DE10110783A1

DE10110783A1 - Heizungsanlage und Verfahren zum Betreiben einer Heizungsanlage

Info

Publication number: DE10110783A1
Application number: DE10110783A
Authority: DE
Inventors: Dieter Reintanz
Original assignee: Innovationen Zur Verbrennungstechnik GmbH
Current assignee: Innovationen Zur Verbrennungstechnik GmbH
Priority date: 2001-03-06
Filing date: 2001-03-06
Publication date: 2002-10-02
Also published as: WO2002070951A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Heizungsanlage (1), wobei in einer Heizkesseleinrichtung (2) ein Brennstoff verbrannt wird. Um ein Verfahren der vorgenannten Art zur Verfügung zu stellen, bei dem einerseits der Schadgasanteil und insbesondere der NOx-Anteil deutlich verringt und andererseits ein verbesserter Wirkungsgrad erzielt wird, ist vorgesehen, daß aus den bei der Verbrennung des Brennstoffs (B) entstehenden Rauchgasen ein im Kreislauf geführtes Trägergas rückgewonnen wird, daß dem Trägergas ein sauerstoffhaltiges Gas zugegeben wird und daß das sauerstoffhaltige Trägergas als Verbrennungsgas der Heizkesseleinrichutng (2) zugeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Heizungsanlage, wobei in einer Heizkesseleinrichtung ein Brennstoff verbrannt wird. Des wei teren betrifft die vorliegende Erfindung eine Heizungsanlage mit einer Heiz kesseleinrichtung.

Heizungsanlagen sowie Verfahren der vorgenannten Art sind bereits aus der Praxis seit langem bekannt. Derartige Heizungsanlagen werden üblicherwei se als Hausheizungen eingesetzt, können aber auch im industriellen Bereich eingesetzt werden. Nachteilig bei den bekannten Heizungsanlagen ist, daß bei der Verbrennung des Brennstoffs ein erheblicher Anteil an Schadgasen insbesondere in Form von NO_X entsteht, der an die Umgebung abgegeben wird. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die bekannten Heizungsanla gen mit einem vergleichsweise schlechten Wirkungsgrad arbeiten. Dieser er gibt sich im wesentlichen aufgrund von Wärmeverlusten durch Abgase.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs ge nannten Art sowie eine Heizungsanlage zur Verfügung zu stellen, wobei ei nerseits der Schadgasanteil und insbesondere der NO_X-Anteil deutlich verrin gert und andererseits ein verbesserter Wirkungsgrad erzielt wird.

Die vorgenannte Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlichen bei dem ein gangs genannten Verfahren dadurch gelöst, daß aus den bei der Verbrennung des Brennstoffes entstehenden Rauchgasen ein im Kreislauf geführtes und an der Verbrennung nicht oder allenfalls bei sehr hohen Temperaturen teil nehmendes Trägergas rückgewonnen wird, daß das Trägergas mit einem sau erstoffhaltigen Gas gemischt wird und daß das sauerstoffhaltige Trägergas als Verbrennungsgas der Heizkesseleinrichtung zugeführt wird. Vorrichtungsge mäß ist vorgesehen, daß eine der Heizkesseleinrichtung nachgeordnete Rück gewinnungseinrichtung zur Rückgewinnung eines im Kreislauf geführten Trägergases aus dem bei der Verbrennung entstehenden Rauchgas vorgese hen ist, daß eine der Rückgewinnungseinrichtung nachgeordnete Mischkam mer vorgesehen ist, in der das Trägergas und ein zugeführtes, sauerstoffhaltiges Gas vermischt werden und daß die Mischkammer zur Zuführung des sau erstoffhaltigen Trägergases zur Verbrennung mit der Heizkesseleinrichtung verbunden ist.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß durch Verwendung eines im Kreislauf geführten Trägergases, das aus den Rauchgasen rückgewonnen wird, der Anteil an Schadgasen, die an die Umgebung abgegeben werden, er heblich verringert werden kann. Damit das Trägergas, das als solches nach der Verbrennung keinen Sauerstoff mehr enthält, wiederum zur Verbrennung eingesetzt werden kann, wird ihm sauerstoffhaltiges Gas zugegeben bzw. es wird mit sauerstoffhaltigem Gas angereichert. Im Ergebnis weist das Verbren nungsgas damit eine andere Zusammensetzung auf als die übliche Zusam mensetzung der Luft mit einem Stickstoffanteil von ca. 78%. Durch den Ein satz des sauerstoffangereicherten Trägergases als Verbrennungsgas wird im Ergebnis der Stickstoffanteil zugunsten des Trägergases im Verbrennungsgas verringert. Im Hinblick auf eine vollständige Vermeidung von NO_X im Abgas ist es als optimal anzusehen, den Anteil von Stickstoff im Verbrennungsgas vollständig durch Trägergas zu ersetzen. Die Verwendung des Trägergases an sich in Verbindung mit Sauerstoff ist deshalb erforderlich, da die Zufüh rung von reinem Sauerstoff als Verbrennungsgas die Gefahr einer Explosion in der Heizkesseleinrichtung in sich birgt.

