EP0772010B1 - Brennerbeheizter Lufterhitzer - Google Patents

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EP0772010B1
EP0772010B1 EP96117521A EP96117521A EP0772010B1 EP 0772010 B1 EP0772010 B1 EP 0772010B1 EP 96117521 A EP96117521 A EP 96117521A EP 96117521 A EP96117521 A EP 96117521A EP 0772010 B1 EP0772010 B1 EP 0772010B1
Authority
EP
European Patent Office
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air
combustion chamber
branch stream
branch
heated
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP96117521A
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English (en)
French (fr)
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EP0772010A1 (de
Inventor
Willi Frei
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Flucorrex AG
Original Assignee
Flucorrex AG
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Publication date
Application filed by Flucorrex AG filed Critical Flucorrex AG
Publication of EP0772010A1 publication Critical patent/EP0772010A1/de
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Publication of EP0772010B1 publication Critical patent/EP0772010B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B21/00—Arrangements or duct systems, e.g. in combination with pallet boxes, for supplying and controlling air or gases for drying solid materials or objects
    • F26B21/001—Drying-air generating units, e.g. movable, independent of drying enclosure
    • F26B21/002—Drying-air generating units, e.g. movable, independent of drying enclosure heating the drying air indirectly, i.e. using a heat exchanger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H3/00—Air heaters
    • F24H3/02—Air heaters with forced circulation
    • F24H3/06—Air heaters with forced circulation the air being kept separate from the heating medium, e.g. using forced circulation of air over radiators
    • F24H3/08—Air heaters with forced circulation the air being kept separate from the heating medium, e.g. using forced circulation of air over radiators by tubes
    • F24H3/087—Air heaters with forced circulation the air being kept separate from the heating medium, e.g. using forced circulation of air over radiators by tubes using fluid fuel

Definitions

  • the invention relates to an air heating system for indirect heating of air for drying plants after the Preamble of claim 1 and a method for indirect heating of air for drying systems.
  • the first partial air flow flows across the combustion chamber, forms on the entry of the first partial air flow facing away from the combustion chamber with a lee area insufficient air movement on the lateral surface of the Combustion chamber, so that in this area a limitation of Surface temperature not to a maximum of 700 ° C can be ensured.
  • a good flow around the Combustion chamber is essential because the flame is in the Combustion chamber has a temperature above 1000 ° C and therefore Wall temperatures of over 700 ° C can occur.
  • FR-A-1.138.276 describes a burner whose exhaust gases be passed through a heat exchanger.
  • the combustion chamber is with helically arranged rib plates as well an outer jacket around the rib plates, so that a helical flow channel around the Combustion chamber forms around.
  • a first airflow to warming air hits the end of the helical Rib up and flow around the combustion chamber while a second Airflow of the air to be heated in counterflow to the Tubes of the heat exchanger is performed.
  • the invention lies in the The task is based on a single, compact device ensure intensive flue gas cooling and at the same time the surface temperature of all with the drying air in To keep the coming outer surfaces as small as possible.
  • Effective cooling both in the combustion chamber generated flue gas in a flue gas heat exchanger, as the outer surface of the combustion chamber can also be achieved because drying air is in contact with them occurs that has not yet been upstream Heat exchange step has been preheated. This stands for the cooling of the outer surface of the combustion chamber greatest possible driving temperature gradient available, so that an effective cooling of the outer surface is possible.
  • the second partial air stream to be heated Drying air along the outer surface of the Combustion chamber, so that there are no areas with insufficient Form overflow that can overheat, causing Wall temperatures can arise that are above the maximum tolerable lie.
  • the drying air to be heated without mutual Mixing can be performed in the air heating system in a simple and convenient way, for example by Adjust the pressure drop of one or both Partial air flows, the mass fraction of the two partial air flows be regulated
  • the air heating system has one Mass flow ratio adjusting device of the two Partial air flows of the drying air to be heated.
  • the air heating system can be targeted to different Operating areas to be adjusted. If, for example Drying air at a higher or lower temperature should be generated, this can be done by setting the Mass flow ratio of the two partial air flows reached be without causing unwanted overheating can come inside the air heating system.
  • the adjustment device is an axial one sliding baffle.
  • the axially movable Baffle plate narrows or widens the outlet cross section of the flow channel one of the two partial air flows on Leaves the air heating system and thus controls the Pressure loss of the respective partial air flow. This is possible because the first and the second partial air flow the drying air to be heated without mutual Mixing and thus without the possibility of one mutual pressure equalization in the air heating system be performed.
  • the mass fraction of the second is advantageous Partial airflow less than the mass fraction of the first Partial air flow in the air to be heated.
