundle elements on and off can take place in the boiler system according to the invention in such a way that within the individual elements, ie. H. throttle valves are installed in the tubes or at the outlet of the tube bundle (in the individual elements).
  • a step diaphragm must be arranged near the firebox.
  • the heat exchanger surface of the tube bundle heat exchanger is preferably adapted to the burner output by means of a rotary valve arranged at the tube bundle outlet.
  • a servomotor can be provided to actuate the rotary slide valve, but an expansion thermostat at the outlet of the heat exchanger can also be used.
  • the regulation at the outlet of the heat exchanger has the advantage that a relatively cold exhaust gas has to be regulated; this is mechanically easier to do.
  • the tube bundle exit is also more easily accessible.
  • the control of the rotary slide valve or the step orifice plate or the throttle valve depends on the load, ie the burner output.
  • the fuel oil volume flow supplied to the burner can be used for this purpose, for example.
  • air ratio A 1.0
  • the air mass flow supplied to the burner can also be obtained be attracted.
  • a thermal sensor can also be attached in the exhaust pipe.
  • This thermal sensor can - in addition - be used to control rotary valves, etc.
  • temperature deviations in the exhaust gas can be taken into account, which result, for example, from a change in the calorific value of the primary fuel used.
  • the minimum burner output (during the transition period) is around 10 to 15% of the maximum output.
  • a 15 kW burner for example, must therefore be able to be reduced to approximately 2 kW.
  • the burner control range and the permissible flue gas temperature the following would result - without the measures according to the invention: If the boiler were designed for the lower limits of the flue gas temperature and the burner output, the flue gas temperature would rise sharply at maximum burner output and the system efficiency would decrease as a result.
  • the disadvantages mentioned are not present in the boiler system according to the invention, because here - through the measures explained above - a constant flue gas temperature is guaranteed.
  • the variable part of the heat exchanger corresponds to the control range and the unchangeable part to the lower output limit of the burner.
  • the - unchangeable - heat exchanger surface of the combustion chamber including the heat exchanger surface of an always open tube of the shell-and-tube heat exchanger, advantageously corresponds to approximately 10% of the maximum burner output, while the surface of the heat exchanger connected downstream of the combustion chamber is regulated in such a way that the exhaust gas temperature remains constant when the burner output increases from 10 to 100%.
  • FIG. 1 shows the boiler water temperature and the heating output of a boiler system as a function of the outside air temperature.
  • FIG. 2 shows schematically a longitudinal section through an embodiment of the boiler system according to the invention and in FIG. 3 the section III-III through the embodiment according to FIG. 2.
  • the boiler system 10 is provided with a feed pipe 11 and a return pipe 12 for the hot water.
  • a controllable burner 15 projects into the combustion chamber 13, which is surrounded by a shell-and-tube heat exchanger 14.
  • the furnace 13 of the boiler system 10 is cylindrical, and the shell-and-tube heat exchanger 14 is arranged coaxially therewith.
  • the combustion chamber has an inside diameter of 195 mm and a length of 350 mm.
  • a fixed exhaust gas barrier 16 and a rotary valve 17 are arranged at the outlet of the tube bundle heat exchanger 14.
  • the rotary slide valve 17 is actuated by a servomotor 18 as a function of the burner output and successively releases the openings of the tubes 19 of the tube bundle heat exchanger 14.
  • a servomotor 18 As a function of the burner output and successively releases the openings of the tubes 19 of the tube bundle heat exchanger 14.
  • the range of rotation of the rotary valve 17 is set so that the combustion chamber 13 is always connected to the exhaust gas line 20 via at least one tube 19 of the tube bundle heat exchanger 14, i. H. one of the tubes 19 is always open.
  • a boiler system that can be continuously regulated between approx. 2 and 12 kW heating output has, for example, 29 exhaust pipes that can be switched on successively. With 4, 6, 8 and 10 kW thermal output, the following exhaust gas composition results: soot number 0.13.5% C0 2 , 0.5% CO and 0.3 to 0.7% O z .
  • a constant exhaust gas temperature of approx. 100 ° C can be achieved here, as shown in FIG. 4, by switching on exhaust pipes from 5 kW in proportion to the load.