Besonders geeignet als Trägergas ist insbesondere Kohlendioxid (CO₂) oder ein Inertgas, insbesondere ein Edelgas. Die Verwendung von CO₂ als Träger gas ist deshalb besonders günstig, da CO₂ bei der Verbrennung des Brenn stoffs in der Heizkesseleinrichtung ohnehin entsteht und bereits kurze Zeit nach dem Start der erfindungsgemäßen Heizungsanlage im Überschuß vor liegt. Bei Verwendung eines Edelgases als Trägergas bietet sich insbesondere Argon an und zwar deshalb, da Argon ein natürlicher Bestandteil der Luft ist und aus der Luft gewonnen werden kann. Im übrigen versteht es sich, daß das Trägergas nicht ausschließlich aus CO₂ oder aber Inertgas bestehen muß. Es ist hinreichend, wenn das Trägergas einen überwiegenden Anteil an CO₂ oder Inertgas aufweist. Allerdings versteht es sich, daß auch andere Gase oder Gasgemische als CO₂ oder den vorgenannten Edelgasen als Trägergas verwendet werden können.

Grundsätzlich ist es möglich, das Trägergas mit jeder beliebigen Einrichtung, die die Rückgewinnung aus dem Rauchgas ermöglicht, wiederzugewinnen. Bevorzugt wird das Trägergas aber mittels Adsorption aus dem Rauchgas zu rückgewonnen. Konstruktiv weist die Rückgewinnungseinrichtung hierzu eine Adsorptionseinrichtung mit wenigstens einem ein Adsorptionsmittel auf weisenden Adsorber auf. Das Trägergas kann hierbei je nach Art des Gases durch das Adsorptionsmittel hindurchgeführt oder aber adsorbiert und durch anschließende Desorption gewonnen werden. Um die Adsorption korrekt durchführen zu können, weist die Rückgewinnungseinrichtung einen vorge schalteten Verdichter auf, über den die Rauchgase vor der Zuführung zur Adsorptionseinrichtung verdichtet werden.

Die bei der Adsorption vom Rauchgas abgetrennten Schadgase sowie gege benenfalls überschüssiges Trägergas - insbesondere im Falle der Verwen dung von CO₂ als Trägergas - wird an die Umgebung vorzugsweise über den Kamin abgegeben. Hierzu ist eine entsprechende, vorzugsweise in den Kamin mündende Ablaßleitung der Adsorptionseinrichtung vorgesehen.

Um sicherzustellen, daß stets ein hinreichender Anteil an Trägergas vorhan den ist, um die erforderliche Zusammensetzung des Verbrennungsgases zu gewährleisten, wird das Trägergas nach der Rückgewinnung gespeichert bzw. gepuffert. Konstruktiv ist der Rückgewinnungseinrichtung hierzu ein Speicher/Puffer für Trägergas nachgeordnet, der wiederum mit der Mischkam mer verbunden ist.

Als sauerstoffhaltiges Gas, mit dem das Trägergas angereichert wird, wird ins besondere reiner Sauerstoff und/oder Luft und/oder sauerstoffangereicherte Luft verwendet. Der Vorteil der Verwendung reinen Sauerstoffs liegt darin, daß in diesem Falle keine weiteren Schadgase enthalten sind. Der Vorteil der Verwendung von Luft liegt darin, daß diese ohne weiteres angesaugt und der Mischkammer zugeführt werden kann, ohne daß weitere Einrichtungen erfor derlich wären. Der Vorteil der Verwendung sauerstoffangereicherter Luft liegt darin, daß die Erhöhung des Sauerstoffanteils in der Luft mit einer Ver ringerung des Stickstoffanteils einhergeht, wodurch der mögliche NO_X-Anteil, der bei der Verbrennung entstehen kann, verringert wird.

Zur Herstellung sauerstoffangereicherter Luft eignet sich ebenfalls die Ad sorptionstechnik, bei der der Luft Stickstoff zumindest teilweise entzogen wird. Konstruktiv ist in diesem Zusammenhang eine Adsorptionseinrichtung zur Abtrennung von Stickstoff und zur Anreicherung von Sauerstoff vorge sehen, die wenigstens einen Adsorber mit einem stickstoffadsorbierenden Ad sorptionsmittel aufweist. Der über die Adsorptionseinrichtung abgetrennte Stickstoff kann über eine entsprechende, beispielsweise in den Kamin mün dende Ablaßleitung der Adsorptionseinrichtung an die Umgebung abgege ben werden.

Zum korrekten Betrieb der Adsorptionseinrichtung ist, wie dies bereits vorab beschrieben worden ist, der Adsorptionseinrichtung ein Verdichter vor- und ein Speicher zur Speicherung/Pufferung der sauerstoffangereicherten Luft nachgeschaltet. Der Speicher ist dann mit der Mischkammer verbunden. Es darf allerdings darauf hingewiesen werden, daß statt einer Adsorptionsein richtung auch andere Sauerstoffgewinnungseinrichtungen verwendet wer den können.

Mit der Mischkammer kann weiterhin als Alternative zur Adsorptionseinrich tung oder aber auch in Kombination dazu ein austauschbarer Sauerstoffspei cher verbunden sein. Weiterhin kann mit der Mischkammer eine Zuführlei tung zur Zuführung von Luft verbunden sein. Diese Leitung kann mit einem separaten Verdichter oder aber mit dem Verdichter der Adsorptionseinrich tung verbunden sein.