  • the combustion chamber is advantageously essentially the main extension is rotationally symmetrical the combustion chamber in the direction of the axis of rotation of the Combustion chamber. Due to the rotationally symmetrical shape of the Combustion chamber is flow around in the longitudinal direction, ie. H. in Direction of the axis of rotation easier.
  • the second partial air flow is preferably the warming drying air in a closed Flow channel guided, which surrounds the combustion chamber, wherein the closed flow channel ribs or fins has that on the outer surface of the combustion chamber are formed and in the main flow direction of the second Extend partial air flow within the flow channel.
  • the flue gas heat exchanger comprises Pipe bundle in which the flue gases flow, the first Partial air flow of the drying air to be heated in cross-counterflow is guided around the tube bundle.
  • the cross-countercurrent flow of the drying air to the flue gas the best possible use of those used in the burner Primary energy can be achieved by not yet preheated air in heat exchange with the outlet side End of the flue gas pipes is brought.
  • the air heating system shown in Fig. 1 is generally referred to by reference number 10.
  • the Air heating system 10 has a suitable housing 12, its construction with different housing covers, flanges and load-bearing components both ensure that the Air heating system 10 on the stand area 14 as well allows easy access to the individual components, wait for the air heating system 10 and if necessary to be able to clean.
  • An essential component of the air heating system 10 represents the combustion chamber 16 with a burner 18 connected by the combustion of a liquid or gaseous fuel produces flue gases.
  • the tubes of the tube bundle of the flue gas heat exchanger 22 are exposed to the flue gases A and end in one Flue gas outlet 24, from which the flue gases are suitable Way to be dissipated.
  • Flue gas outlet 24 from which the flue gases are suitable Way to be dissipated.
  • Example are the flue gases in a tube bundle loop led and the flow direction of the flue gases on the one hand through a specific bending of the individual pipes in the Deflection area 25 and on the other hand by interposing a deflection bell 26 changed.
  • the tube bundle of the flue gas heat exchanger 22 runs ahead the exit from the air heating system 10 along a Air inlet 28 through which a partial air flow to warming air enters the air heating system 10.
  • not yet preheated air is divided into two partial air flows B and C split up independently of each other by the Air heating system 10 flow and only after the outlet mixed together from the air heating system 10 become.
  • the separation of the two partial air flows can be reduced to one done in any way, for example by installation of separating and air guiding elements, which are in the housing 12 are arranged.
  • a wall of the deflection bell 26 of the Flue gas heat exchanger 22 is part of this required separating elements.
  • the first partial air flow B flows around the tube bundle of the Flue gas heat exchanger 22.
  • the first leaves Partial air flow B after flowing around the tube bundle Flue gas heat exchanger 22 through the air heating system 10 Exit openings 30 to which suitable facilities can connect to the from the outlet openings 30th emerging, heated first partial air stream B. and continue to transport them as intended.
  • the second partial air flow C of the air to be heated is completely separate from the first partial air flow B through the Air heater and is used in a suitable manner, for example via air guide plates 32 to the combustion chamber 16 passed, whereupon the second partial air flow C into one Chamber jacket 34 occurs, which surrounds the combustion chamber 16.
  • the chamber jacket 34 is designed so that the second Partial air flow C the outer surface of the combustion chamber 16 completely flows around.
  • Die Dimensioning of the laminated combustion chamber size is aimed according to the requirement that the flue gases in the Combustion chamber to be cooled down so far that Combustion chamber outlet 20, at which the flue gases enter the Pipe bundles of the flue gas heat exchanger 22 enter Pipe surface temperature not a temperature of 700 ° C exceeds.
  • the second partial air flow C is parallel to Longitudinal axis of the preferably substantially cylindrical formed combustion chamber 16 through the chamber jacket 34 performed and leaves the air heating system 10 on the end of the combustion chamber 16 remote from the burner.
  • the second partial air flow C is preferably at the outlet from the air heating system in two partial flows split, with a first substream Air heating system essentially in the direction of Flow through the chamber jacket 34 leaves, the other stream however, is deflected and the distant, preferably bell-shaped front end of the Combustion chamber 16 flows around before it reaches the air heating system leaves.
  • Moving the baffle plate 38 regulates the Flow resistance at the outlet of the second partial air flow C from the air heating system 10. Because of the inside the air heating system 10 completely separate Flow control of the two partial air streams B and C acts the outlet pressure loss of the second Partial air flow C on the distribution of the two Partial air flows at the air inlet 28. The stronger with help the baffle plate 38 the outlet cross section for the second Partial air flow C is narrowed, the smaller the second Partial air flow C, because the pressure drop with decreasing Flow velocity of the second partial air flow C decreases and the air to be dried still at the air inlet 28 exists together, d. H. the pressure at the air inlet 28 for both partial air flows B and C are the same size.
