DE19618890A1 - Verfahren und Anlage zur Rückgewinnung von Wärme aus den Abgasen von Feuerungsanlagen - Google Patents
Verfahren und Anlage zur Rückgewinnung von Wärme aus den Abgasen von FeuerungsanlagenInfo
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Description
Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren und einer Anlage
zur Rückgewinnung von Wärme aus den Abgasen einer
Feuerungsanlage mittels Wärmeaustausch in einem
Abgaswärmetauscher zwischen den heißen, den Abgaswärmetauscher
durchströmenden Abgasen der Feuerungsanlage und einem den
Abgaswärmetauscher durchströmenden Wärmetauschmedium, wobei
die Abgase vorzugsweise bis unter den Wassertaupunkt unter
Kondensatbildung abgekühlt werden und die Abgase
gegebenenfalls nachfolgend zur Erzielung eines ausreichenden
thermischen Auftriebs im Kamin bis über den Wassertaupunkt
wieder erwärmt werden, und das Wärmetauschmedium beim
Durchströmen des Abgaswärmetauschers erwärmt wird, wobei das
den Abgaswärmetauscher durchströmende Wärmetauschmedium in
einem geschlossenen Primärkreislauf als
Primärwärmetauschmedium geführt ist und dieses
Primärwärmetauschmedium durch mindestens einen
Niedertemperaturwärmetauscher außerhalb des
Abgaswärmetauschers zum Abkühlen geführt wird und der bzw. die
Niedertemperaturwärmetauscher von je einem
Sekundärwärmetauschmedium zur Wärmeaufnahme beaufschlagt
werden nach dem Hauptpatent, Patentanmeldung 195 33 987.8-15.
Dem Hauptpatent liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten
Verfahren und Anlagen zur Rückgewinnung der Wärme aus den
Abgasen einer Feuerungsanlage insbesondere dahingehend zu
verbessern, daß bei vereinfachter Regelung eine höhere
Unabhängigkeit von den jeweiligen Einsatzbedingungen der
Feuerungsanlage erreicht wird, wobei die Anlage einfach an
vorhandenen Feuerungsanlagen nachrüstbar sein soll, um so die
Wirtschaftlichkeit der Wärmerückgewinnung zu steigern.
Dazu wird im Hauptpatent vorgeschlagen, dem von der
Feuerungsanlage kommenden Abgas seine Wärme in einem
Abgaswärmetauscher von einem diesen durchströmenden
Wärmetauschmedium zu entziehen. Dieses Wärmetauschmedium ist
in einem geschlossenen Primärkreislauf als
Primärwärmetauschmedium geführt, und dieses
Primärwärmetauschmedium wird durch mindestens einen
Niedertemperaturwärmetauscher außerhalb des
Abgaswärmetauschers zum Abkühlen geführt. Der bzw. die
Niedertemperaturwärmetauscher werden dabei von je einem
Sekundärwärmetauschmedium beaufschlagt.
Üblicherweise richtet sich die Auslegung eines Wärmetauschers
im beabsichtigten Anwendungsbereich auf maximale vom
Wärmeerzeuger erzeugte Abgasmenge. Deshalb werden in der Regel
für jeden Wärmeerzeuger die Wärmetauscher eigens ausgelegt.
Ein für die Kesselhersteller kostenträchtiges Verfahren.
Die Lösung gemäß Hauptpatent ermöglicht, den Wärmetauscher für
mehrere Größen von Wärmeerzeugern einzusetzen. Die in den
unterschiedlichen großen Abgasmengen enthaltene Wärme -
sensibel wie latent - kann über das Verfahren gemäß
Hauptpatent nutzbar gemacht werden.
In Weiterbildung des Hauptpatentes für einen universellen
Einsatz des Abgaswärmetauschers für unterschiedliche
Leistungen und Ausgleich von Leistungsschwankungen wird
vorgeschlagen, die Durchflußmenge des Primärwärmetauschmediums
im geschlossenen Primärkreislauf zu regeln. Auf diese Weise
wird es möglich, eine Regelung der Temperatur des
Primärwärmetauschmediums über eine Regelung der Durchflußmenge
des Primärwärmetauschmediums zu erreichen. Auf diese Weise
erfolgt eine Beeinflussung der Leistung des Verfahrens gemäß
Hauptpatent, in dem über eine Steuerung mittels einer
drehzahlgeregelten Pumpe die zirkulierende Wassermenge des
geschlossenen Primärkreislaufs so geregelt wird, daß die
Temperatur des Primärwärmetauschmediums relativ beliebig
verändert werden kann. Diese Regelung kann in Abhängigkeit von
der Temperatur des Primärwärmetauschmediums unmittelbar vor
dessen Eintritt in den Abgaswärmetauscher, d. h. im Bereich der
Verbindungsleitung für das Primärwärmetauschmedium zwischen
der aus den Niedertemperaturwärmetauschern bestehenden
Wärmetauschanlage und dem Eintritt in den Abgaswärmetauscher
erfolgen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den
Unteransprüchen entnehmbar.
