SE455880B

SE455880B - HEATING INSTALLATION INCLUDING A HEATING PAN, HEATING PUMP, HEAT EXCHANGER TO RECOVER HEATING OF ROCK GAS

Info

Publication number: SE455880B
Application number: SE8202327A
Authority: SE
Inventors: P-O Kagstrom
Original assignee: Graenges Aluminium Ab
Priority date: 1982-04-14
Filing date: 1982-04-14
Publication date: 1988-08-15
Also published as: SE8202327L; EP0106866A1; WO1983003662A1

Description

_455 sso 10 15 20 25 so” 35 _,- - vissa intervall i sådana anläggningar, vilket ger en låg ut- nyttjningsgrad för de installerade värmeàtervinningsanord- ningarna. _455 sso 10 15 20 25 so ”35 _, - - certain intervals in such plants, which gives a low degree of utilization for the installed heat recovery devices.

En huvudanledning till att den ekonomiska besparingen är liten vid anläggningar förutnyttjande av vänmemängderna i uteluften är, att kraftig isbildning uppträder i värmeväx- larna vid temperaturer omkring och under 0 OC. Denna isbild- ning måste avlägsnas, och detta har hittills skett antingen genom att värmepumpen har vänts, så att värme överförts från utgàngssidan till ingångssidan för smältning av isen, eller genom anordnandet av särskilda avisningsslingor på värmeväx- larna. I det första falletnåste den normala driften avbrytas under vissa perioder, vilket är en avsevärd olägenhet, och i det andra fallet ökar anläggningskostnaderna avsevärt.A main reason why the economic savings are small at facilities utilizing the amount of heat in the outdoor air is that strong ice formation occurs in the heat exchangers at temperatures around and below 0 OC. This ice formation must be removed, and this has so far been done either by turning the heat pump so that heat is transferred from the outlet side to the inlet side for melting the ice, or by arranging special de-icing loops on the heat exchangers. In the first case the normal operation is interrupted during certain periods, which is a considerable inconvenience, and in the second case the construction costs increase considerably.

