EP0272660A2 - Atmosphärisches Gasheizgerät mit externer Abgasrückführung - Google Patents

Atmosphärisches Gasheizgerät mit externer Abgasrückführung Download PDF

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    • F23J2211/101—Balanced flues (combining air supply and flue gas exhaust) with coaxial duct arrangement

Definitions

  • the invention serves to reduce NO x in gas heaters that are equipped with atmospheric gas burners and have a central, ie common combustion air supply and exhaust gas discharge line.
  • a new type of exhaust gas recirculation is used, which allows the exhaust gas recirculation of a partial exhaust gas quantity back to the atmospheric gas burner without additional conveying devices and thus brings about a sufficient reduction in the NO x content in the exhaust gases under previously unknown economic conditions.
  • Atmospheric gas heaters are known which are known as so-called "outer wall units" with their combustion air line and exhaust line through the outer wall in connection with the outside atmosphere.
  • the pipes and combustion chamber are hermetically sealed against the room to be heated.
  • the inventive solution in the subject matter of the invention enables an exhaust gas partial quantity to be returned outside the combustion chamber from the exhaust pipe directly into the adjacent air pipe either lying next to it or centrally outside.
  • the exhaust gas partial quantity in the exhaust pipe is transferred in the simplest manner from the exhaust pipe into the air pipe via one or more defined openings at a set and / or adjustable differential pressure, from where it goes directly to the atmospheric gas burner and its combustion chamber and there the NO x -Reduction causes.
  • the partial exhaust gas quantity reaches the primary air premix as well as the secondary air area of the atmospheric gas burner in the same ratio as the combustion air quantity.
  • the described embodiments differ mainly in that the exhaust gas-transporting and at the same time the air-sucking fan is attached once in the air duct and once in the exhaust gas path, otherwise, by approximately the same throttle devices in the air pipe and / or exhaust pipe, generates the differential pressure at the points described so that the desired partial exhaust gas quantity is available for exhaust gas recirculation.
  • FIGS. 1-4 show exemplary embodiments of atmospheric gas heating devices with common combustion air / exhaust gas routing, which are designed both as wall devices and as floor devices.
  • the atmospheric gas burner 20 is at the lower, open end of the radiator 1 attached, which is rod-shaped or round.
  • the primary air supply 3 with gas nozzle 4 and mixing tube 5 are located in the area of the air supply, which can be formed on one side as an air duct to the radiator 1 or as an annular duct 6 through the casing to the radiator 1, in any case in the atmospheric burner region a uniform air distribution both in the primary air region 3 as well as in the secondary air area 7.
  • the exhaust gases are collected by the fan wheel 8 with the motor 9 in the exhaust gas box 19 and conveyed to the outside via the exhaust pipe 10a.
  • the air pipe 11a is arranged centrally to the exhaust pipe 10a to bring the combustion air 21.
  • the length of the exhaust pipe 10a and the air pipe 11a depends on the local conditions, but in practice is also carried out on the outer wall 22 up to the roof, in particular in modern condensing heating devices.
  • the exhaust pipe 10b runs next to the air pipe 11b, so both pipes are arranged side by side .
  • one or more overflow openings 12a are arranged at some point in the described double-pipe system “exhaust pipe” and “air pipe” in FIG.
  • the throttle device can consist of ring diaphragms 14.1 or bead-shaped pipe constrictions 14.2, of partial diaphragms 15 or fixed throttle valves 13.
  • the overflow opening 12b shown in FIG. 2a can also represent a line 23 if the exhaust pipe 10b and the air pipe 11b are arranged somewhat further apart when guided to the outside.
  • Figures 3 and 4 show the same gas heater in a side view and in longitudinal section with a conveying fan arranged in the combustion air path 21, the fan wheel 8 being seated in the air intake box 18 and being driven by the motor 9.
  • the combustion air 21 is drawn in from the outside via the air pipe 11a.
  • the exhaust gases are discharged via the exhaust pipe 10a.
  • the exhaust pipe 10b is arranged centrally to the surrounding air pipe 11a.
  • exhaust pipe 10a and air pipe 11b are arranged side by side.
  • the inventive measures 13 and 14 are located in exactly the same way, which ensure that a partial amount of exhaust gas flows from the exhaust pipe into the air pipe. What has been described above in Figures 1 and 2a can apply to Figures 3 and 4.
  • the exhaust gas recirculation also works in atmospheric gas heating devices without a conveying fan if a sufficiently high heating element 1 provides positive pressure due to buoyancy.
  • the external exhaust gas recirculation is realized in a structurally simple manner and without economic effort, which enables a decisive reduction in No x below 57 ppm, which is no longer practically pollutant-free in the sense of the environment stressful gas heating can apply to small devices.