  • the Dimensioning of the laminated combustion chamber size directs what the flue gases in the combustion chamber so far be cooled that also at the flue gas inlet in the Tube bundle the tube surface temperature is not 700 ° C by using the also cold, second partial air flow C for cooling the combustion chamber 16 these are dimensioned smaller and thus the entire Air heating system despite the optimal use of the used primary fuel energy more compact become.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Lufterhitzungsanlage zur indirekten Erwärmung von Luft für Trocknungsanlagen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur indirekten Erwärmung von Luft für Trocknungsanlagen.
Die Aufgabe solcher Lufterhitzungsanlagen zur indirekten Erwärmung von Luft für Trocknungsanlagen besteht darin, daß die für einen Trocknungsprozeß erforderliche Luft auf eine vorgegebene Temperatur erwärmt wird, ohne daß diese direkt durch eine Brennerflamme erhitzt wird. Aufgrund der in Rauchgasen enthaltenen Schadstoffe, die über die Brennerabluft auf das zu trocknende Gut übertragen werden könnten, muß im Fall einer Trocknung von Lebensmitteln, wie beispielsweise Braumalz, Milchpulver oder Kaffee, die Trocknungsluft indirekt erwärmt werden.
Diese Aufgabe brennerbeheizter Lufterhitzer, wird in der DE 43 08 522 eingehend beschrieben. Zur Lösung dieser Aufgabe wird in der DE 43 08 522 ein Gerät vorgestellt, bei dem der Feuerungsraum mit Hilfe eines flüssigen Zwischenmediums, zum Beispiel Wasser, gekühlt wird. Durch die Kühlung des Feuerungsraumes wird die Oberflächentemperatur der mit der zu erwärmenden Luft in Berührung kommenden Oberflächen, insbesondere die Oberfläche des Feuerungsraumes, auf eine Temperatur unter 700 °C begrenzt. Hierdurch kann eine Kontamination der zu erwärmenden Luft durch Stickoxide oder andere unerwünschte Verbrennungsrückstände wirksam verhindert werden. Des weiteren führt die Verwendung eines flüssigen Zwischenmediums zu einer guten Verwertung der Abwärme aus Eigenstrom-Erzeugungsanlagen, zum Beispiel aus Blockheizkraftwerken.
Um die für Trocknungsprozesse üblicherweise technologisch erforderlichen Lufttemperaturen zu erzielen, sind hohe Temperaturen im flüssigen Zwischenmedium notwendig, die in der Praxis bei über 120 °C liegen. Dies bedeutet, daß im Falle eines Einsatzes von Wasser als flüssiges Zwischenmedium, alle im Kreislauf installierten Apparate und Geräte unter die Druckbehälterverordnung fallen. Dieser Umstand erhöht die Investitionskosten einer derartigen Anlage und erschwert den Betrieb durch die Notwendigkeit behördlicher Auflagen bzw. Abnahmen.
Bei Anwendungsfällen, in denen keine Abwärme in Form von flüssigem Zwischenmedium zur Verwertung zur Verfügung steht, ist es deshalb sinnvoll, auf den Einsatz eines flüssigen Zwischenmediums zu verzichten und die Kühlung des Feuerungsraumes direkt durch die zu erwärmende Luft herbeizuführen.
Die DE 30 39 065 beschreibt einen brennerbeheizten Lufterhitzer ohne Einsatz eines Zwischenmediums. Ein Teilluftstrom der zu erwärmenden Luft strömt um die Brennkammer und durch einen Vorwärmetauscher, in dem die in der Brennkammer entstehenden Rauchgase gekühlt werden. Ein zweiter Teilluftstrom wird in einem getrennten Nachwärmetauscher erwärmt, der von den bereits im Vorwärmetauscher abgekühlten Rauchgasen durchströmt wird. Die beiden Teilluftströme unterschiedlicher Temperatur werden im Lufterhitzer zu einem Gesamtluftstrom vermischt und verlassen gemeinsam den Lufterhitzer.
Da der erste Teilluftstrom die Brennkammer quer anströmt, bildet sich auf der dem Eintritt des ersten Teilluftstromes abgewandten Seite der Brennkammer ein Lee-Bereich mit ungenügender Luftbewegung an der Mantelfläche der Brennkammer, so daß in diesem Bereich eine Begrenzung der Oberflächentemperatur auf maximal 700 °C nicht sichergestellt werden kann. Eine gute Umströmung der Brennkammer ist unabdingbar, weil die Flamme in der Brennkammer eine Temperatur über 1000 °C aufweist und daher Wandtemperaturen von über 700 °C auftreten können.