Die Durchflußmenge des Primärwärmetauschmediums wird
vorzugsweise über eine Pumpe geregelt, deren Drehzahl in
Abhängigkeit von der, wie vorangehend erläutert, gemessenen
Temperatur des Primärwärmetauschmediums gesteuert wird, so daß
bei zu warmem in dem Abgaswärmetauscher rücklaufendem
Primärwärmetauschmedium die Durchflußmenge des
Primärwärmetauschmediums erhöht wird. Die Pumpe ist
beispielsweise in der in die Wärmetauschanlage führenden
Zuflußleitung des Primärwärmetauschmediums zu den
Niedertemperaturwärmetauschern angeordnet und mit einem
Meßfühler zum Messen der Temperatur des rücklaufenden
Primärwärmetauschmediums vor Eintritt in den
Abgaswärmetauscher in einem Regelkreis so verbunden, daß die
Drehzahl der Pumpe in Abhängigkeit von der gemessenen
Temperatur des Primärwärmetauschmediums gesteuert wird, so daß
bei über einen zulässigen Wert erhöhter Temperatur des
rücklaufenden Primärwärmetauschmediums dessen Durchflußmenge
durch Erhöhung der Drehzahl der Pumpe erhöht wird und bei
Unterschreiten des zulässigen Wertes die Drehzahl der Pumpe
wieder abgesenkt wird. Auf diese Weise kann die Temperatur des
Primärwärmetauschmediums beeinflußt werden, um stets eine
Abkühlung der Abgase im Abgaswärmetauscher unter deren
Taupunkt zu bewirken. Dabei wird die Durchflußmenge des in den
Abgaswärmetauscher strömenden abgekühlten
Primärwärmetauschmediums so eingeregelt, daß es in der
Wärmetauschanlage mit den Niedertemperaturwärmetauschern sich
auf eine solche Eingangstemperatur für den Abgaswärmetauscher
abkühlt, die vorzugsweise mindestens 5 bis 10°C, vorzugsweise
30°C und mehr, unter dem Wassertaupunkt der Abgase aus öl-bzw.
gasbefeuerten Feuerungsanlagen liegt.
Durch den im Abgaswärmetauscher eintretenden Wärmetausch der
heißen Abgase mit dem ausgekühlten Primärwärmetauschmedium
weit unter dem Taupunkt der Abgase werden diese in massive
Kondensation geführt. Der Wirkungsgrad ist dabei abhängig von
dem Temperaturniveau des in dem Abgaswärmetauscher
zirkulierenden Primärwärmetauschmediums, welches die
Kondensation durch Entziehen der Wärmeinhalte der Abgase
verursacht und kann dabei durch die erfindungsgemäße
Beeinflussung der Temperatur des Primärwärmetauschmediums
infolge Durchflußmengenänderung im Primärkreislauf stets auf
einem günstigen Wert gehalten werden.
Auf diese Weise kann ein Abgaswärmetauscher vorgegebener
Leistung an unterschiedliche Wärmemengen infolge
unterschiedlicher Brennergrößen etc. angepaßt werden und ist
damit universell für Wärmetauschanlagen unterschiedlicher
Leistungen, vorgegeben durch entsprechende Brennerleistung und
Abgaswärmemengen, einsetzbar. Somit wird eine besonders
wirtschaftliche Wärmerückgewinnungsanlage gemäß der Erfindung
geschaffen, die sich insbesondere einfach an vorhandenen
Feuerungsanlagen nachrüsten läßt und auch für kleinere
Kesselleistungen und damit für geringere im Abgas enthaltene
Wärmemengen eingesetzt werden kann. Eine derartige
Wärmerückgewinnungsanlage eignet sich somit auch für eine
Vielzahl gewerblicher und industrieller Anwendungen, bei denen
bisher der Aufwand für die Wärmerückgewinnung gegenüber dem
erzielbaren Nutzen noch zu hoch erschien.