  • the exhaust gas temperature is therefore kept at a value of approx. 100 ° C in order to maintain a sufficient distance from the acid dew point, which is approx. 85 ° C (use of a heating oil with a content of 0.3 to 0.55% by weight Sulfur).
  • FIG. 4 also shows, for an exhaust gas temperature of 120 ° C.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Heizkesselanlage mit einem dem Feuerraum nachgeschalteten Wärmeaustauscher, wobei die effektive Wärmeaustauscherfläche der Brennerleistung angepaßt wird, sowie eine entsprechende Vorrichtung zum Betrieb einer Heizkesselanlage.
  • In herkömmlichen Heizkesselanlagen werden im großen Umfang Ölbrenner eingesetzt. Konventionelle Ölbrenner mittlerer Leistung zerstäuben dabei das Heizöl mit Hilfe einer Düse und verbrennen es bei Luftüberschuß, um die Rußbildung niedrig zu halten. Die Zerstäubungsbrennerleistung kann aber nur sehr schwer und nur in engen Grenzen kontinuierlich gesteuert werden. Aus diesem Grunde werden Zerstäubungsbrenner für Heizkesselanlagen intermittierend betrieben, so daß der Leistungsmittelwert dem Wärmeleistungsbedarf entspricht. Infolge des Intervallbetriebes schwanken aber die Kesselwasser-und auch die Gastemperatur im Feuerraum, im Wärmeaustauscher, in der Abgasleitung und/ oder im Kamin, was sehr unerwünscht ist. Größere Schwankungen in der Abgastemperatur sollen nämlich insbesondere deshalb vermieden werden, weil bei hohen Temperaturen nicht unbeträchtliche Energieverluste auftreten und weil bei tiefen Temperaturen die Gefahr besteht, daß der Säuretaupunkt unterschritten wird und es zu Korrosionserscheinungen kommt.
  • Aus der DE-C-661 629 ist es bekannt, die Heizfläche eines Heizkessels entsprechend dem Wärmebedarf in ihrer Größe zu ändern. Dazu dient ein Heizkessel mit zwei wahlweise durch ein Verstellglied einschaltbaren, den Wasserraum durchdringenden Steigzügen mit verschiedenen großen Heizflächen. Hierbei wird nun die Größe der Inanspruchnahme der Heizfläche einem unterschiedlichen Wärmebedarf in den Grenzfällen des kleinsten und größten Wärmebedarfs in der Weise angepaßt, daß der Zug mit der größeren Heizfläche ganz geöffnet wird bzw. das beide Steigzüge geöffnet werden.
  • Aus der DE-A-2 631 567 ist ein Flammrohr-oder Heizkessel bekannt, der ungeregelte Rauchgasrohre und daneben ein oder mehrere geregelte Rauchgasrohre, sogenannte Regelrohre, aufweist, die dem Feuerraum des Brenners nachgeschaltet sind. Dabei sind alle Regelrohre stets mehr oder weniger offen, und zwar bei allen Brennerlast-Zuständen. Die Regelrohre, die mit Rauchklappen versehen sind, verändern nämlich den freien Gasquerschnitt; daneben wird dann auch der Druck bzw. die Strömungsgeschwindigkeit der Rauchgase verändert. Zur Aufrechterhaltung eines konstanten rauchgasseitigen Druckes ist bei diesem Kessel auch noch eine Regeldruckklappe vorhanden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Heizkesselanlage der eingangs genannten Art in der Weise auszugestalten, daß sie kontinuierlich betrieben werden kann, wobei die Abgastemperatur des Heizkessels - auch bei veränderlichem Wärmeleistungsbedarf und bedarfsproportionaler Brennerleistung - einen vorgegebenen Wert einhält.
  • Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß ein kontinuierlich regelbarer Brenner eingesetzt wird und daß die Anpassung der effektiven Wärmeaustauscherfläche an die Brennerleistung in der Weise erfolgt, daß die Anzahl der vom Abgas durchströmten Einzelemente des Wärmeaustauschers eine mit der Brennerleistung monoton steigende Funktion ist.