Huvudändamálet med föreliggande uppfinning är att àstad- komma en värmeanläggning för utnyttjande av tillskottsvärme från uteluft och andra energikällor med låg temperatur och från rökgaser eller andra energikällor med relativt hög tem- peratur, i vilken de ovan angivna olägenheterna har-undan- röjts. Detta ändamål uppnås genom att värmeanläggningen enligt uppfinningen ges de i kraven angivna kännetecknen. _Genom att en andra värmeväxlare är anordnad, vilken pas- seras av värmepannans rökgaser och vilken är ansluten till värmepumpens ingângssida, kan det från rökgaserna utvunna värmet användas för uppvärmning av det på värmepumpens ingångs- sida cirkulerande, värmebärande mediet. Härigenom kommer det- ta värmebärande mediums temperatur att höjas, vilket i hög grad motverkar isbildning i de värmeväxlare, som är inkoppla- de på värmepumpens ingàngssida. Dessutom kan det i denna and- ra värmeväxlare kraftigt uppvärmda värmebärande mediet direkt bringas att cirkulera genom den värmeväxlare, som passeras av t ex*uteluften, för snabbare avisning av denna, om så erford- ras. Genom parallellkoppling av värmeväxlarna på värmepumpens ingångssida kan varje ansluten värmeväxlare lätt avstängas för eventuell service. Genom att ansluta den andra värmeväxlaren till värmepumpen över en bufferttank uppnår man en utjämning av den ur rökgaserna utvunna värmemängden över längre tids- perioder, vilket är en fördel speciellt vid oljeeldade värme- 10 15 20 25 30 35 455 880 pannor. Genom att värmeväxlaren för rökgaserna är ansluten till en värmepump, kan temperaturen hos rökgaserna sänkas väsentligt längre än vad som tidigare har skett, vilket med- för att stora mängder vatten kan kondenseras i rökgaserna, varigenom även stora mängder svavel avlägsnas ur rökgaserna vid oljeeldade pannor, vilket är en stor fördel från miljö- synpunkt, samtidigt som större värmemängder utvinnes ur rök- gaserna. Genom att större värmemängder kan utvinnas ur rök- gaserna, kan större luftmängder tillåtas passera genom pan- nan, t ex vid inställning av oljebrännaren, varigenom sot- bildningen kan minskas, samtidigt som en stor del av värmet i den luft, som passerar genom värmepannan under de inter- vall, då oljebrännaren icke är i verksamhet, återvinnes.The main object of the present invention is to provide a heating plant for utilizing additional heat from outdoor air and other low-temperature energy sources and from flue gases or other energy sources with a relatively high temperature, in which the above-mentioned disadvantages have been eliminated. This object is achieved by giving the heating system according to the invention the characteristics specified in the claims. By arranging a second heat exchanger, which is passed by the flue gases of the boiler and which is connected to the inlet side of the heat pump, the heat extracted from the flue gases can be used to heat the heat-carrying medium circulating on the inlet side of the heat pump. As a result, the temperature of this heat-carrying medium will be raised, which to a large extent counteracts ice formation in the heat exchangers which are connected on the inlet side of the heat pump. In addition, the heat-carrying medium strongly heated in this other heat exchanger can be caused to circulate directly through the heat exchanger which is passed by, for example, the * outdoor air, for faster de-icing thereof, if required. By connecting the heat exchangers in parallel on the inlet side of the heat pump, each connected heat exchanger can be easily switched off for possible service. By connecting the second heat exchanger to the heat pump via a buffer tank, an equalization of the amount of heat extracted from the flue gases over longer periods of time is achieved, which is an advantage especially with oil-fired heating boilers. By connecting the heat exchanger for the flue gases to a heat pump, the temperature of the flue gases can be lowered significantly longer than has previously been the case, which means that large amounts of water can be condensed in the flue gases, thereby removing large amounts of sulfur from the flue gases in oil-fired boilers. which is a great advantage from an environmental point of view, at the same time as larger amounts of heat are extracted from the flue gases. By allowing larger amounts of heat to be extracted from the flue gases, larger amounts of air can be allowed to pass through the boiler, for example when setting the oil burner, whereby soot formation can be reduced, while a large part of the heat in the air passing through the boiler during the intervals when the oil burner is not in operation, it is recycled.

Genom att en värmeväxlare är inkopplad mellan värmepannans returledning och värmepumpens ingängssida, kan värme över- föras till värmepumpens ingàngssida vid behov, t ex när ute- luftens temperatur är låg och de från rökgaserna återvunna värmemängderna icke är tillräckliga för att ge en rimlig verkningsgrad hos värmepumpen. Härigenom kan den till värme- pumpen tillförda eleffekten utnyttjas på ett effektivt sätt, så att värmepumpens utnyttjningstid blir mycket hög. Värme- pumpen går nämligen kontinuerligt och förbrukar sålunda hela tiden eleffekt, vilken endast kommer till nytta när en viss mängd värme tillföres värmepumpens ingångssida.Because a heat exchanger is connected between the boiler's return line and the heat pump's inlet side, heat can be transferred to the heat pump's inlet side if necessary, eg when the outdoor air temperature is low and the amounts of heat recovered from the flue gases are not sufficient to give a reasonable heat pump efficiency. . In this way, the electrical power supplied to the heat pump can be utilized in an efficient manner, so that the utilization time of the heat pump is very high. Namely, the heat pump runs continuously and thus constantly consumes electrical power, which only comes in handy when a certain amount of heat is supplied to the inlet side of the heat pump.

En utföringsform av värmeanläggningen enligt uppfinning- en skall nu närmare beskrivas nedan med hänvisning till den bifogade ritningsfiguren, vilken schematiskt visar en värme- anläggning för utnyttjande av värmemängderna i uteluften och i rökgaserna från en oljeeldad värmepanna.An embodiment of the heating system according to the invention will now be described in more detail below with reference to the accompanying drawing figure, which schematically shows a heating system for utilizing the amounts of heat in the outdoor air and in the flue gases from an oil-fired boiler.