Eine verbesserte Beeinflussung der Oberflächentemperatur der Brennkammer ist in der DE-OS 23 29 305 beschrieben. Hier wird die Mantelfläche der Brennkammer parallel zur Längsachse der Brennkammer angeströmt, so daß kein Lee-Bereich mit ungenügender Luftbewegung und demzufolge reduzierter Kühlwirkung entstehen kann. Jedoch sind entlang des sich an die Brennkammer anschließenden Rauchgaskanals derartige Oberflächen vorhanden, die nur unzureichend gekühlt werden und daher zu einer unerwünschten Kontamination der zu erwärmenden Trocknungsluft mit Stickoxiden führen können. Des weiteren ist die Brennstoffausnutzung nur gering, weil die Trocknungsluft in Gleichstrom zum Rauchgas von der Brennkammer zu einem Rohrbündel-Wärmetauscher strömt, in dem die Trocknungsluft im Kreuz-Gleichstrom zum Rauchgas geführt wird. Durch die serielle Anordnung der einzelnen Wärmetauschelemente sowie der im wesentlichen Gleichstromführung von Trocknungsluft und Rauchgas in diesen ist eine intensive Rauchgasabkühlung, die eine Voraussetzung für eine optimale Energieausnutzung darstellt, nicht gegeben.
Dieser Nachteil wird mit der in der DE 33 30 924 beschriebenen Vorrichtung behoben. Bei diesem Lufterhitzer strömt die Luft im Gegenstrom zum Rauchgas und entlang der Mantelfläche der Brennkammer. Das Anströmen des von Rauchgas durchströmten Rohrbündels mit kalter Luft führt zwar zu einer intensiven Rauchgasabkühlung und damit einer guten Energieausnutzung; allerdings wird diese bereits vorerhitzte Luft zur Kühlung der Mantelfläche der Brennkammer herangezogen. Dies führt dazu, daß die Kühlung der Mantelfläche der Brennkammer deutlich verschlechtert ist, weil das proportional in die Bestimmung des Wärmeübergangs eingehende treibende Temperaturgefälle deutlich verringert ist. Aus diesem Grund kann eine ausreichende Wärmeabfuhr von der Mantelfläche der Brennkammer nur mit unverhältnismäßig großem Brennkammerdurchmesser ermöglicht werden, weil hierdurch die Wärmeübertragungsfläche, die ebenfalls proportional zur abgegebenen Wärmemenge ist, vergrößert wird.
Die FR-A-1.138.276 beschreibt einen Brenner, dessen Abgase durch einen Wärmetauscher geführt werden. Die Brennkammer ist mit schraubenförmig angeordneten Rippenblechen sowie einem äußeren Mantel um die Rippenbleche herum versehen, so daß sich ein schraubenlinieger Strömungskanal um die Brennkammer herum bildet. Ein erster Luftstrom der zu erwärmenden Luft trifft auf das Ende der schraubenförmigen Rippe auf und umströmt die Brennkammer, während ein zweiter Luftstrom der zu erwärmenden Luft im Gegenstrom zu den Röhren des Wärmetauschers geführt wird.
Ausgehend von der FR-A-1.138.276liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, in einem einzigen, kompakten Gerät eine intensive Rauchgasabkühlung sicherzustellen und gleichzeitig die Oberflächentemperatur aller mit der Trocknungsluft in Berührung kommenden Außenflächen möglichst gering zu halten.
Dieses technische Problem wird durch eine Lufterhitzungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur indirekten Erwärmung von Luft nach Anspruch 7 gelöst.
Eine wirkungsvolle Kühlung sowohl des in der Brennkammer erzeugten Rauchgases in einem Rauchgas-Wärmetauscher, als auch der äußeren Mantelfläche der Brennkammer kann erzielt werden, weil jeweils Trocknungsluft mit diesen in Kontakt tritt, die noch nicht in einem vorgeschalteten Wärmeaustauschschritt vorerwärmt wurde. Hierdurch steht für die Kühlung der Mantelfläche der Brennkammer das größtmögliche, treibende Temperaturgefälle zur Verfügung, so daß eine wirksame Kühlung der Mantelfläche möglich ist. Des weiteren strömt der zweite Teilluftstrom an zu erwärmender Trocknungsluft entlang der äußeren Mantelfläche der Brennkammer, so daß sich keine Bereiche mit ungenügender Überströmung bilden, die überhitzen können, wodurch Wandtemperaturen entstehen können, die oberhalb der maximal tolerierbaren liegen. Indem die beiden Teilluftströme ohne gegenseitige Vermischung innerhalb der Lufterhitzungsanlage geführt werden, können diese jeweils speziell auf die beiden Teilaufgaben, eine intensive Rauchgaskühlung mit dem ersten Teilluftstrom und eine ausreichende Kühlung der mit dem Luftstrom in Berührung tretenden Außenflächen mit dem zweiten Teilluftstrom abgestimmt werden.