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Abstract

Atmospährisches Gasheizgerät mit geschlossenem Feuerraum, mit einem Abgasrohr (10a) und mit einem der Verbrennungsluftzuführung dienenden Luftrohr (11a) sowie mit einer außerhalb des Feurraums vorhandenen Rückführung einer Abgasteilmenge zur NOX-Reduzierung des Abgases, wobei zwischen Abgasrohr (10a) und Luftrohr (11a) mindestens eine Überströmverbindung (12a) für die Abgasrückführung vorhanden ist und wobei im Abgasrohr (10a) stromab bzw. im Luftrohr (11a) stromauf der Überströmverbindung (12a) mindestens eine Drosseleinrichtung (13) angeordnet ist zur Erzeugung eines ausreichenden Differenzdruckes für das Überströmen der definierten Abgasteilmenge.

Description

  • Die Erfindung dient zur Reduzierung von NOx bei Gasheizgeräten, die mit atmosphärischem Gasbrenner ausgerüstet sind und eine zentrale, d.h. gemeinsame Verbrennungsluftzuführungs- und Ab­gasabführungsleitung aufweisen.
    Als Gegenstand der Erfindung wird eine neuartige Abgasrückfüh­rung verwendet, die ohne zusätzliche Fördereinrichtungen die Abgasrückführung einer Teilabgasmenge zurück zum atmosphärischen Gasbrenner ermöglicht und damit unter bisher nicht bekannten wirtschaftlichen Bedingungen eine ausreichende Reduzierung des NOx-Anteils in den Abgasen herbeiführt.
    Bekannt sind atmosphärische Gasheizgeräte, die als sogenannte "Außenwandgeräte" mit ihrer Verbrennungsluftleitung und Abgas­leitung durch die Außenwand hindurch mit der Außenatmosphäre in Verbindung stehen. Leitungen und Feuerraum sind hierbei herme­tisch gegen den zu beheizenden Raum dicht abgeschlossen. Durch den Eigenauftrieb der Abgase im Feuerraum wird dieses nur zur Atmosphäre nach außen hin offende System angetrieben. Um länge­re Verbrennungsluft-und Abgasleitungen nach außen und z.B. über das Dach führend zu ermöglichen, sind solche atmosphärischen Gasheizgeräte auch zusätzlich mit einem Fördergebläse ausgerüstet, das entweder im Verbrennungsluftstrom oder im Abgasstrom ange­ordnet ist.
    Andererseits sind auch Großanlagen bekannt, die mit externen Abgasrückführungen zum Zwecke der NOx-Reduzierung ausgerüstet sind, bei denen eine Abgasteilmenge bis zu 25% aus dem Abgas­rohr hinter dem Heizgerät über ein spezielles, direkt in der Abgasrückführungsleitung eingebautes Fördergebläse zurück in den Brennerkopf des Gebläsebrenners gefördert wird.
  • Solche Ausführungen eignen sich bisher aus wirtschaftlichen Gründen nicht für Heizanlagen unter 10 MW, da einzusätzlicher Kostenaufwand für die Installation und die laufenden Betriebs- ­und Wartungskosten erforderlich ist. Ferner ist der durch das zusätzliche Fördergebläse entstehende höhere Geräuschpegel bei Hausheizungen bisher als nachteilig angesehen worden.
  • Die erfinderische Lösung beim Gegenstand der Erfindung ermög­licht eine außerhalb des Feuerraums stattfindende Rückführung einer Abgasteilmenge aus dem Abgasrohr unmittelbar in das be­nachbarte entweder daneben oder zentral außen herum liegende Luftrohr. Dabei wird auf einfachste Weise ohne erheblichen zusätzlichen Aufwand die Abgasteilmenge im Abgasrohr über eine oder mehrere definierte Öffnungen bei einem eingestellten und/oder einstellbaren Differenzdruck vom Abgasrohr in das Luft­rohr übergeführt, von wo es direkt zum atmosphärischen Gasbren­ner und dessen Feuerraum gelangt und dort die NOx-Reduzierung bewirkt. Die Abgasteilmenge gelangt dabei im gleichen Verhält­nis wie die Verbrennungsluftmenge sowohl in die Primärluftvor­mischung sowie in den Sekundärluftbereich des atmosphärischen Gasbrenners.
    Anhand von Ausführungsbeispielen wird die vorliegende Erfindung erläutert. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele unterscheiden sich hauptsächlich darin, daß das die Abgase transportierende und gleichzeitig die Luft ansaugende Gebläse einmal im Luftkanal und einmal im Abgasweg angebracht ist, ansonsten etwa durch die­selben Drosseleinrichtungen im Luftrohr und/oder Abgasrohr an den beschriebenen Stellen den Differenzdruck so erzeugt, daß die gewünschte Abgasteilmenge zur Abgasrückführung zur Verfügung steht.