Wird als Trägergas nicht CO₂ verwendet, bietet es sich an, einen austausch baren Trägergasspeicher zur Zuführung von Trägergas vorzusehen. Der aus tauschbare Trägergasspeicher ist dann ebenfalls mit der Mischkammer ver bunden. über den Trägergasspeicher ist es möglich, Trägergasverluste auszu gleichen bzw. bereits kurz nach Anfahren der Anlage den für die jeweilige Verbrennung optimalen Anteil an Trägergas im Verbrennungsgas sicherzu stellen.

Um die Verbrennung optimal steuern oder regeln zu können, ist vorteilhafter weise eine Einrichtung zur Steuerung oder Regelung der Zusammensetzung des Trägergases vorgesehen. Im Falle der Regelung wird der Sauerstoffgehalt und/oder der Gehalt an Trägergas im Verbrennungsgas gemessen und be darfsweise Sauerstoff und/oder (sauerstoffangereicherte) Luft und/oder Trä gergas nachdosiert. Konstruktiv sind in dieser Hinsicht an den einzelnen, vor genannten Einrichtungen oder aber an den jeweiligen Zuführleitungen zur Mischkammer von der Einrichtung zur Steuerung oder Regelung angesteuer te Ventile vorgesehen, über die die zugeführte Menge an sauerstoffangerei cherter Luft, reinem Sauerstoff, (sauerstoffangereicherter) Luft und/oder Trä gergas gesteuert wird. Die Messung der Zusammensetzung des sauerstoffan gereicherten Trägergases und/oder Bestandteilen davon erfolgt vorzugswei se in der Mischkammer oder aber in der Zuführleitung von der Mischkammer zur Heizkesseleinrichtung.

Verfahrenstechnisch ist es weiterhin günstig, der Rückgewinnungseinrich tung einen Wärmetauscher und/oder einen Kondensator vorzuschalten, um einerseits dem Rauchgas Wärmeenergie zu entziehen, die ansonsten unge nutzt an die Umgebung abgegeben würde, und um andererseits Kondensat abzuscheiden. Die dem Rauchgas entzogenen Wärmeenergie wird bevorzugt dazu verwendet, das Verbrennungsgas aufzuheizen, was zu einer weiteren Verbesserung des Wirkungsgrades des erfinderischen Verfahrens führt.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeich nung erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer erfindungsge mäßen Heizungsanlage,

Fig. 2 eine schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Heizungsanlage,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Heizkesseleinrichtung der er findungsgemäßen Heizungsanlage,

Fig. 4 eine Ansicht von Brennkammern der Heizkesseleinrichtung und

Fig. 5 eine Ansicht einer anderen Ausführungsform der erfindungsge mäßen Heizkesseleinrichtung.

In den Fig. 1 und 2 ist schematisch eine Heizungsanlage 1 dargestellt. Bei der Heizungsanlage 1 kann es sich sowohl um eine Hausheizungsanlage mit einer maximalen Leistung von 1 MW handeln, die zur Beheizung von Gebäuden und zur Warmwasseraufbereitung dient, aber auch um eine sogenannte Indu strie-Heizungsanlage mit einer maximalen Leistung von mehr als 1 MW. Die Heizungsanlage 1 weist eine Heizkesseleinrichtung 2 auf, auf die in Verbin dung mit den Fig. 3 bis 5 weiter unten noch näher eingegangen wird.

Wesentlich bei der erfindungsgemäßen Heizungsanlage 1 ist nun, daß eine der Heizkesseleinrichtung 2 nachgeordnete Rückgewinnungseinrichtung 3 zur Rückgewinnung eines im Kreislauf geführten Trägergases aus dem bei der Verbrennung entstehenden Rauchgas vorgesehen ist. Die Rauchgase werden also vom Heizkessel 2 über Rauchgasführungen der Rückgewin nungseinrichtung 3 zugeführt. Weiterhin ist eine der Rückgewinnungsein richtung 3 nachgeordnete Mischkammer 4 vorgesehen, in der das Trägergas und ein zugeführtes sauerstoffhaltiges Gas vermischt werden. Schließlich ist vorgesehen, daß die Mischkammer 4 zur Zuführung des sauerstoffhaltigen Trägergases zur Verbrennung mit der Heizkesseleinrichtung 2 über eine ent sprechende Leitung 5 verbunden ist.

Die Rückgewinnungseinrichtung 3 weist vorliegend eine Adsorptionsein richtung auf. Die Rückgewinnung erfolgt also über die Adsorptionstechnik. Hierzu weist die Adsorptionseinrichtung vorliegend zwei im Wechsel betrie bene Adsorber auf, die jeweils ein Adsorptionsmittel enthalten, das zur Ad sorption oder zur Desorption des Trägergases geeignet ist. Der Rückgewin nungseinrichtung 3 vorgeschaltet ist ein Verdichter 6. Der Verdichter 6 und die Rückgewinnungseinrichtung 3 sind über eine Leitung 7 miteinander ver bunden. Die Rückgewinnungseinrichtung 3 weist im übrigen eine Ablaßlei tung 8 zum Ablassen von bei der Rückgewinnung des Trägergases abge trennten Gasen auf. Diese Gase werden vorzugsweise über den nicht darge stellten Kamin der Heizungsanlage 1 abgeführt.