Den i figuren visade värmeanläggningen innefattar en oljeeldad värmepanna 10, vilken är försedd med en rökgaskanal 11 för de utgående rökgaserna från oljebrännaren och vilken är ansluten till ett värmeledníngssystem för cirkulerande varm- vatten med en utgàngsledning 12 och en returledning 13. Värme- anläggningen innefattar vidare en värmeväxlare lﬂ för värme- växling mellan uteluft och vatten, Uteluften passerar genom värmeväxlaren i pílens 15 riktning, och vattnet passerar i en ledningsslinga 16,17 till en förbindelseledning 18,19 till in- gångssidan 20 på en värmepump 21. Värmepumpens utgängssida 22 455 sso 10 15 20 25 30 35 är över en förbindelseledning 23,24 ansluten till returled- ningen 13 för det genom värmepannan cirkulerande varmvattnet.The heating system shown in the figure comprises an oil-fired boiler 10, which is provided with a flue gas duct 11 for the flue gases leaving the oil burner and which is connected to a heat conduction system for circulating hot water with an outlet line 12 and a return line 13. The heating system further comprises a heat exchanger l ﬂ for heat exchange between outdoor air and water, The outdoor air passes through the heat exchanger in the direction of the arrow 15, and the water passes in a line loop 16,17 to a connecting line 18,19 to the inlet side 20 of a heat pump 21. The heat pump outlet side 22 455 sso 10 15 20 25 30 35 is connected via a connecting line 23,24 to the return line 13 for the hot water circulating through the boiler.

Värmepumpens ingángssida är vidare ansluten till en and- ra värmeväxlare 25, vars utgångssida genom en ledningsslinga 26,27, lämpligen över en icke visad bufferttank, är ansluten till förbindelseledningen 18,19 till värmepumpens ingångs- sida. Värmevåxlaren 25 är genom en ledning 20,29 förbunden med rökgaskanalen 11 från värmepannan, så att rökgaserna kan bringas att passera genom värmeväxlaren 25. En uppsamlings- anordning 30 för kondens, som bildas i rökgaserna vid avkyl- ningen av dessa i värmeväxlaren, är ansluten till värmeväx- laren 25. I ledningen 28,29 är ytterligare en värmeväxlare 31 anordnad, vilken åstadkommer värmeväxling mellan de till värmeväxlaren 25 inströmmande rökgaserna och de från denna värmeväxlare utströmmande rökgaserna. Genom värmeväxlaren 31 uppvärmes de utgående rökgaserna i viss utsträckning, för att kondensat icke skall följa med rökgaserna tillbaka till rök- gaskanalen 11 och gå ut i skorstenen.The inlet side of the heat pump is further connected to a second heat exchanger 25, the outlet side of which is connected by a line loop 26,27, suitably over a buffer tank (not shown), to the connecting line 18,19 to the inlet side of the heat pump. The heat exchanger 25 is connected via a line 20,29 to the flue gas duct 11 from the boiler, so that the flue gases can be passed through the heat exchanger 25. A condensate collecting device 30, which is formed in the flue gases when they are cooled in the heat exchanger, is connected. to the heat exchanger 25. In the line 28, 29 a further heat exchanger 31 is arranged, which provides heat exchange between the flue gases flowing into the heat exchanger 25 and the flue gases flowing out of this heat exchanger. Through the heat exchanger 31, the outgoing flue gases are heated to a certain extent, so that condensate does not follow the flue gases back to the flue gas duct 11 and go out into the chimney.

