SE432301B

SE432301B - Method and device for preventing condensation of flue gases in a chimney

Info

Publication number: SE432301B
Application number: SE8204776A
Authority: SE
Inventors: Erik A Bilberg
Original assignee: Erik A Bilberg
Priority date: 1982-08-20
Filing date: 1982-08-20
Publication date: 1984-03-26
Also published as: SE8204776D0; SE8204776L

Abstract

In order to utilize the heat content in flue gases from furnaces with a high efficiency in a heating plant, the flue gases are cooled by heat exchanging down to a temperature near or below the dew point for certain corrosive agents present in the flue gas. This cooled gas is discharged through an inner flue gas pipe in a chimney, and through a slit-shaped channel 25 surrounding the inner pipe air or gas is carried having so high a temperature that deposition of condensate on the inner side of the flue gas pipe is prevented. <IMAGE>

Description

lO 15 20 25 30 35 åﬂßdïfïömâ tivt värmeutbyte då man endast arbetar med gasformiga media. lO 15 20 25 30 35 å ﬂ ßdïfïömâ tive heat exchange when working only with gaseous media.

REDOGÖRBLSE FÖR UPPFINNINGEN _ Ändamålet med uppfinningen är att lösa ovanstående problem för att med hög verkningsgrad kunna utnyttja värmevärdet i rökgaser från eldstäder utan att samtidigt skapa korrosion i rökskorstenen. Enligt uppfinningen kyls rökgaserna genom värmeväxling ned till en temperatur nära, alternativt under, kondensationstemperaturen för vissa i rök- gasen befintliga korrosiva ämnen, varefter den nedkylda gasen avleds genom ett rökgasrör i en rökskorsten samtidigt som gas eller luft med högre temperatur än i innerröret leds genom en yttre varmluft- kanal som omger rökgasröret i skorstenen, så att detta hålls vid så hög temperatur att kondensat förhindras från att avsättas på dess in- sida. Enligt en föredragen utföringsform kyls först alla rökgaser från eldstaden i värmepannan för att huvuddelen av värmeinnehållet i rökga- serna på detta sätt skall tillvaratas. Därefter kyls de avkylda rök- gaserna ytterligare i en värmeväxlare inkopplad mellan värmepannan och rökgasröret i skorstenen och/eller parallellt med rökgasröret i skor- stenen medan resten av de i värmepannan avkylda gaserna, vilka dock fortfarande håller en jämförelsevis hög temperatur, leds genom den varmluftkanal som omger rökgasröret i skorstenen. Varmluftkanalen har härvid i jämförelse med rökgasröret en liten sektionsarea, och den luftmängd som leds genom denna spaltformade varmluftkanal, kan vara liten i jämförelse med de rökgasmängder som leds genom rökgasröret.SUMMARY OF THE INVENTION The object of the invention is to solve the above problems in order to be able to utilize the calorific value of flue gases from fireplaces with high efficiency without at the same time creating corrosion in the smoke chimney. According to the invention, the flue gases are cooled by heat exchange down to a temperature close to, alternatively below, the condensation temperature of certain corrosive substances present in the flue gas, after which the cooled gas is diverted through a flue gas pipe in a flue while gas or air at a higher temperature than in the inner pipe is passed through an external hot air duct that surrounds the flue gas pipe in the chimney, so that it is kept at such a high temperature that condensate is prevented from depositing on its inside. According to a preferred embodiment, all flue gases from the fireplace in the boiler are first cooled in order for the main part of the heat content in the flue gases to be recovered in this way. Thereafter, the cooled flue gases are further cooled in a heat exchanger connected between the boiler and the flue gas pipe in the chimney and / or parallel to the flue gas pipe in the chimney while the rest of the gases cooled in the boiler, which still maintain a comparatively high temperature, are passed through the hot air duct. which surrounds the flue gas pipe in the chimney. In this case, the hot air duct has a small section area in comparison with the flue gas pipe, and the amount of air which is led through this slit-shaped hot air duct can be small in comparison with the flue gas quantities which are passed through the flue gas pipe.