Die vorhandene Menge an Primärwärmetauschmedium, insbesondere
Wasser, wird so bemessen, daß möglichst hohe
Erwärmungstemperaturen des Primärwärmetauschmediums mittels
der heißen Abgase im Abgaswärmetauscher erreicht werden.
Darüberhinaus ermöglicht die Erfindung auch, die frei
bestimmbare Menge an Primärwärmetauschmedium so zu bestimmen,
daß der Abgaswärmetauscher unterschiedlich große Abgasmengen
aufnehmen kann bzw. an verschiedene Kesselgrößen angeschlossen
werden kann.
Die erfindungsgemäße Anlage und das Verfahren zur
Rückgewinnung von Wärme aus Abgasen einer Feuerungsanlage
ermöglichen, die heißen Abgase in einer Stufe mit Hilfe nur
eines Primärwärmetauschmediums in einem unabhängigen
geschlossenen Primärkreis von über 180 bis 200°C auf bis zu
etwa 20°C auszukühlen und so den Wärmeinhalt auf das
Primärwärmetauschmedium zu übertragen.
Dies wird erfindungsgemäß mittels einer Wärmetauschanlage für
Niedertemperaturabnehmer, insbesondere in Gestalt geeigneter
Plattenwärmetauscher, die außerhalb des Abgaswärmetauschers
und des Primärkreislaufs Sekundärkreise zum Wärmetausch des
Primärwärmetauschmediums mit Sekundärwärmetauschmedien bilden,
erreicht, wobei das Primärwärmetauschmedium so weit abgekühlt
wird, daß die heißen Abgase, wie vorangehend erläutert, von
200° bis auf ca. 20°C ausgekühlt werden können.
Die Erfindung ermöglicht durch ihren kleinen Primärkreis, in
dem das Primärwärmetauschmedium geführt ist, eine stetige
Einhaltung dieser Vorgaben ohne wesentliche Beeinflussung
durch äußere Störgrößen, wie etwa unterschiedliche Brennerlast
oder Schwankungen in der Menge des zur Verfügung gestellten
Sekundärwärmetauschmittels. Diese Störgrößen können binnen
kürzester Zeit über die Steuerung der Durchflußmenge des
Primärwärmetauschmediums erfolgreich ausgeregelt werden, so
daß die besondere Wirtschaftlichkeit der erfindungsgemäßen
Wärmerückgewinnung sichergestellt ist.
Durch die auch bei großen Anlagen verhältnismäßig geringe
Menge an Primärwärmetauschmedium, verglichen etwa mit dem
Heizmedium im Heizungskreislauf, kann sich diese geringe Menge
an Primärwärmetauschmedium im Abgaswärmetauscher schnell auf
hohe Temperaturen erwärmen und seine Wärme effizient an das
bzw. die Sekundärwärmetauschmedien abgeben, wobei nur eine
geringe Regelungsträgheit zu beobachten ist.
Der erfindungsgemäße Abgaswärmetauscher ist vorteilhaft als
Rohrbündel -Wärmetauscher ausgeführt, wobei die Abgasführung
sowohl in den zwischen den Rohren befindlichen Kanälen als
auch in den Rohren selbst erfolgen kann. Auch kann eine
Anlage, enthaltend einen Rohrbündel-Wärmetauscher für den, den
Abgaswärmetauscher verlassenden Abgasstrom eine Nachwärmung
des Abgases vorsehen.
Dabei ist es möglich, die Abgase durch vertikal verlaufende
Rohre zu führen, die vom Primärwärmetauschmedium umströmt
werden. Bei dieser Ausführungsform sind Abgasführungen sowohl
von oben nach unten als auch umgekehrt von unten nach oben
möglich.