  • Der Heizleistungsbedarf, beispielsweise eines Wohngebäudes, hängt - ebenso wie die Heizungsvorlauftemperatur - näherungsweise linear von der Außenlufttemperatur ab. Dieser Zusammenhang ist in Fig. 1 schematisch dargestellt. Aus Fig. 1 läßt sich entnehmen, daß der Leistungsbedarf etwa zwischen 15 und 100% der Brennernennleistung schwankt (Außenlufttemperatur: +15 bis -15°C). Da bei einem Wärmeaustauscher die übertragene Wärmeleistung eine Funktion der Temperaturdifferenz und der Wärmeaustauscherfläche ist, wird deshalb beim erfindungsgemäßen Verfahren die effektive Wärmeaustauscherfläche nach einer von der Last abhängigen Funktion geregelt. Auf diese Weise wird bei dem mit einem kontinuierlich regelbaren Brenner betriebenen Heizkessel die Abgastemperatur - unabhangig von der lastproportionalen Brennerleistung - konstant gehalten, d. h. die Abgastemperatur am Ausgang der Heizkesselanlage hält - innerhalb bestimmter Grenzen - einen vorgegebenen Wert ein.
  • Unter der »effektiven Wärmeaustauscherfläche« wird im Rahmen der vorliegenden Patentanmeldung derjenige Teil der wärmeaustauschenden Fläche verstanden, über den - bei einem bestimmten Betriebszustand - der Wärmeübergang im wesentlichen erfolgt. Dies sind im allgemeinen Flächen, die mit strömendem Abgas in Berührung stehen, es handelt sich also im wesentlichen um die sogenannten Nachschaltheizflächen.
  • Bei konstanter Differenz zwischen Abgas- und Kesselwassertemperatur ergibt sich, daß die Anzahl der vom Abgas durchströmten Einzelelemente des Wärmeaustauschers linear mit der Brennerleistung ansteigt, es liegt also eine Proportionalität vor. Wird der Heizkessel aber mit gleitender Kesselwassertemperatur derart betrieben, daß bei niedriger Brennerleistung die Kesselwassertemperatur niedrig und somit die Differenz zwischen Abgas- und Kesselwassertemperatur hoch ist, so steigt die erforderliche Anzahl an vom Abgas durchströmten Einzelelementen des Wärmeaustauschers stärker als linear mit der Brennerleistung an: es liegt eine monoton steigende Funktion vor; eine Abschätzung ergibt: n Q/1-Q, wobei n die Anzahl der vom Abgas durchströmten Einzelelemente des Wärmeaustauschers und Q die Brennerleistung ist.
  • Beim Verfahren gemäß der vorliegenden Patentanmeldung können beispielsweise Verdampfungsbrenner, wie Schalenbrenner, verwendet werden. Vorzugsweise wird beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb der Heizkesselanlage jedoch ein Vergrasungsbrenner eingesetzt. Ein derartiger kontinuierlich regelbarer Brenner ist beispielsweise aus der DE-B-2 811 273 bekannt.
  • Der bekannte Brenner weist folgende wesentliche Strukturmerkmale auf:
    • - einen Vorraum zum Mischen eines mindestens teilweise verdampften flüssigen Brennstoffes mit Primärluft,
    • - eine sich an den Vorraum anschließende Katalysatoreinrichtung zum Umwandeln des Dampf-Luft-Gemisches in ein Brenngas,
    • - einen an die Katalysatoreinrichtung angrenzenden Mischraum zum Mischen des Brenngases mit Sekundärluft,
    • - einen den Vorraum, die Katalysatoreinrichtung und den Mischraum konzentrisch umgebenden und vom Vorraum durch eine Wand getrennten Ringraum,
    • - einen sich konisch erweiternden Brennraum und eine den Brennraum abschließende gelochte Brennerplatte aus porösem Material, welcher aus dem Mischraum das Brenngas-Luft-Gemisch zuführbar ist, und
    • - eine zwischen dem Brennraum und dem Mischraum angeordnete Zündkammer, die vom Mischraum rückschlagfrei getrennt ist.