En värmeväxlare 32 är anordnad för överföring av värme från värmepannans returledning 13 till värmepumpens ingångs- sida. Denna värmeväxlares ingángssida är över en ledning 33,3# förbunden med förbindelseledningen 23,2H mellan returledning- en 13 och värmepumpens utgångssida 22, så att returvatten kan bringas att cirkulera genom värmeväxlaren 32. Utgångssidan är över en ledning 35,36 förbunden med förbindelseledningen 18,19 till värmepumpens ingângssida; En elpanna 37 är ansluten över en ledning 38,39 till vär- mepannans 10 returledning 13. Elpannan bör ha en effekt, som är minst lika hög som värmepumpens elektriska märkeffekt, och är avsedd att kunna klara det normala värmebehovet under som- martid, då elenergin är relativt billig, och att ge en högre temperatur på returvattnet till värmepannan än vad som kan åstadkommas av värmepumpen, om en sådan högre temperatur er- fordras.A heat exchanger 32 is provided for transferring heat from the boiler return line 13 to the inlet side of the heat pump. The inlet side of this heat exchanger is connected via a line 33.3 # to the connecting line 23,2H between the return line 13 and the outlet side 22 of the heat pump, so that return water can be circulated through the heat exchanger 32. The outlet side is connected to the connecting line 18 via a line 35,36 , 19 to the inlet side of the heat pump; An electric boiler 37 is connected via a line 38,39 to the boiler 10 return line 13. The electric boiler should have an effect which is at least as high as the electric pump's electrical rated power, and is intended to be able to meet the normal heat demand during summer time, when the electrical energy is relatively cheap, and to give a higher temperature of the return water to the boiler than can be achieved by the heat pump, if such a higher temperature is required.

I det visade rörledningssystemet är vidare avstängnings- eller regleringsventiler #0-H4 inkopplade, och dessutom är de tänkta strömningsriktningarna indikerade medelst pilar.In the pipeline system shown, shut-off or control valves # 0-H4 are further connected, and in addition the intended flow directions are indicated by means of arrows.

Den visade anläggningen är avsedd att kunna drivas med 10 15 20 25 30 455 880 värme från uteluften under sommartid och med värme från ute- luften och eleffekten till värmepumpen samt tillsatsvärme från värmepannan under vintertid. Normalt kan värmepumpen dimensioneras så , att den ger en utgàngstemperatur på om- kring 80 °C, vilket i de flesta fall är tillräckligt. Elpan- nan behöver då endast undantagsvis inkopplas, t ex vid under- hållsarbeten eller reparationer på värmepumpen. Om högre tem- peraturer erfordras, kan elpannan inkopplas, eller också kan en högtemperaturvärmepump inkopplas, vilken kan leverera vär- me upp till en temperatur av omkring 105 OC. Värmepumpen kan arbeta ned till tex -5 OC. Om vatten användes såsom värme- bärande medium på värmepumpens kalla sida, måste detta vatten uppblandas med fryspunktsnedsättande Under vintertid är det svårt och/eller dyrbart att ta medel. värme ur uteluften. Kombinationen enligt uppfinningen ger ett väsentligt bättre utnyttjande av både de befintliga värmemäng- derna i uteluften och värmeinnehållet i rökgaserna, varigenom även aggregaten för upptagning av värme ur uteluften kan göras mindre och billigare än tidigare. Härigenom erhålles en stör- re besparing i oljeförbrukningen till lägre anläggningskost- nader än vad som tidigare har varit möjligt, vilket ger stora ekonomiska vinster samtidigt som väsentliga fördelar fràn mil- jösynpunkt erhålles. Även om endast en utföringsform av värmeanläggningen en- ligt uppfinningen har beskrivits ovan är det uppenbart, att många modifikationer och variationer är möjliga inom ramen för uppfinningstanken. Uppfinningen är givetvis användbar även vid värmepannor, som eldas med andra bränslen än olja, t ex kol, gas eller flis, och vid tillskottsvärme från andra källor än uteluften, t ex från returluft, jordytan, sjöar och spillvat- ten pch från solfångare. Flera av de nämnda källorna kan dess- utom kombineras i samma anläggning genom inkoppling av flera värmeväxlare parallellt, i serie eller på annat sätt. Värme- pumpen kan även med fördel arbeta med andra medier än vatten, t ex freon.The system shown is intended to be able to be operated with 10 15 20 25 30 455 880 heat from the outdoor air during the summer and with heat from the outdoor air and the electric power to the heat pump as well as additional heat from the boiler during the winter. Normally, the heat pump can be dimensioned so that it provides an outlet temperature of around 80 ° C, which in most cases is sufficient. The electric boiler then only needs to be switched on in exceptional cases, for example during maintenance work or repairs to the heat pump. If higher temperatures are required, the electric boiler can be switched on, or a high-temperature heat pump can be switched on, which can supply heat up to a temperature of around 105 OC. The heat pump can work down to eg -5 OC. If water is used as a heat-carrying medium on the cold side of the heat pump, this water must be mixed with freezing point reduction. During the winter, it is difficult and / or expensive to take agents. heat from the outdoor air. The combination according to the invention provides a significantly better utilization of both the existing amounts of heat in the outdoor air and the heat content in the flue gases, whereby also the units for absorbing heat from the outdoor air can be made smaller and cheaper than before. This results in a greater saving in oil consumption at lower construction costs than has previously been possible, which results in large economic gains while at the same time obtaining significant benefits from an environmental point of view. Although only one embodiment of the heating system according to the invention has been described above, it is obvious that many modifications and variations are possible within the scope of the inventive idea. The invention is of course also applicable to boilers which are fired with fuels other than oil, for example coal, gas or wood chips, and for additional heat from sources other than the outdoor air, for example from return air, soil surface, lakes and waste water and from solar collectors. Several of the mentioned sources can also be combined in the same system by connecting several heat exchangers in parallel, in series or in another way. The heat pump can also advantageously work with media other than water, such as freon.