Indem der erste Teilluftstrom und der zweite Teilluftstrom der zu erwärmenden Trocknungsluft ohne gegenseitige Vermischung in der Lufterhitzungsanlage geführt werden, kann auf einfache und bequeme Weise, beispielsweise durch Einstellen des Druckverlustes eines oder beider Teilluftströme, der Massenanteil der beiden Teilluftströme reguliert werden
Die Lufterhitzungsanlage besitzt eine Einstellvorrichtung des Massenstromverhältnisses der zwei Teilluftströme der zu erwärmenden Trocknungsluft. Hierdurch kann die Lufterhitzungsanlage gezielt auf verschiedene Betriebsbereiche angepaßt werden. Wenn beispielsweise Trocknungsluft einer höheren oder niedrigeren Temperatur erzeugt werden soll, kann dies durch eine Einstellung des Massenstromverhältnisses der zwei Teilluftströme erreicht werden, ohne daß es zu einer unerwünschten Überhitzung innerhalb der Lufterhitzungsanlage kommen kann.
Die Einstellvorrichtung ist eine axial verschiebbare Prallscheibe. Die axial verschiebbare Prallscheibe verengt bzw. erweitert den Austrittsquerschnitt des Strömungskanals eines der beiden Teilluftströme am Austritt aus der Lufterhitzungsanlage und steuert somit den Druckverlust des jeweiligen Teilluftstromes. Dies ist deshalb möglich, weil der erste und der zweite Teilluftstrom der zu erwärmenden Trocknungsluft ohne gegenseitige Vermischung und somit ohne die Möglichkeit eines gegenseitigen Druckausgleiches in der Lufterhitzungsanlage geführt werden.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind durch die übrigen Ansprüche gekennzeichnet.
Vorteilhafterweise ist der Massenanteil des zweiten Teilluftstromes kleiner als der Massenanteil des ersten Teilluftstromes an zu erwärmender Luft.
Vorteilhafterweise ist die Brennkammer im wesentlichen rotationssymmetrisch geformt und liegt die Haupterstreckung der Brennkammer in Richtung der Rotationsachse der Brennkammer. Durch die rotationssymmetrische Form der Brennkammer wird deren Umströmung in Längsrichtung, d. h. in Richtung der Rotationsachse erleichtert.
Vorzugsweise wird der zweite Teilluftstrom der zu erwärmenden Trocknungsluft in einem geschlossenen Strömungskanal geführt, der die Brennkammer umgibt, wobei der geschlossene Strömungskanal Rippen oder Lamellen aufweist, die an der äußeren Mantelfläche der Brennkammer gebildet sind und sich in Hauptströmungsrichtung des zweiten Teilluftstromes innerhalb des Strömungskanals erstrecken.
Das Vorsehen eines geschlossenen Strömungskanales sowie die in Hauptströmungsrichtung darin angeordneten Rippen oder Lamellen stellen eine kontrollierte und gleichmäßige Überströmung der äußeren Mantelfläche der Brennkammer sicher. Hierdurch wird die Gefahr einer ungleichmäßigen und lokal ungenügenden Überströmung mit der daraus resultierenden örtlichen Überhitzung vermieden. Die auf der Luftseite, d. h. äußeren Mantelfläche, der Brennkammer aufgebrachten, wärmeleitenden Lamellen bewirken eine deutliche Vergrößerung der Wärmeaustauschfläche, wodurch die Kühlwirkung stark verbessert wird. Hierdurch kann der Volumenstrom des zweiten Teilluftstromes bei gleicher Wärmeübertragung von der Brennkammer auf den zweiten Teilluftstrom verringert werden.
Vorzugsweise umfaßt der Rauchgas-Wärmetauscher ein Rohrbündel, in dem die Rauchgase strömen, wobei der erste Teilluftstrom der zu erwärmenden Trocknungsluft im Kreuz-Gegenstrom um das Rohrbündel geführt wird. Durch die Kreuz-Gegenstromführung der Trocknungsluft zu dem Rauchgas kann eine bestmögliche Ausnutzung der im Brenner eingesetzten Primärenergie erzielt werden, indem die noch nicht vorgewärmte Luft in Wärmeaustausch mit dem austrittsseitigen Ende der Rauchgas-Rohre gebracht wird.
Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben, in denen:
Fig. 1
ein Längsschnitt durch die Lufterhitzungsanlage mit schematisch eingezeichneten Pfeilen zur Verdeutlichung der Strömungsrichtung der Rauchgassowie Teilluftströme; und
Fig. 2
ein Querschnitt durch die Lufterhitzungsanlage gemäß Fig. 1 darstellt.
Die in Fig. 1 dargestellte Lufterhitzungsanlage ist allgemein mit Referenznummer 10 bezeichnet. Die Lufterhitzungsanlage 10 besitzt ein geeignetes Gehäuse 12, dessen Aufbau mit verschiedenen Gehäusedeckeln, Flanschen und tragenden Bauteilen sowohl ein sicheres Aufstellen der Lufterhitzungsanlage 10 auf der Standfläche 14 als auch eine gute Zugänglichkeit zu den einzelnen Baugruppen ermöglicht, um die Lufterhitzungsanlage 10 warten und gegebenenfalls reinigen zu können.