  • Zusätzlich dazu kann der beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Vergasungsbrenner vorteilhaft noch in der Weise weiter ausgestaltet sein, daß der Ringraum auch die Zündkammer und den sich konisch erweiternden Brennraum ringförmig umschließt und sich bis in die Nähe der Brennerplatte erstreckt und daß dort ein Primärluft-Zuführungsstutzen in den Ringraum einmündet (vgl. dazu: DE-A-2 841 105). Darüber hinaus können die Seitenwände der Zündkammer und des Brennraumes aus Metall bestehen und eine Keramikauskleidung tragen. Ferner kann die Zündkammer vom Brennraum durch eine Lochwand in der Weise getrennt sein, daß die gelochte Fläche der Brennerplatte größer ist als die gelochte Fläche der Lochwand. Hierbei kann ferner am Gehäuse eine auf die Lochwand gerichtete Flammüberwachungseinrichtung vorgesehen sein.
  • Der bekannte Vergasungsbrenner beruht auf dem Prinzip der zweistufigen Verbrennung. Hierbei wird in der ersten Stufe Heizöl in einem katalytischen Reaktor durch partielle Oxidation mit Luft bei Luftzahlen zwischen 0,05 und 0,2, vorzugsweise bei etwa 0,1, vergast. Das dabei erhaltene Produktgas, das sogenannte Brenngas, wird dann in der zweiten Stufe mit der restlichen Luft stöchiometrisch verbrannt, wobei hohe Brenntemperaturen erreicht werden.
  • Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß dem Feuerraum des Heizkessels ein Rohrbündelwärmeaustauscher nachgeschaltet ist. Dadurch wird eine Heizkesselanlage mit einem regelbaren Wärmeaustauscher geschaffen, dessen effektive Wärmeaustauscherfläche in einfacher Weise durch geeignete Veränderung der - etwa zwischen 10 und 100% des maximalen Heizleistungsbedarfes veränderlichen - Heizleistung eines kontinuierlich betriebenen Brenners derart angepaßt werden kann, daß die Abgastemperatur einen vorgegebenen Wert einhält. Die notwendige Anpassung der effektiven Wärmeaustauscherfläche an die variable Brennerleistung erfolgt dabei durch eine stufenweise Einschaltung des dem Feuerraum nachgeschalteten Rohrbündelwärmeaustauschers, und zwar in der Art, daß die Anzahl der offenen Rohre des Wärmeaustauschers eine mit der Brennerleistung monoton steigende Funktion ist.
  • Beim Einsatz eines Vergasungsbrenners der vorstehend genannten Art, der stöchiometrisch, d. h. ohne wesentlichen Luftüberschuß, betrieben wird, ist - beispielsweise bei konstanter Kesselwassertemperatur - die Anzahl der offenen Wärmeaustauscherrohre gleichzeitig proportional der Abgasmenge, da diese direkt proportional zur Brennerleistung ist. Andererseits bedeutet dies aber auch, daß beim erfindungsgemäßen Betrieb einer Heizkesselanlage mit konstanter Kesselwassertemperatur das Abgas am Kesselausgang - unter sämtlichen Betriebsbedingungen - nicht nur eine konstante Temperatur, sondern auch eine konstante Strömungsgeschwindigkeit aufweist.
  • Die Verändeurng der Wärmeaustauscherfläche durch Zu- und Abschalten von Rohrbündelelementen kann bei der erfindungsgemäßen Heizkesselanlage in der Weise erfolgen, daß innerhalb der einzelnen Elemente, d. h. in den Rohren, oder am Ausgang des Rohrbündels (in den Einzelelementen) Drosselklappen angebracht sind. Vorteilhaft kann auch am Rohrbündeleingang, d. h. in der Nähe des Feuerraumes, eine Stufenblende angeordnet sein.
  • Bevorzugt erfolgt die Anpassung der Wärmeaustauscherfläche des Rohrbündelwärmeaustauschers an die Brennerleistung mittels eines am Rohrbündelausgang angeordneten Drehschiebers. Zur Betätigung des Drehschiebers kann beispielsweise ein Stellmotor vorgesehen sein, in Frage kommt jedoch auch ein Ausdehnungsthermostat am Ausgang des Wärmeaustauschers. Die Regelung am Ausgang des Wärmeaustauschers hat den Vorteil, daß ein relativ kaltes Abgas zu regulieren ist; dies ist mechanisch einfacher zu bewerkstelligen. Darüber hinaus ist der Rohrbündelausgang auch leichter zugänglich.