För uppvärmning av den luft som leds genom varmluftkanalen kan en ytterligare värmeväxlare inkopplas mellan pannan och ovan nämnda värme- växlare för att utnyttja en del av värmeinnehållet i rökgaserna innan dessa leds genom den förstnämnda värmeväxlaren. Eventuellt kan den heta luften återcirkuleras i ett slutet system. För återcirkulationen kan ett ytterligare rör anordnas utanför det rör som mellan sig och rökgas- röret bildar varmluftkanalen. Detta yttre rör bildar sålunda en spalt I mellan ytterröret och varmluftkanalröret. Enligt den utföringsform, som kommer att visas i det följande, är varmluften tänkt att strömma upp genom den varmluftkanal som omger rökgasröret och återcirkuleras genom spalten i ytterröret. Det omvända förhållandet är dock också 10 15 20 25 30 35 aàb4776-2 tänkbart, d v s att den uppvärmda varmluften först bringas att ströma upp genom det yttre av nämnda rör för att därefter återcirkuleras i den varmluftkanal som närmast omger rökgasröret. I detta fall kommer alltså rökgaserna, då de strömar upp genom rökgasröret, i kontakt med en allt hetare yta, varigenom ytterligare garantier fås för att kondensering ej heller skall äga rum i skorstenens övre delar. Enligt en ytterligare utföringsform kan man även tänka sig att rökgaskanalen delas på längden i två halvor, varvid den ena halvan tjänstgör som led- ning i ena riktningen och den andra halvan som returledning. I prin- cip är det även möjligt att leda heta rökgaser i stället för ren luft genom den spalt som omger rökgasröret, vilket dock medför sotningsprob- lem.For heating the air which is led through the hot air duct, an additional heat exchanger can be connected between the boiler and the above-mentioned heat exchanger to utilize a part of the heat content in the flue gases before these are passed through the first-mentioned heat exchanger. Optionally, the hot air can be recirculated in a closed system. For recirculation, an additional pipe can be arranged outside the pipe which forms the hot air duct between it and the flue gas pipe. This outer tube thus forms a gap I between the outer tube and the hot air duct tube. According to the embodiment, which will be shown in the following, the hot air is intended to flow up through the hot air duct surrounding the flue gas pipe and is recirculated through the gap in the outer pipe. However, the reverse relationship is also conceivable, i.e. that the heated hot air is first caused to flow up through the exterior of said pipe and is then recirculated in the hot air duct closest to the flue gas pipe. In this case, the flue gases, as they flow up through the flue gas pipe, thus come into contact with an increasingly hotter surface, whereby further guarantees are obtained that condensation will not take place in the upper parts of the chimney either. According to a further embodiment, it is also conceivable for the flue gas duct to be divided lengthwise into two halves, one half serving as a pipe in one direction and the other half as a return pipe. In principle, it is also possible to direct hot flue gases instead of clean air through the gap surrounding the flue gas pipe, which, however, causes sooting problems.

Ytterligare kännetecken på samt fördelar med uppfinningen kommer att framgå av följande beskrivning av en föredragen utföringsform samt av de efterföljande patentkraven.Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment, and from the appended claims.

KORT FIGURBE SKRIVNING I den följande beskrivningen av en föredragen utföringsform kommer att hänvisas till bifogade ritningsfigurer, av vilka Fig. l schematiskt illustrerar ett vertikalt snitt genom anordningen enligt uppfinningen, Fig. 2 utgör ett snitt II-II, Fig. 3 illustrerar motsvarande snitt enligt en alternativ utförings- form BESKRIVNING AV FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM I fig. l har de delar som direkt berör anordningen enligt uppfinningen visats med heldragna linjer, medan mer eller mindre konventionella de- lar har strecklinjemarkerats. Sålunda har en strecklinjemarkerad vär- mepanna betecknats l. Den utgående rökgasstosen från värmepannan l har betecknats 2, en stigarledning för varmvatten har betecknats 3 och en returledning har betecknats 4. I returledningen finns en pump 5. &2047?6t2 10 15 20 25 30 35 Anordningen enligt uppfinningen innefattar två huvuddelar, nämligen dels en värmeväxlare 6, dels en speciellt utformad rökskorsten 7 i kombination med värmeväxlaren 6. Värmeväxlaren 6 innefattar en övre värmeväxlarenhet 8, där värmeväxling sker mellan heta rökgaser och vatten, och enligt utföringsformen kan även en undre värmeväxlare 9 anordnas för värmeväxling mellan rökgaser och luft. Den nedre värme- växlaren 9 innefattar härvid en rökgaskammare 10 som med en studs ll är ansluten till rökgasstosen 2. Från rökgaskammaren 10 leds rökgaser- na genom den övre värmeväxlaren 8 genom rökgaskanaler 14, som är utfor- made och arrangerade så att man får en effektiv värmeväxling. Enligt utföringsformen är kanalerna 14 anordnade i sick-sack, men även andra arrangemang är givetvis tänkbara för att öka värmeväxlingsytan. För sotning av rökgaskammaren 10 och rökgaskanalerna 14 finns sotluckor 19. Värmeväxlaren 6 är parallellkopplad med värmepannan l genom anslut- ningsledningar 16 och 17 till stigarledningen 3 respektive returled- ningen 4. De vattenfyllda delarna har försetts med isolering 18.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS In the following description of a preferred embodiment, reference will be made to the accompanying drawing figures, of which Fig. 1 schematically illustrates a vertical section through the device according to the invention, Fig. 2 constitutes a section II-II, Fig. 3 illustrates the corresponding section according to AN ALTERNATIVE EMBODIMENT DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT In Fig. 1, the parts which directly touch the device according to the invention have been shown in solid lines, while more or less conventional parts have been marked in dashed lines. Thus, a dashed line marked boiler has been designated 1. The outgoing flue gas nozzle from the boiler 1 has been designated 2, a riser line for hot water has been designated 3 and a return line has been designated 4. In the return line there is a pump 5. & 2047? 6t2 10 15 20 25 30 35 The device according to the invention comprises two main parts, namely a heat exchanger 6, and a specially designed smoke chimney 7 in combination with the heat exchanger 6. The heat exchanger 6 comprises an upper heat exchanger unit 8, where heat exchange takes place between hot flue gases and water, and according to the embodiment 9 are arranged for heat exchange between flue gases and air. The lower heat exchanger 9 here comprises a flue gas chamber 10 which with a bounce 11 is connected to the flue gas nozzle 2. From the flue gas chamber 10 the flue gases are led through the upper heat exchanger 8 through flue gas ducts 14, which are designed and arranged to obtain a efficient heat exchange. According to the embodiment, the ducts 14 are arranged in zig-zag, but other arrangements are of course also conceivable for increasing the heat exchange surface. For sooting the flue gas chamber 10 and the flue gas ducts 14 there are soot hatches 19. The heat exchanger 6 is connected in parallel with the boiler 1 through connecting lines 16 and 17 to the riser line 3 and the return line 4, respectively. The water-filled parts have been provided with insulation 18.