Ein wesentliches Bauelement der Lufterhitzungsanlage 10 stellt die Brennkammer 16 dar, die mit einem Brenner 18 fest verbunden ist, der durch die Verbrennung eines flüssigen oder gasförmigen Brennstoffes Rauchgase erzeugt. Der Betrieb des Brenners 18, dessen Brennerflamme 19 schematisch in den Figuren dargestellt ist, wird im folgenden nicht näher erläutert, da es sich hier um eine in der Technik übliche Anbindung eines Brenners an eine Brennkammer handelt.
Für eine Konvektionstrocknung von Lebensmittel ist es nicht zulässig, die für die Trocknung verwendete Luft direkt durch die Brennerflamme zu erhitzen. Dies rührt daher, weil die im Rauchgas enthaltenen Schadstoffe über die Trocknungsluft auf das zu trocknende Gut, beispielsweise Braumalz, Milchpulver, Kaffee oder andere Lebensmittel, übertragen werden können. Daher muß die Erwärmung indirekt erfolgen, indem die bei der Verbrennung entstehenden, heißen Rauchgase in Wärmeaustausch zu der zu erwärmenden Luft gebracht werden.
Die in der Brennkammer 16 entstehenden Rauchgase A, deren Bewegungsrichtung schematisch durch die mit "A" gekennzeichneten Pfeile dargestellt ist, verlassen die Brennkammer 16 am Brennkammeraustritt 20, durch einen Rauchgas-Wärmetauscher 22, der sich an der Brennkammer anschließt.
Die Rohre des Rohrbündels des Rauchgas-Wärmetauschers 22 werden mit den Rauchgasen A beaufschlagt, und enden in einem Rauchgasauslaß 24, von dem aus die Rauchgase in geeigneter Weise abgeführt werden. In dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel werden die Rauchgase in einer Rohrbündelschleife geführt und die Strömungsrichtung der Rauchgase einerseits durch eine gezielte Biegung der einzelnen Rohre im Umlenkbereich 25 und andererseits durch Zwischenschalten einer Umlenkglocke 26 verändert.
Das Rohrbündel des Rauchgas-Wärmetauschers 22 verläuft vor dem Austritt aus der Lufterhitzungsanlage 10 entlang eines Lufteintritts 28, durch den ein Teilluftstrom der zu erwärmenden Luft in die Lufterhitzungsanlage 10 eintritt.
Die durch den Lufteintritt 28 eintretende, noch nicht vorgewärmte Luft wird in zwei Teilluftströme B und C aufgespalten, die voneinander unabhängig durch die Lufterhitzungsanlage 10 strömen und erst nach dem Austritt aus der Lufterhitzungsanlage 10 miteinander vermischt werden. Die Trennung der beiden Teilluftströme kann auf eine beliebige Weise erfolgen, beispielsweise durch den Einbau von Trenn- und Luftführungselementen, die im Gehäuse 12 angeordnet sind.
In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel bildet beispielsweise eine Wandung der Umlenkglocke 26 des Rauchgas-Wärmetauschers 22 einen Teil der hierfür erforderlichen Trennelemente.
Der erste Teilluftstrom B, dessen Strömungsverlauf in Fig. 1 durch die "B" gekennzeichneten Pfeile dargestellt ist, umströmt das mit Rauchgas beaufschlagte Rohrbündel des Rauchgas-Wärmetauschers 22. Wie bereits vorstehend erläutert wurde, befindet sich bei einem mehrgängigen Rauchgas-Wärmetauscher der letzte Durchgang vor dem Austritt des Rauchgases aus der Lufterhitzungsanlage in unmittelbarer Nähe zu dem durch den Lufteintritt 28 eintretenden, ersten Teilluftstrom B. Hierdurch entsteht eine Kreuz-Gegenstromführung zwischen dem zu kühlenden Rauchgas sowie dem zu erwärmenden Teilluftstrom B der zu erwärmenden Luft, wodurch eine bestmögliche Ausnutzung der im Brenner eingesetzten Primär-Brennstoffenergie erzielt wird.
Wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich ist, verläßt der erste Teilluftstrom B nach dem Umströmen der Rohrbündel des Rauchgas-Wärmetauschers 22 die Lufterhitzungsanlage 10 durch Austrittsöffnungen 30, an die sich geeignete Einrichtungen anschließen können, um den aus den Austrittsöffnungen 30 austretenden, erwärmten ersten Teilluftstrom B aufzunehmen und bestimmungsgemäß weiterzufördern.