Der Rückgewinnungseinrichtung 3 nachgeordnet ist vorliegend ein Speicher 9, bei dem es sich um einen Puffer für das gewonnene Trägergas handelt. Die Rückgewinnungseinrichtung 3 und der Speicher 9 sind über eine Leitung 10 miteinander verbunden. Der Speicher 9 wiederum ist mit der Mischkammer 4 über eine Leitung 11 verbunden.

Weiterhin ist die Mischkammer 4 mit einer Einrichtung 12 zur Abtrennung von Stickstoff und gleichzeitiger Anreicherung von Sauerstoff verbunden. Die Einrichtung 12 weist eine Adsorptionseinrichtung 13 auf, die vorliegend wiederum mit zwei Adsorbern versehen ist, die im Wechsel betrieben werden und jeweils ein stickstoffadsorbierendes Adsorptionsmittel aufweisen. Der adsorbierte Stickstoff wird nach der Desorption über eine Ablaßleitung 13 ins Freie abgeführt. Vorzugsweise mündet die Leitung 13 in den Kamin. Der Ad sorptionseinrichtung 13 nachgeschaltet ist ein der Pufferung dienender Spei cher 15 für Sauerstoff bzw. sauerstoffangereicherte Luft. Die Adsorptions einrichtung 13 und der Speicher 15 sind dabei über eine Leitung 16 mitein ander verbunden. Weiterhin ist der Speicher 15 über eine Leitung 17 mit der Mischkammer 4 verbunden.

Die Einrichtung 12 weist weiterhin einen Verdichter 18 auf, der der Adsorpti onseinrichtung 13 vorgeschaltet und mit dieser über eine Leitung 19 verbun den ist. Der Verdichter 18 dient zum Ansaugen von Luft, was mit dem Pfeil A angedeutet ist und zur Erzeugung des zur Adsorption notwendigen Druckes.

Vorliegend ist im übrigen so, daß der Verdichter 18 über eine Leitung 20 auch direkt mit der Mischkammer 4 verbunden ist. Hierdurch ist es möglich, der Mischkammer "normale" Luft zuzuführen. Es darf darauf hingewiesen wer den, daß es sich versteht, daß die Leitung 20 auch in eine der Leitungen 16 oder 17 oder aber den Speicher 15 münden kann.

Die Fig. 1 und 2 unterscheiden sich dahingehend, daß bei der Ausführungs form gemäß Fig. 2 eine Einrichtung 12 zur Abtrennung von Stickstoff und gleichzeitiger Anreicherung von Sauerstoff nicht vorgesehen ist. Statt dessen ist ein austauschbarer Sauerstoffspeicher 21 vorgesehen, der über eine Lei tung 22 mit der Mischkammer 4 verbunden ist. Weiterhin ist ein Verdichter 23 vorgesehen, der über eine Leitung 24 mit der Mischkammer 4 verbunden ist. Über den Verdichter 23 wird "normale" Luft angesaugt und der Misch kammer 4 zugeführt. Es darf darauf hingewiesen werden, daß es grundsätz lich auch möglich ist, entweder nur einen Verdichter oder aber nur einen Sauerstoffspeicher vorzusehen. Bedarfsweise ist es auch möglich, den Sauer stoffspeicher 21 bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform vorzusehen.

Bei beiden Ausführungsformen ist es im übrigen so, daß ein austauschbarer Trägergasspeicher 25 vorgesehen ist, der über eine Leitung 26 mit der Mischkammer 4 verbunden ist. Es darf darauf hingewiesen, daß der Träger gasspeicher 25 nicht in jedem Falle unbedingt erforderlich ist. Bei Verwen dung von CO₂ ist ein Trägergasspeicher an sich nicht erforderlich. Bei Ver wendung von Argon als Trägergas ist die Verwendung eines Trägergasspei chers anzuraten. Zwar ist Argon als natürlicher Bestandteil in der Luft enthal ten, jedoch nur zu einem sehr geringen Anteil. Die Anreicherung von Argon im Trägergas nach dem Anfahren der erfindungsgemäßen Heizungsanlage 1 ist je nach Wirkungsgrad der Rückgewinnungseinrichtung 3 möglich, aller dings dauert es vergleichsweise lange, bis das Trägergas einen überwiegen den Anteil an Argon aufweist. In Fällen, bei denen der Hauptbestandteil des Trägergases ein solches Gas ist, das weder in der Luft enthalten ist, noch bei der Verbrennung entsteht, ist ein Trägergasspeicher unbedingt erforderlich, um dem Verbrennungskreislauf überhaupt das betreffende Gas zuzuführen und Verluste auszugleichen.

Weiterhin weist die Heizungsanlage 1 eine Einrichtung 27 zur Regelung der Zusammensetzung des sauerstoffangereicherten Trägergases bzw. des Ver brennungsgases auf. Hierzu ist die Einrichtung 27 mit Ventilen 28 gekoppelt, die nicht nur öffnen und schließen, sondern über die auch die Durchflußmen ge eingestellt werden kann. Die Ventile 28 befinden sich dabei jeweils in den zur Mischkammer 4 führenden Leitungen.