Claims

455 san 10 15 20 25 30 35 Patent claim

A heating system, comprising a boiler (10) with a circulating, heat-carrying medium; a first heat exchanger (14) for recovering additional heat from a medium, the temperature of which is lower than the return temperature of the medium circulating through the boiler; a second heat exchanger (25), which is arranged to be passed by the flue gases of the boiler; and a heat pump (21), the inlet side (20) of which is connected to the outlet side of the first heat exchanger (14) by a connecting line (18, 19) and a line loop (16, 17), so that a heat-carrying medium can circulate therebetween. heat exchanger and the heat pump, and the output side (22) of which is connected to a return line (13) for the heat-carrying medium in the boiler, so that it can be heated by means of the heat pump, characterized in that the second heat exchanger (25) passes through a line loop (26,27) for heat-carrying medium is connected to the connecting line (18,19) on the inlet side (20) of the heat pump, so that the heat extracted from the flue gases is used to heat the heating medium circulating through the connecting line (18, 19). medium.

Heating system according to claim 1, characterized in that the second heat exchanger (25) on the output side is connected in parallel with the first heat exchanger (14).

Heating system according to Claim 1 or 2, characterized in that the second heat exchanger (25) is connected to the inlet side (20) of the heat pump via a buffer tank, which is intended for storing excess heat.

Heating system according to one of the preceding claims, characterized by a third heat exchanger (31), which is arranged to be passed both by the hot flue gases from the boiler and by the flue gases cooled in the second heat exchanger (25), so that the latter are heated before being released into the surrounding atmosphere.

Heating system according to claim 1, characterized in that a heat exchanger (32) is connected between the boiler; t »10 455 880 nan return line (13) and the inlet side (20) of the heat pump, so that heat can be transferred from the return line of the boiler to the medium circulating on the inlet side of the heat pump.

Heat system according to one of the preceding claims, characterized in that the first heat exchanger (14) is an air-to-water heat exchanger for absorbing heat from the surrounding atmosphere and that the second heat exchanger (25) is a flue gas water heat exchanger, the heat pump (21) having water as heat-carrying medium both on the inlet side (20), where the water is mixed with freezing point depressant, and on the outlet side (22) and is arranged to raise the temperature from about -5 degrees C on the inlet side to about +80 degrees C on the output side.