  • Die Bilder 1-4 stellen Ausführungsbeispiele von atmosphärischen Gasheizgeräten mit gemeinsamer Verbrennungsluft-/Abgasführung dar, die sowohl als Wandgeräte, wie als Bodengeräte ausgeführt sind. Bei allen beschriebenen Gasheizgeräten ist am unteren, offenen Ende des Heizkörpers 1 der atmosphärische Gasbrenner 20 angebracht, der stab-oder rundförmig ausgebildet ist.
    Die Primärluftzuführung 3 mit Gasdüse 4 und Mischrohr 5 be­finden sich im Bereich der Luftzuführung, die einseitig als Luftkanal zum Heizkörper 1 oder als Ringkanal 6 durch die Um­mantelung zum Heizkörper 1 ausgebildet sein kann, auf jeden Fall im atmosphärischen Brennerbereich eine gleichmäßige Luftverteilung sowohl im Primärluftbereich 3 wie auch im Sekundärluftbereich 7 gewährleistet.
    Bei dem in Bild 1 und 2a dargestellten Ausführungsbeispiel wer­den die Abgase durch das Lüfterrad 8 mit Motor 9 im Abgas­kasten 19 gesammelt und über das Abgasrohr 10a ins Freie ge­fördert.
    Im Bild 1 ist das Luftrohr 11a zur Heranführung der Verbren­nungsluft 21 zentral zum Abgasrohr 10a angeordnet.
    Die Länge des Abgasrohrs 10a und des Luftrohrs 11a richtet sich nach den örtlichen Gegebenheiten, wird aber in der Praxis auch an der Außenwand 22 hoch bis über das Dach geführt, insbesonders bei modernen Brennwertheizgeräten.
    In Bild 2a verläuft das Abgasrohr 10b neben dem Luftrohr 11b, beide Rohre sind also nebeneinander angeordnet.
    Erfindungsgemäß sind im Bild 1 an irgendeiner Stelle des be­schhriebenen Doppelrohr-Systems "Abgasrohr" und "Luftrohr" eine oder mehrere Überstromöffnungen 12a so angeordnet, daß sich bei stromabwärts in Richtung Außenluft im Abgasrohr 10a und/oder Luftrohr 11a angebrachten Drosselklappe 13 ein Differenzdruck aufbaut, der einen Übertritt einer Abgasteilmenge vom Abgasrohr in das Luftrohr bewirkt, dessen Größenordnung einmal vonm Differenz­druck d.h. der eingestellten Drosseleinrichtung und zum anderen von der Anzahl und Größe der Überströmöffnungen abhängt. Die Drosseleinrichtung kann aus Ringblenden 14.1 oder sicken­förmigen Rohrverengungen 14.2, aus Teilblenden 15 oder festein­gestellten Drosselklappen 13 bestehen. Die in Bild 2a darge­stellte Überströmöffnung 12b kann auch eine Leitung 23 darstel­len, wenn Abgasrohr 10b und Luftrohr 11b etwas weiter auseinander bei der Führung nach außen angeordnet sind.
  • Bild 3 und 4 zeigen daselbe Gasheizgerät in Seitenansicht und Längsschnitt mit im Verbrennungsluftweg 21 angeord­netem Fördergebläse, wobei das Lüfterrad 8 im Luftansaug­kasten 18 sitzt und vom Motor 9 angetrieben wird. Die Ver­brennungsluft 21 wird über das Luftrohr 11a von außen ange­saugt. Die Abgase werden über das Abgasrohr 10a abgeführt.
  • In Bild 3 ist das Abgasrohr 10b zentrisch zum umgebenden Luft­rohr 11a angeordnet.
    In Bild 4 sind Abgasrohr 10a und Luftrohr 11b nebeneinander angeordnet.
    Wie schon in den Bildern 1 und 2 beschrieben, befinden sich dort in genau der gleichen Art und Weise die erfinderischen Maßnahmen 13 und 14, die das Überströmen einer Abgasteilmenge vom Abgasrohr in das Luftrohr gewährleisten. Das darüber in Bild 1 und 2a Beschriebene kann für Bild 3 und 4 gelten.
    Wie auch bereits eingangs festgestellt, funktioniert mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen 12, 13, 14, 15 und 23 die Abgas­rückführung auch bei atmosphärischen Gasheizgeräten ohne För­dergebläse, wenn ein ausreichend hoher Heizkörper 1 für Über­druck durch Auftrieb sorgt.
  • Wie aus den beschriebenen erfindungemäßen Ausführungsbeispielen der atmosphärischen Gasheizgeräte mit Außenwandanschluß hervor­geht, wird auf konstruktiv einfache Weise und ohne wirtschaft­lichen Aufwand die externe Abgasrückführung verwirklicht, die eine entscheidende Nox-Reduzierung unter 57 ppm ermöglicht, was als praktisch schadstofffrei im Sinne einer die Umwelt nicht mehr belastenden Gasheizung bei kleinen Geräten gelten kann.