  • Die Steuerung des Drehschiebers bzw. der Stufenblende oder der Drosselklappen erfolgt in Abhängigkeit von der Last, d. h. der Brennerleistung. Dazu kann beispielsweise der dem Brenner zugeführte Heizölvolumenstrom dienen. Bei einem stöchiometrisch betriebenen Vergasungsbrenner (Luftzahl A = 1,0) kann aber auch der dem Brenner zugeführte Luftmassenstrom herangezogen werden.
  • Bei der erfindungsgemäßen Heizkesselanlage kann ferner in der Abgasleitung ein Thermofühler angebracht sein. Dieser Thermofühler kann - zusätzlich - zur Steuerung von Drehschieber usw. vorgesehen werden. Mit Hilfe des in der Abgasleitung angeordneten Thermofühlers können nämlich Temperaturabweichungen im Abgas berücksichtigt werden, die sich beispielsweise durch Änderung des Heizwertes des eingesetzten Primärbrennstoffes ergeben.
  • Bei einer Heizkesselanlage liegt, wie bereits erwähnt, die minimale Brennerleistung (während der Übergangsperiode) bei etwa 10 bis 15% der Maximalleistung. Ein 15-kW-Brenner beispielsweise muß demnach bis auf ca. 2 kW heruntergeregelt werden können. Unter Berücksichtigung des Brennerregelbereiches und der zulässigen Abgastemperatur würde sich - ohne die erfindungsgemäßen Maßnahmen - deshalb folgendes ergeben: Bei einer Auslegung des Heizkessels auf die unteren Grenzen der Abgastemperatur und der Brennerleistung würde die Abgastemperatur bei maximaler Brennerleistung stark ansteigen und der Systemwirkungsgrad dadurch absinken. Würde der Kessel dagegen - unter Beachtung der maximal zulässigen Abgastemperatur - auf die obere Grenze der Brennerleistung ausgelegt werden, so würde sich bei Teillast zwar kein Wirkungsgradverlust, wohl aber ein starker Abfall der Abgastemperatur mit den damit verbundenen nachteiligen Folgen ergeben.
  • Die genannten Nachteile sind bei der erfindungsgemäßen Heizkesselanlage nicht gegeben, weil hier - durch die vorstehend erläuterten Maßnahmen - eine konstante Abgastemperatur gewährleistet ist. Bei dieser Heizkesselanlage wird darüber hinaus angestrebt, daß der variable Teil des Wärmeaustauschers dem Regelbereich und der unveränderliche Teil der unteren Leistungsgrenze des Brenners entspricht. Aufgrund der vorstehend genannten Daten entspricht deshalb bei der erfindungsgemäßen Heizkesselanlage die - unveränderliche - Wärmeaustauscherfläche des Feuerraumes, einschließlich der Wärmeaustauscherfläche eines immer offenen Rohres des Rohrbündelwärmeaustauschers, vorteilhaft etwa 10% der maximalen Brennerleistung, während die Fläche des dem Feuerraum nachgeschalteten Wärmeaustauschers derart geregelt wird, daß die Abgastemperatur bei einer Steigerung der Brennerleistung von 10 auf 100% konstant bleibt.
  • Anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren soll die Erfindung noch näher erläutert werden.
  • In Fig. 1 sind, wie bereits erwähnt, Kesselwassertemperatur und Heizleistung einer Heizkesselanlage als Funktion der Außenlufttemperatur dargestellt.