Die Einrichtung 27 zur Regelung weist weiterhin eine Meßeinrichtung 29 auf, die zur Messung der Zusammensetzung des sauerstoffangereicherten Trägergases bzw. von Bestandteilen davon dient. Die Meßeinrichtung 29 mißt dabei die Zusammensetzung in einem Bereich der Mischkammer 4, in dem bereits eine hinreichende Mischung der zugeführten Gase vorgenom men worden ist und sich hinsichtlich des Trägergases konstante Verhältnisse bezüglich der Zusammensetzung ergeben. Es ist im übrigen allerdings auch ohne weiteres möglich, in der Leitung 5 zu messen.

Die Mischkammer 4 ist im übrigen derart ausgebildet, daß sich darin eine in tensive Vermischung der einzelnen zugeführten Bestandteile ergibt.

Im Kreislaufsystem der erfindungsgemäßen Heizungsanlage 1 sind im übrigen zwischen der Heizkesseleinrichtung 2 und dem Verdichter 6 ein Wärmetau scher 30 und ein Kondensatabscheider 31 vorgesehen. Der Wärmetauscher 30 ist dabei, was im einzelnen nicht dargestellt ist, mit der Mischkammer 4 und/oder der Leitung 5 zur Zuführung des Verbrennungsgases zur Heizkes seleinrichtung 2 gekoppelt, um das Verbrennungsgas vorzuwärmen.

In Fig. 3 ist schematisch eine mögliche Ausgestaltung der Heizkesseleinrich tung 2 dargestellt. Die dargestellte Heizkesseleinrichtung 2 weist vorliegend einen Heizkessel 32 auf, in dem eine Mehrzahl von Brennkammern 33 vorge sehen sind. In jede der Brennkammern 33 ist ein Brenner 34 gerichtet. Ent scheidend ist in diesem Zusammenhang, daß der Durchmesser der einzelnen Brennkammern 33 jeweils kleiner 30 cm ist, und zwar unabhängig von der Leistung der Heizungsanlage 1 bzw. der Heizkesseleinrichtung 2 ist es so, daß der Durchmesser der einzelnen Brennkammern 33 jeweils kleiner 30 cm ist. Bei einer Hausheizungsanlage ist es zur Erzielung einer besonders hohen Heizflächenbelastung und für einen günstigen Wirkungsgrad vorteilhaft, wenn die Querschnittsfläche jeder Brennkammer 33 nicht größer 200 cm², vorzugsweise nicht größer als 30 cm² ist.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform sind in durchgezogenen Li nien sechs Brennkammern 33 vorgesehen, während bei der in Fig. 5 darge stellten Ausführungsform zehn Brennkammern 33 vorgesehen sind. Es ist al lerdings darauf hinzuweisen, daß die erfindungsgemäße Ausgestaltung weder auf sechs noch auf zehn Brennkammern 33 beschränkt ist. Es kann jede be liebige Anzahl von Brennkammern 33 verwendet werden. Die Anzahl der Brennkammern 33 hängt vom Wärmebedarf bzw. der zur erbringenden Heizleistung der Heizungsanlage 1 ab. Im übrigen versteht es sich, daß die Heizkesseleinrichtung 2 eine der Anzahl der Brennkammern 33 entsprechen de Anzahl von Brennern 34 aufweist, also jeder Brennkammer 33 ein Bren ner 34 zugeordnet ist. Wie sich im übrigen insbesondere aus den Fig. 4 und 5 ergibt, sind die einzelnen Brennkammern 33 rohrförmig ausgebildet und un tereinander gleich.

Nicht dargestellt ist, daß die Brennkammern 33 auch eine unterschiedliche Größe bzw. einen unterschiedlichen Durchmesser haben können. Dies bietet die Möglichkeit, sogenannte Grund-, Mittel- und Spitzenlastbrenner mit je weils unterschiedlichen Brennkammergrößen mit unterschiedlichen Wär meleistungen vorzusehen.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform sind die einzelnen Brenn kammern 33 nebeneinander in Ebenen in einem Heizkessel 53 angeordnet. Hierbei sind in der untersten Ebene sechs Brennkammern 33 vorgesehen, während in der darüberliegenden Ebene fünf weitere, gestrichelt angedeutete Brennkammern 33 vorgesehen sind. Erkennbar sind die Brennkammern 33 lediglich im unteren Bereich der Heizkesseleinrichtung 2 angeordnet. Dem gegenüber sind die Brennkammern 33 bei der in Fig. 5 dargestellten Ausfüh rungsform ringförmig im Heizkessel 32 angeordnet. Es versteht sich, daß auch jede andere beliebige Anordnung der Brennkammern 33 innerhalb des Heiz kessels 32 möglich ist. Auch die Form des Heizkessels 32 ist nicht auf die dargestellte Form beschränkt.

Nicht dargestellt ist, daß der Heizungsanlage 1 eine Steuereinrichtung ggf. mit zugehörigen Sensoren zugeordnet ist, die wärmebedarfsabhängig einzelne Brenner 34 automatisch zu- oder abschaltet. Bei der Steuereinrichtung kann es sich um die Einrichtung 27 aus den Fig. 1 und 2 handeln. Über die vorge nannten Sensoren werden bedarfsweise die Außen-, Rauminnen- und Warmwassertemperatur erfaßt.