Rökskorstenen 7 består inifrån räknat av ett rökgasrör 20, ett varm- luftrör 21, ett ytterrör 22 samt ett kapslingsrör 23. Rökgasröret 20 bildar en rökgaskanal 24. Mellan rökgasröret 20 och varmluftröret 21 finns en spaltformad varmluftkanal 25 och mellan varmluftröret 21 och ytterröret 22 finns en spaltformad returledning 26 för varmluft. Ut- rymmet mellan kapslingsröret 23 och ytterröret 22 är fyllt med isole- ring 27.The flue chimney 7 consists from the inside of a flue gas pipe 20, a hot air pipe 21, an outer pipe 22 and a housing pipe 23. The flue gas pipe 20 forms a flue gas duct 24. Between the flue gas pipe 20 and the hot air pipe 21 there is a slit-shaped hot air duct 25 and between the hot air pipe 22 and the outer air pipe 21 a slit-shaped return line 26 for hot air. The space between the housing pipe 23 and the outer pipe 22 is filled with insulation 27.

De rökgaskanaler 14 som sträcker sig genom värmeväxlaren 8 mynnar i rökgaskanalen 24. Anslutningsöppningen i rökgasröret 20 har beteck- nats 28. Från rökgaskammaren lO finns även en direkt passage 29 till rökgaskanalen 24. För att hindra rökgaserna från att ströma upp genom rökgaskanalen 14 i värmeväxlaren 8 finns ett manuellt manövererbart spjäll 30 ovanför passagen 29. Detta spjäll är avsett att öppnas, då pannan skall tändas med fast bränsle, varvid maximalt drag önskas.The flue gas ducts 14 extending through the heat exchanger 8 open into the flue gas duct 24. The connection opening in the flue gas pipe 20 has been designated 28. From the flue gas chamber 10 there is also a direct passage 29 to the flue gas duct 24. To prevent the flue gases from flowing through the flue gas ducts 14 in the heat exchanger 8 there is a manually operable damper 30 above the passage 29. This damper is intended to be opened when the boiler is to be lit with solid fuel, whereby maximum draft is desired.

En sotlucka i rökgaskanalens 24 nedre ände har betecknats 31.A soot hatch in the lower end of the flue gas duct 24 has been designated 31.