  • In Fig.2 ist schematisch ein Längsschnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizkesselanlage dargestellt und in Fig. 3 der Schnitt III-III durch die Ausführungsform nach Fig. 2. Die Heizkesselanlage 10 ist mit einem Vorlaufrohr 11 und einem Rücklaufrohr 12 für das Warmwasser versehen. In den Feuerraum 13, der von einem Rohrbündelwärmeaustauscher 14 umgeben ist, ragt ein regelbarer Brenner 15. Der Feuerraum 13 der Heizkesselanlage 10 ist zylindrisch ausgebildet, und der Rohrbündelwärmeaustauscher 14 ist dazu koaxial angeordnet. Bei einer Heizkesselanlage mit einer maximalen Wärmeleistung von 15 kW weist der Feuerraum beispielsweise einen Innendurchmesser von 195 mm und eine Länge von 350 mm auf.
  • Am ausgang des Rohrbündelwärmeaustauschers 14 ist eine feste Abgassperre 16 und ein Drehschieber 17 angeordnet. Der Drehschieber 17 wird - in Abhängigkeit von der Brennerleistung - durch einen Stellmotor 18 betätigt und gibt dabei sukzessiv die Öffnungen der Rohre 19 des Rohrbündelwärmeaustauschers 14 frei. Durch die offenen Rohre 19, die gleichmäßig um den Feuerraum 13 angeordnet sind, strömt das Abgas in die Abgasleitung 20 und gelangt von dort in den Kamin. Der Drehbereich des Drehschiebers 17 ist dabei so eingestellt, daß der Feuerraum 13 stets über wenigstens ein Rohr 19 des Rohrbündelwärmeaustauschers 14 mit der Abgasleitung 20 in Verbindung steht, d. h. eines der Rohre 19 ist immer offen.
  • Eine zwischen ca. 2 und 12 kW Heizleistung kontinuierlich regelbare Heizkesselanlage weist beispielsweise 29 - sukzessiv einschaltbare - Abgasrohre auf. Bei 4, 6, 8 und 10 kW Wärmeleistung ergibt sich folgende Abgaszusammensetzung: Rußzahl 0,13,5% C02, 0,5% CO und 0,3 bis 0,7% Oz. Eine konstante Abgastemperatur von ca. 100°C kann hierbei, wie Fig. 4 zu entnehmen ist, durch lastproportionales Zuschalten von Abgasrohren ab 5 kW erreicht werden. Die Abgastemperatur wird deshalb bei einem Wert von ca. 100°C gehalten, um einen ausreichenden Abstand vom Säuretaupunkt einzuhalten, der bei ca. 85° C liegt (Verwendung eines Heizöls mit einem Gehalt von 0,3 bis 0,55 Gew.-% Schwefel). Entsprechendes würde, wie Fig. 4 ebenfalls zeigt, für eine Abgastemperatur von 120°C gelten.

Claims (8)

1. Verfahren zum Betrieb einer Heizkesselanlage mit einem dem Feuerraum nachgeschalteten Wärmeaustauscher, wobei die effektive Wärmeaustauscherfläche der Brennerleistung angepaßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein kontinuierlich regelbarer Brenner eingesetzt wird und daß die Anpassung der effektiven Wärmeaustauscherfläche an die Brennerleistung in der Weise erfolgt, daß die Anzahl der vom Abgas durchströmten Einzelelemente des Wärmeaustauschers eine mit der Brennerleistung monoton steigende Funktion ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vergasungsbrenner verwendet wird.
3. Vorrichtung zum Betrieb einer Heizkesselanlage (10) mit einem dem Feuerraum (13) nachgeschalteten Wärmeaustauscher (14) mit einer der Brennerleistung anpaßbaren effektiven Wärmeaustauscherfläche, gekennzeichnet durch einen kontinuierlich regelbaren Brenner (15) und einen dem Feuerraum (13) des Heizkessels nachgeschalteten Rohrbündelwärmeaustauscher (14), wobei die Anzahl der offenen Rohre (19) des Rohrbündelwärmeaustauschers (14) eine mit der Brennerleistung monoton steigende Funktion ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Rohrbündelausgang ein Drehschieber (17) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Rohrbündeleingang eine Stufenblende angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang jedes Rohres (19) des Rohrbündelwärmeaustauschers (14) eine Drosselklappe angebracht ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abgasleitung (20) ein Thermofühler vorgesehen ist.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauscherfläche des Feuerraumes (13) etwa 10% der maximalen Brennerleistung entspricht.
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