Im einzelnen nicht dargestellt ist, daß sich im Heizkessel 32 außerhalb der ein zelnen Brennkammern 33 Wasser als Wärmeübertragungsmedium befindet.

Auch die Zu- und Abläufe des Wassers vom Heizkessels 32 sind nicht darge stellt, ebenso wenig wie der konkrete Verlauf der in Rauchgaszüge überge henden Brennkammern 33. In jedem Fall ist es aber so, daß die bei der Ver brennung in den Brennkammern 33 entstehenden Rauchgase beim Rauch gassammelkanal 35 zugeführt werden, der zum Kondensator 30 führt.

Durch die vorgenannte Ausgestaltung mit der Realisierung einer Mehrzahl von Brennkammern mit jeweils vergleichsweise kleiner Brennkammeroberfläche ergeben sich eine Reihe von zum Teil wesentlichen Vorteilen. Ein wesentlicher Vorteil vom Übergang der üblichen Einflammentechnik zur er findungsgemäßen Vielflammentechnik mit vergleichsweise kleinen Brenn kammern liegt zunächst einmal darin, daß eine Herabsetzung der Flammspit zentemperaturen ermöglicht wird, da die Flamme von der Brennkammer we sentlich dichter umgeben ist. Bei Verwendung einer Mehrzahl kleinerer Brennkammern mit gleicher bzw. auch verschiedener unterschiedlicher In nenquerschnittsflächen ist die Gesamtoberfläche aller Brennkammern zur Wärmeübertragung bei gleicher Heizleistung viel kleiner als bei der Einflam mentechnik. Es ergibt sich damit eine Reduzierung des bekannten Brenn kammeroberflächenverhältnisses zur Flammenoberfläche, so daß sich eine sehr viel höhere Heizflächenbelastung als beim Stand der Technik ergibt. Aufgrund der Verringerung der Innenquerschnittsfläche der einzelnen Brennkammern treten bei der erfindungsgemäßen Hausheizungsanlage weitaus weniger Toträume auf, die üblicherweise nur zu geringen Teilen an der Wärmeübertragung im Stahlungsbereich beteiligt sind. Der Wärmeüber gang ist bei der Mehrflammentechnik damit insgesamt besser als beim Stand der Technik, was zu einer Wirkungsgraderhöhung führt. Durch mehrere kleine Flammen in jeweils kleinen Brennkammern kommt es zu einer direkte ren Wärmeübertragung im Strahlungsbereich. Die Flammenumgebung ist ins gesamt kälter, so daß sich aufgrund der so erzeugten "kalten Flammen" die NO_X-Emission reduziert.

Der erhöhte Wirkungsgrad läßt sich, wie zuvor bereits ausgeführt worden ist, bei verringerten Flammspitzentemperaturen erreichen. Dies fährt im Ergebnis außerdem dazu, daß weniger schädliche Abgase entstehen. Ein weiterer ganz wesentlicher Vorteil liegt darin, daß die Heizungsanlage eine schnelle und zügige Anpassung an geänderte Temperaturen bzw. an einen geänderten Wärmebedarf erlaubt, ohne daß hierunter der Wirkungsgrad der Heizungsan lage zu sehr leidet. Die vorgenannte Ausgestaltung gestattet es nämlich, daß in Abhängigkeit des Wärmebedarfs einzelne Brenner zu- oder abgeschaltet werden können. Der jeweilige geforderte Wärmebedarf hängt einerseits von den Außentemperaturen, der Wärmedämmung des Hauses und der wärmefüh renden Leitungen, dem Warmwasserbedarf und den zu beheizenden Räumen ab. Andererseits hängt der Wärmebedarf aber auch beispielsweise bei einem Mehrfamilienhaus davon ab, ob nur einzelne oder aber beispielsweise alle Wohnungen eines Mehrfamilienhauses beheizt oder mit Warmwasser ver sorgt werden. Die erfindungsgemäße Heizungsanlage ist mit einer Mehrzahl von kleinen Brennkammern erheblich flexibler und im übrigen erheblich wirt schaftlicher zu betreiben als eine Heizungsanlage mit nur einer großen Brennkammer, da das Mehrbrennkammerprinzip den individuellen Wärmebe darf durch Zu- und Abschalten einzelner Brenner am wirtschaftlichsten ab decken kann.

Im Ergebnis stellt die Erfindung damit eine Heizungsanlage mit erhöhtem Wirkungsgrad zur Verfügung, die über den gesamten Lastbereich individuell anpaßbar und langfristig flexibel ist. Die Anlage ist dabei so konzipiert, daß auch sämtliche Veränderungen am Haus wie Wärmedämmung, Anbauten und dergleichen durch geringfügige Änderungen an der Heizungsanlage ange paßt werden können.

Wie zuvor bereits ausgeführt worden ist, bietet die erfindungsgemäße Ausge staltung schließlich den Vorteil, daß einzelne Brenner wärmebedarfsabhängig zu- oder abgeschaltet werden können. Um eine automatische Zu- oder Ab schaltung zu gewährleisten, ist die vorgenannte Steuereinrichtung vorgese hen. Die Steuereinrichtung kann dabei eine feste Programmierung aufweisen oder aber freiprogrammierbar sein, so daß der Betrieb der Hausheizungsan lage bedarfsweise vor Ort durch den Benutzer selbst eingestellt werden kann.