Claims (9)

1. Atmosphärisches Gasheizgerät mit geschlossenem Feuerraum, mit einem Abgasrohr und einem der Ver­brennungsluftzuführung dienenden Luftrohr und mit einer außerhalb des Feuerraums vorhandenen Rückfüh­rung einer Abgasteilmenge zur NOx-Reduzierung des Abgases, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Abgas­rohr (10a, 10b) und Luftrohr (11a, 11b) mindestens eine Überströmverbindung (12, 12a, 12b, 23) für die Abgasrückführung vorhanden ist und daß im Abgas­rohr (10a, 10b) stromab bzw. im Luftrohr (11a, 11b) stromauf der Überströmverbindung (12, 12a, 12b, 23) mindestens eine Drosseleinrichtung (13, 14.1, 14.2) angeordnet ist zur Erzeugung eines ausreichenden Differenzdruckes für das Überströmen einer definierten Abgasteilmenge.
2. Atmosphärisches Gasheizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein motorangetriebenes Lüfterrad (8) im Verbrennungsluftstrom angeordnet ist.
3. Atmosphärisches Gasheizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein motorangetriebenes Lüfterrad (8) im Abgasstrom angeordnet ist.
4. Atmosphärisches Gasheizgerät nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasrohr (10a) und das Luftrohr (11a) konzentrisch zueinander angeordnet sind und daß die Überströmverbindung (12, 12a) in der die Gasströme trennenden Zwischen­wand vorhanden sind.
5. Atmosphärisches Gasheizgerät nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasrohr (10b) und das Luftrohr (11b) mit Abstand voneinander geführt sind und daß als Überströmverbindung eine Kurzschlußleitung (12, 12b, 23) vorgesehen ist.
6. Atmosphärisches Gasheizgerät nach einem der vorher­gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang (12) der Überströmverbindung (23) im Abgasrohr (10b) der Abgasstromrichtung entgegenge­richtet ist.
7. Atmosphärisches Gasheizgerät nach einem der vorher­gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung der Überströmverbindung im Luftrohr (11b) in Luftströmungsrichtung weist.
8. Atmosphärisches Gasheizgerät nach einem der vorher­gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Drosseleinrichtungen als Ringblende (14.2) oder Sickeneinschnürung (14.1) oder Teilblende (15) ausgebildet ist.
9. Atmosphärisches Gasheizgerät nach einem der vorher­gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Drosseleinrichtung mindestens eine Drosselklappe (13) dient, die vorzugsweise willkürlich verstellbar ist.
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