Der zweite Teilluftstrom C der zu erwärmenden Luft wird vollkommen getrennt vom ersten Teilluftstrom B durch den Lufterhitzer geführt und wird in geeigneter Weise, beispielsweise über Luftführungsbleche 32, zur Brennkammer 16 geleitet, woraufhin der zweite Teilluftstrom C in einen Kammermantel 34 eintritt, der die Brennkammer 16 umgibt.
Der Kammermantel 34 ist so ausgebildet, daß der zweite Teilluftstrom C die äußere Mantelfläche der Brennkammer 16 vollständig umströmt. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, sind vorzugsweise Rippen bzw. Lamellen 36 an der äußeren Mantelfläche der Brennkammer 16 ausgebildet. Diese Lamellen 36 vergrößern die wärmeabgebende Fläche der Brennkammer 16 und vergrößern somit die Kühlwirkung durch den im Kammermantel 34 geführten zweiten Teilluftstrom C. Die Dimensionierung der lamellierten Brennkammergröße richtet sich nach der Vorgabe, wonach die Rauchgase in der Brennkammer soweit abgekühlt werden, daß auch am Brennkammeraustritt 20, an dem die Rauchgase in das Rohrbündel des Rauchgas-Wärmetauschers 22 eintreten, die Rohroberflächentemperatur eine Temperatur von 700 °C nicht übersteigt. Der zweite Teilluftstrom C wird parallel zur Längsachse der vorzugsweise im wesentlichen zylinderförmig ausgebildeten Brennkammer 16 durch den Kammermantel 34 geführt und verläßt die Lufterhitzungsanlage 10 an dem brennerfernen Ende der Brennkammer 16.
Vorzugsweise wird der zweite Teilluftstrom C beim Austritt aus der Lufterhitzungsanlage in zwei Teilströme aufgespalten, wobei ein erster Teilstrom die Lufterhitzungsanlage im wesentlichen in Richtung der Strömung durch den Kammermantel 34 verläßt, der andere Strom jedoch umgelenkt wird und das brennerferne, vorzugsweise glockenförmig ausgebildete, stirnseitige Ende der Brennkammer 16 umströmt, bevor er die Lufterhitzungsanlage verläßt.
Das austrittsseitige Aufteilen des zweiten Teilluftstromes C in die wiederum zwei Teilströme wird mit einer Prallscheibe 38 erreicht, die gleichzeitig dem Einstellen des Massenstromverhältnisses der beiden Teilluftströme B und C der zu erwärmenden Luft dient. Hierzu kann die Prallscheibe 38 in axialer Richtung, d. h. in Richtung der Längsachse der im wesentlichen zylinderförmigen Brennkammer 16, verschoben und lagefixiert werden.
Das Verschieben der Prallscheibe 38 regelt den Strömungswiderstand am Austritt des zweiten Teilluftstromes C aus der Lufterhitzungsanlage 10. Aufgrund der innerhalb der Lufterhitzungsanlage 10 vollständig getrennten Strömungsführung der beiden Teilluftströme B und C wirkt sich der ausgangsseitige Druckverlust des zweiten Teilluftstromes C auf die Verteilung der beiden Teilluftströme am Lufteintritt 28 aus. Je stärker mit Hilfe der Prallscheibe 38 der Austrittsquerschnitt für den zweiten Teilluftstrom C verengt wird, desto kleiner wird der zweite Teilluftstrom C, weil der Druckverlust mit sinkender Strömungsgeschwindigkeit des zweiten Teilluftstromes C abnimmt und am Lufteintritt 28 die zu trocknende Luft noch gemeinsam vorliegt, d. h. der Druck am Lufteintritt 28 für beide Teilluftströme B und C gleich groß ist.
Nach dem Austritt aus der Lufterhitzungsanlage 10 wird auch der zweite Teilluftstrom C in geeigneter Weise aufgenommen und bestimmungsgemäß weitergefördert.
Durch die Aufteilung der beiden Teilluftsströme B und C wird zum einen eine optimale Ausnutzung der eingesetzten Primär-Brennstoffenergie erreicht, indem der erste, noch nicht erwärmte, Teilluftstrom B im Kreuz-Gegenstrom zu den Rauchgasen im Rauchgas-Wärmeaustauscher 22 geführt wird, zum anderen eine ausreichende Kühlung der Brennkammer 16 durch die vollständige Umströmung derselben durch den zweiten, ebenfalls noch nicht erwärmten, Teilluftstrom C sichergestellt. Da der zweite Teilluftstrom C ebenfalls beim Eintritt in die Lufterhitzungsanlage 10 kalt ist, wird die Brennkammeroberfläche wirkungsvoll gekühlt. Hierzu trägt die Gestaltung der äußeren Mantelfläche der Brennkammer bei, die über sämtlichen Oberflächen eine ausreichende Luftzirkulation gewährleistet, aber insbesondere die Umströmung in Längsrichtung der Brennkammer. Da sich die Bemessung der lamellierten Brennkammergröße nach der Vorgabe richtet, wonach die Rauchgase in der Brennkammer soweit abgekühlt werden, daß auch am Rauchgaseintritt in das Rohrbündel die Rohroberflächentemperatur 700 °C nicht übersteigt, kann durch die Verwendung des ebenfalls kalten, zweiten Teilluftstromes C zur Kühlung der Brennkammer 16 diese kleiner dimensioniert werden und somit die gesamte Lufterhitzungsanlage trotz der optimalen Ausnutzung der eingesetzten Primär-Brennstoffenergie kompakter gestaltet werden.