Es darf darauf hingewiesen werden, daß die Verwendung einer Mehrzahl kleinerer Brennkammern 33 ausgesprochen positiv ist, daß es jedoch grund sätzlich auch möglich ist, in der Heizkesseleinrichtung 2 lediglich eine Brennkammer 33 mit einem einzigen Brenner vorzusehen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben der Heizungsanlage 1 läuft nun derart ab, daß der Heizkesseleinrichtung 2 einerseits Brennstoff Bund andererseits das Verbrennungsgas über die Leitung 5 zugeführt wird. In der Heizkesseleinrichtung 2 wird dann der Brennstoff B verbrannt.

Wichtig ist in diesem Zusammenhang, daß aus den bei der Verbrennung des Brennstoffs B entstehenden Rauchgasen ein im Kreislauf geführtes Trägergas in der Rückgewinnungseinrichtung 3 rückgewonnen wird, daß dem Trä gergas ein sauerstoffhaltiges Gas zugeben und daß das sauerstoffhaltige Trä gergas als Verbrennungsgas der Heizkesseleinrichtung 2 wiederum zugeführt wird. Bei dem Trägergas kann es sich um CO₂ oder aber ein Inertgas handeln. Auch ein einen überwiegenden Anteil an CO₂ aufweisendes Gas oder ein einen überwiegenden Anteil an Inertgas aufweisendes Gas eignet sich als Trägergas. Bei Verwendung eines Inertgases sind insbesondere Edelgase be sonders geeignet. Bietet sich wiederum die Verwendung von Argon an, da Argon natürlicher Bestandteil der Luft ist.

Vor der Rückgewinnung in der Rückgewinnungseinrichtung 3 werden die Rauchgase dem Wärmetauscher 30 und dem Kondensator 31 zugeführt. Nach Abkühlung der Rauchgase werden diese über den Verdichter 6 ver dichtet und zur Rückgewinnung des Trägergases der Rückgewinnungsein richtung 3 zugeführt. Bei Verwendung von CO₂ als Trägergas wird dieses durch Adsorption und anschließende Desorption gewonnen. Überschüssiges CO₂ und ggfs. Schadgase werden über die Leitung 8 abgeführt. Bei Ver wendung von Argon als Trägergas wird dieses dadurch rückgewonnen, daß die übrigen Bestandteile der Rauchgase adsorbiert werden.

Das rückgewonnene Trägergas wird dann dem Speicher 9 zugeführt. Es darf allerdings darauf hingewiesen werden, daß die Realisierung des Speichers 9 nicht unbedingt erforderlich ist. Anschließend wird das Trägergas der Misch kammer 4 zugeführt, der gleichzeitig auch Sauerstoff in Form von Luft und/oder sauerstoffangereicherter Luft und/oder reinem Sauerstoff zugeführt wird. Die für die Verbrennung erforderliche Zusammensetzung des Verbren nungsgases wird dabei über die Einrichtung 27 gesteuert oder geregelt, die bedarfsweise die entsprechenden Volumenströme regelt. Die Regelung setzt hierbei die vorangegangene Messung über die Meßeinrichtung 29 voraus.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform wird sauerstoffangereicherte Luft dadurch gewonnen, daß über den Verdichter 18 Luft angesaugt und der Adsorptionseinrichtung 13 zugeführt wird. In der Adsorptionseinrichtung 13 wird der Luft Stickstoff durch Adsorption entzogen. Dieser Stickstoff wird dann über die Leitung 14 abgeführt. Diese sauerstoffangereicherte Luft wird im Speicher 15 als Puffer gespeichert. Gleichzeitig ist es möglich, über den Verdichter 18 der Mischkammer 4 unmittelbar Luft zuzuführen.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform kann der Mischkammer 4 über den Sauerstoffspeicher 21 reiner Sauerstoff sowie über den Verdichter 23 Luft zugeführt werden.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben einer Heizungsanlage (1), wobei in einer Heizkes seleinrichtung (2) ein Brennstoff verbrannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß aus den bei der Verbrennung des Brennstoffs (B) entstehenden Rauch gasen ein im Kreislauf geführtes Trägergas rückgewonnen wird, daß dem Trägergas ein sauerstoffhaltiges Gas zugegeben wird und daß das sauerstoff haltige Trägergas als Verbrennungsgas der Heizkesseleinrichtung (2) zuge führt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägergas CO₂ oder ein einem überwiegenden Anteil an CO₂ aufweisendes Gas oder ein Inertgas, insbesondere ein Edelgas, vorzugsweise Argon, oder ein einen überwiegenden Anteil an Inertgas aufweisendes Gas verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Trä gergas mittels einer Adsorptionseinrichtung (13) aus den Rauchgasen rück gewonnen wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Rauchgase vor der Zuführung zur Adsorptionseinrichtung (13) verdichtet werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die vom Rauchgas abgetrennten Schadgase und/oder über schüssiges Trägergas an die Umgebung abgegeben werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß das Trägergas nach der Rückgewinnung gespeichert wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß das Trägergas mit insbesondere reinem Sauerstoff und/oder mit Luft und/oder mit sauerstoffangereicherter Luft gemischt bzw. angereichert wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß der sauerstoffangereicherten Luft Stickstoff zumindest teilweise insbesondere durch Adsorption entzogen worden ist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß der abgetrennte Stickstoff an die Umgebung abgegeben wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Luft vor der Adsorption verdichtet wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die sauerstoffangereicherte Luft nach der Adsorption gespei chert wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß der Sauerstoffgehalt und/oder der Gehalt an Trägergas im Ver brennungsgas gemessen wird und daß bedarfsweise Sauerstoff und/oder Trä gergas nachdosiert werden/wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Rauchgase vor der Rückgewinnung des Trägergases einem Wärmetauscher (30) und/oder einem Kondensator (31) zugeführt werden.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die über den Wärmetauscher (30) gewonnene Wärmeenergie dem Verbrennungsgas und/oder dem Trägergas und/oder dem sauerstoffhal tigen Gas zugeführt wird.