Enligt utföringsformen har anordningen enligt uppfinningen ett slutet 10 15 20 25 3204776-2 varmluftsystem för att hindra kondensbildning på rökgasrörets 20 insida. Detta slutna varmluftsystem består av i serie nämnda spalt- formade varmluftkanal 25, som sträcker sig från i nivå strax över passagen 29 upp till varmluftrörets 21 övre kant 32; en överström- ningspassage 33 mellan varmluftkanalen 25 och returledningen 26; nämnda spaltformade returledning 26; en utluftningsledning 34 från returledningens 26 nedre ände; en fläkt 35; samt ett värmeväxlaraggre- gat 36, som via en inmatningsledning 37 är ansluten till varmluft- kanalens 25 nedre ände. Utluftningsledningen 34 och värmeväxlaraggre- gatet 36, som exempelvis kan bestå av ett antal parallellkopplade tuber, är anordnade i rökgaskammaren 10, där de omspolas med de heta rökgaserna från pannan 1, innan rökgaserna leds upp genom kanalerna 14 i värmeväxlaren 8.According to the embodiment, the device according to the invention has a closed hot air system for preventing condensation from forming on the inside of the flue gas pipe 20. This closed hot air system consists of the slit-shaped hot air duct 25 mentioned in series, which extends from level just above the passage 29 up to the upper edge 32 of the hot air pipe 21; an overflow passage 33 between the hot air duct 25 and the return line 26; said slit-shaped return line 26; a vent line 34 from the lower end of the return line 26; a fan 35; and a heat exchanger unit 36, which is connected via a supply line 37 to the lower end of the hot air duct 25. The vent line 34 and the heat exchanger assembly 36, which may for example consist of a number of tubes connected in parallel, are arranged in the flue gas chamber 10, where they are flushed with the hot flue gases from the boiler 1, before the flue gases are led up through the ducts 14 in the heat exchanger 8.

För att reglera temperaturen i varmluftkanalen 25, så att denna ligger på en tillräckligt hög nivå för att förhindra kondensbildning på rök- gasrörets 20 insida men ändå inte på en onödigt hög nivå, eftersom detta medför värmeförluster, finns en temperaturavkännare 38 anordnad i varmluftkanalens 25 övre del. Mätvärdena från temperaturavkännaren 38 omvandlas till styrinmulser för reglerorgan för fläkten 35, så att denna håller en hastighet och/eller startas eller stannas allt efter uppmätta värden i varmluftkanalen 25.In order to regulate the temperature in the hot air duct 25, so that it is at a sufficiently high level to prevent condensation from forming on the inside of the flue gas pipe 20 but still not at an unnecessarily high level, since this causes heat loss, a temperature sensor 38 is arranged in the upper hot duct 25. part. The measured values from the temperature sensor 38 are converted into control pulses for control means for the fan 35, so that it maintains a speed and / or is started or stopped according to measured values in the hot air duct 25.

I fig. 3 visas även en alternativ utföríngsform. I detta fall har man endast ett ytterrör 22', som är delat i två halvor genom mellanväggar 39. Den ena halvan kan härvid tjänstgöra som uppåtgående varmluftkanal 40, medan den andra halvan 41 bildar nedåtströmmande varmluftkanal 41.Fig. 3 also shows an alternative embodiment. In this case, there is only one outer pipe 22 ', which is divided into two halves by partitions 39. One half can in this case serve as an upwardly hot air duct 40, while the other half 41 forms a downwardly flowing hot air duct 41.

Claims

ﬁ â-QÅ-Tïfösâ PATENT REQUIREMENTS

1. A process at a heating plant for high efficiency utilization of the calorific value of flue gases from fireplaces characterized in that the flue gases are cooled by heat exchange to a temperature close to or below the dew formation temperature of certain corrosive substances present in the flue gas, that this cooled gas diverted through an internal flue gas pipe (20) in a flue, and through a slit-shaped duct (25) surrounding the inner pipe in the chimney air or gas which has such a high temperature that condensate is prevented is deposited on the inside of the flue gas pipe.

Method according to claim 1, characterized in that the flue gases from the fireplace are first cooled in a boiler (1) to recover the main part of the heat content, after which at least the main part of the cooled flue gases is further cooled in a heat exchanger (8) connected between the boiler and the chimney and / or parallel to the chimney;

3. A method according to claim 2, characterized in that the flue gases, before they are started in the heat exchanger, are first brought to heat air which is led up through the slit-shaped duct which surrounds the inner pipe.

4. A method according to claim 3, characterized in that the hot air is caused to circulate in a closed system.

Device for utilizing the calorific value of flue gases from fireplaces with high efficiency, characterized by a water-permeable heat exchanger (8) in which flue gases in the fireplace are arranged to give off heat to the water and cool to a temperature close to or below the condensation temperature. for certain corrosive substances present in the flue gas, as well as a at least double-walled flue chimney with an inner flue gas pipe for the flue gases cooled by said heat exchange and at least one further pipe (21) outside the flue gas pipe 85204776-2 forming a gap (25) for hot air or hot gas around the inner tube.

Device according to claim 5, characterized in that at least two pipes surround the flue gas pipe, so that around the flue gas pipe two slit-shaped channels are obtained, one channel constituting a supply line for hot air and the other channel a return line for hot air.

Device according to claim 6, characterized in that the supply line (25) is the line closest to the flue gas pipe, and that the return line consists of the gap (26) surrounding the hot air pipe (21) between it and the flue gas pipe. forms said hot air duct.