Claims (9)

  1. Lufterhitzungsanlage zur indirekten Erwärmung von Luft für Trocknungsanlagen mit:
    einer Trennvorrichtung, die den zu erwärmenden Luftstrom in zwei Teilluftströme, einen ersten Teilluftstrom (B) und einen zweiten Teilluftstrom (C), die ohne gegenseitige Vermischung innerhalb der Lufterhitzungsanlage geführt werden, aufteilt;
    einem Rauchgas-Wärmetauscher (22), der die in einer Brennkammer (16) erzeugten Rauchgase (A) in wärmeübertragenden Kontakt zu der zu erwärmenden Luft bringt, wobei der Rauchgas-Wärmetauscher (22) mit dem noch nicht erwärmten ersten Teilluftstrom (B) im Kreuz-Gegenstrom beaufschlagt wird; und
    einer Brennkammer (16), deren Mantelfläche von dem noch nicht erwärmten zweiten Teilluftstrom (C) vollständig und gleichmäßig umströmt wird;
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Lufterhitzungsanlage eine Einstellvorrichtung zum Einstellen des Massenstromverhältnisses der zwei Teilluftströme besitzt, wobei
    die Einstellvorrichtung eine axial verschiebbare Prallscheibe ist.
  2. Lufterhitzungsanlage nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (16) im wesentlichen rotationssymmetrisch geformt ist und die Haupterstreckung der Brennkammer in Richtung der Rotationsachse der Brennkammer liegt.
  3. Lufterhitzungsanlage nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der die Brennkammer umströmende zweite Teilluftstrom (C) in Richtung der Rotationsachse der Brennkammer geführt wird.
  4. Lufterhitzungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der zweite Teilluftstrom (C) in einem geschlossenen Strömungskanal (34) geführt wird, der die Brennkammer (16) umgibt.
  5. Lufterhitzungsanlage nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der geschlossene Strömungskanal Rippen oder Lamellen (36) aufweist, die an der äußeren Mantelfläche der Brennkammer gebildet sind und sich in Hauptströmungsrichtung des zweiten Teilluftstromes (C) innerhalb des Strömungskanals (34) erstrecken.
  6. Lufterhitzungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Rauchgas-Wärmetauscher (22) ein Rohrbündel umfaßt, in dem die Rauchgase (A) strömen.
  7. Verfahren zur indirekten Erwärmung von Luft für Trocknungsanlagen umfassend die folgenden Schritte:
    Trennen des zu erwärmenden Luftstromes in zwei Teilluftströme, einen ersten Teilluftstrom und einen zweiten Teilluftstrom;
    Erhitzen des noch nicht erwärmten ersten Teilluftstromes durch Wärmeaustausch mit einem Rauchgas-Wärmetauscher, wobei der erste Teilluftstrom im Kreuz-Gegenstrom zum heißen Rauchgas geführt wird;
    Erhitzen des noch nicht erwärmten zweiten Teilluftstromes durch Wärmeaustausch mit der Mantelfläche einer Brennkammer, wobei der zweite Teilluftstrom die Brennkammer vollständig umströmt;
    Einstellen des Massenstromverhältnisses zwischen erstem Teilluftstrom und zweitem Teilluftstrom durch Veränderung des Druckverlustes eines der beiden Teilluftströme, den dieser bei dessen Durchtritt durch die Lufterhitzungsanlage erleidet; und
    Getrennter Abzug des ersten Teilluftstromes und des zweiten Teilluftstromes aus der Lufterhitzungsanlage.
  8. Verfahren zum Erwärmen von Luft in einer Lufterhitzungsanlage gemäß Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der zweite Teilluftstrom in einem die Brennkammer umgebenden Strömungskanal entlang wärmeabgebender Lamellen geführt wird.
  9. Verfahren zum Erwärmen von Luft in einer Lufterhitzungsanlage gemäß Anspruch 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Massenanteil des zweiten Teilluftstromes (C) an Trocknungsluft kleiner als der Massenanteil des ersten Teilluftstromes (B) an Trocknungsluft eingestellt wird.
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