15. Heizungsanlage (1) mit eine Heizkesseleinrichtung (2), dadurch gekenn zeichnet, daß eine der Heizkesseleinrichtung (2) nachgeordnete Rückgewin nungseinrichtung (3) zur Rückgewinnung eines im Kreislauf geführten Trä gergases aus dem bei der Verbrennung entstehenden Rauchgas vorgesehen ist, daß eine der Rückgewinnungseinrichtung (3) nachgeordnete Mischkam mer (4) vorgesehen ist, in der das Trägergas und ein zugeführtes sauerstoff haltiges Gas vermischt werden, und daß die Mischkammer (4) zur Zuführung des sauerstoffhaltigen Trägergases zur Verbrennung mit der Heizkesselein richtung (2) verbunden ist.

16. Heizungsanlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückgewinnungseinrichtung (3) eine Adsorptionseinrichtung mit wenig stens einem ein Adsorptionsmittel aufweisenden Adsorber aufweist.

17. Heizungsanlage nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückgewinnungseinrichtung (3) einen vorgeschalteten Verdichter (6) aufweist.

18. Heizungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückgewinnungseinrichtung (3) eine Ablaßleitung (8) zum Ablassen der abgetrennten Gase aufweist.

19. Heizungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückgewinnungseinrichtung (3) ein Speicher (9) für Trägergas nachgeordnet ist und daß, vorzugsweise, der Speicher (9) mit der Mischkammer (4) verbunden ist.

20. Heizungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammer (4) mit einer Einrichtung (12) zur Ab trennung von Stickstoff und gleichzeitiger Anreicherung von Sauerstoff und/oder einem austauschbaren Sauerstoffspeicher (21) und/oder einer Ein richtung zur Zuführung von Luft verbunden ist.

21. Heizungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (12) zur Abtrennung von Stickstoff und zur Anreicherung von Sauerstoff eine Adsorptionseinrichtung (13) aufweist, die wenigstens einen Adsorber mit einem stickstoffadsorbierenden Adsorpti onsmittel ausweist.

22. Heizungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorptionseinrichtung (13) eine Ablaßeinrichtung (14) zum Ablassen des abgetrennten Stickstoffs aufweist.

23. Heizungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (12) zur Abtrennung von Stickstoff und zur Anreicherung von Sauerstoff einen der Adsorptionseinrichtung (13) nachgeschalteten Speicher (15) aufweist und daß der Speicher (15) mit der Mischkammer (4) verbunden ist.

24. Heizungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Zuführung von Luft einen Verdich ter (23) aufweist.

25. Heizungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein austauschbarer Trägergasspeicher (25) zur Zufüh rung von Trägergas vorgesehen ist und daß, vorzugsweise, der austauschbare Trägergasspeicher (25) mit der Mischkammer (4) verbunden ist.

26. Heizungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (27) zur Steuerung oder Regelung der Zusammensetzung des sauerstoffangereicherten Trägergases vorgesehen ist.

27. Heizungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (27) zur Steuerung oder Regelung mit wenigstens einem der Einrichtung (12) zur Abtrennung von Stickstoff und gleichzeitiger Anreicherung von Sauerstoff und/oder dem austauschbaren Sauerstoffspeicher (21) und/oder der Einrichtung zur Zuführung von Luft und/oder dem Speicher (9) für Trägergas und/oder dem austauschbaren Trä gergasspeicher (25) zugeordneten Ventil (28) gekoppelt ist.

28. Heizungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (27) zur Steuerung oder Regelung eine Meßeinrichtung (29) zur Messung der Zusammensetzung des sauerstoffan gereicherten Trägergases und/oder Bestandteilen davon aufweist und daß, vorzugsweise, die Meßeinrichtung (29) die Zusammensetzung in der Misch kammer (4) und/oder einer Leitung (5) zur Zuführung des Verbrennungs gases zur Heizkesseleinrichtung (2) mißt.

29. Heizungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückgewinnungseinrichtung (3) ein Wärmetau scher (30) und/oder ein Kondensator (31) für die Rauchgase vorgeschaltet sind/ist.

30. Heizungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (30) mit der Mischkammer (4) und/oder der Leitung (5) zur Zuführung des Verbrennungsgases zur Heiz kesseleinrichtung (2) gekoppelt ist.