Insbesondere für kleinere Kesselleistungen und für
verschiedene industrielle und gewerbliche Anwendungen kann
auch ein Rohrbündel-Abgaswärmetauscher für liegende oder
stehende Anordnung der die heißen Abgase führenden Rohre
vorgesehen werden, bei dem zur Erzielung besonders kompakter
Abmessungen die Rohrbündel innerhalb eines rohrförmigen
Gehäuses geführt sind, dessen Außendurchmesser nur
unwesentlich größer als die Rauchgasleitung der
Feuerungsanlage ist. An Stelle von Rohren können auch kleine
Graphitblocks verwendet werden, wobei alle abgasberührten
Teile korrosionsbeständig ausgerüstet sein können.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anlage und des
Verfahrens zur Rückgewinnung der Wärme aus den Abgasen einer
Feuerungsanlage durch Abkühlung weit unter den Wassertaupunkt
und gegebenenfalls nachfolgendes Wiedererwärmen der Abgase über
den Wassertaupunkt beruht darauf, extern zum
Abgaswärmetauscher das infolge der Wärmerückgewinnung aus den
heißen Abgase erwärmte Primärwärmetauschmedium, welches sich
in einem geschlossenen Primärkreislauf befindet, über eine
oder mehrere externe Stufen einer weiteren Wärmetauschanlage
auszukühlen, um dem Abgaswärmetauscher ein
Primärwärmetauschmedium mit möglichst niedriger Temperatur zum
Abkühlen der heißen Abgase zur Verfügung zu stellen, damit
sich die Abgase weit unterhalb ihres Wassertaupunktes
auskühlen können, wobei im Primärkreislauf eine regelbare
Pumpe angeordnet ist, die mit einem im Primärkreislauf
zwischen der Wärmetauschanlage und dem Abgaswärmetauscher
angeordneten Meßfühler zur Regelung der Drehzahl der Pumpe in
Abhängigkeit von der Temperatur des abgekühlten, in den
Abgaswärmetauscher eintretenden Primärwärmetauschmediums
versehen ist.
Insbesondere ist es mit der Erfindung möglich, mit einem
einstufigen Wärmetauscher für die heißen Abgase diesem
Abgaswärmetauscher ausreichende Primärwärmetauschmediummengen
auf niedrigstem Temperaturniveau zur Verfügung zu stellen, so
daß der komplette Wärmeinhalt der heißen Abgase auf dieses
Medium übertragen werden kann, bis auf die an den
Kontaktflächen des Wärmetauschers nach außen abgegebenen
Wärmemengen.
Darüber hinaus ist es möglich, das erfindungsgemäße Verfahren
und die Anlage für die Produktion von beispielsweise erwärmtem
Trinkwasser oder zur Frischluftvorwärmung einzusetzen, wobei
das Primärwärmetauschmedium einem Niedertemperatur-Wärme
tauscher zugeführt wird, der mit Trinkwasser bzw. Frischluft
als Sekundärwärmetauschmedium gespeist wird. Durch die
indirekte Übertragung der Wärme aus dem Abgas mittels des
Primärwärmetauschmediums auf die Sekundärwärmetauschmedien
sind dabei lebensmittelrechtliche Anforderungen zur
Verhinderung von Verunreinigungen aus dem Abgas einfach zu
realisieren, da hier ein direkter Kontakt zwischen Trinkwasser
bzw. Frischluft und Abgas vermieden wird. Somit bietet sich
das erfindungsgemäße Verfahren und die Anlage auch für die
Erwärmung anderer sensibler Medien an.
Der Durchlauf von zum Beispiel Trinkwasser durch diesen
Niedertemperaturwärmetauscher kann bedarfsabhängig periodisch
eingeschaltet werden. Auf diese Weise wird das ständige
Vorhalten eines separaten Heizkreises auf hohem
Temperaturniveau für die Herstellung von Trinkwasser mit der
Folge der Energieverschwendung verhindert.
Auch bei dieser Variante ist die erfindungsgemäße Ausbildung
eines geschlossenen Primärkreislaufs mit
Durchflußmengenregelung für das Primärwärmetauschmedium
besonders vorteilhaft, da der bei abgeschalteter
Trinkwasseraufheizung fehlende Wärmeentzug im entsprechenden
Niedertemperaturwärmetauscher durch Erhöhung der
Durchflußmenge des Primärwärmetauschmediums ausgeglichen
werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung
beispielhaft erläutert. Es zeigen
Fig. 1 in schematisierter Darstellung eine
erfindungsgemäße Anlage mit einem
Abgaswärmetauscher in Blockbauweise für die heißen
Abgase im Querschnitt
Fig. 2 eine Variante des Abgaswärmetauschers für eine
Anlage gemäß der Fig. 1.
In der Fig. 1 ist das Schema einer erfindungsgemäßen Anlage
und eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Rückgewinnung von
Wärme aus den Abgasen einer Feuerungsanlage dargestellt. Die
heißen Abgase A aus einer nicht dargestellten Feuerungsanlage
strömen in einen Abgaswärmetauscher 6, wodurch der
Abgaswärmetauscher 6 zur Wärmerückgewinnung mit der Wärme aus
den Abgasen einschließlich der latenten Wärme beaufschlagt
wird. Die heißen Abgase werden im Abgaswärmetauscher 6 stark
abgekühlt und verlassen den Abgaswärmetauscher als
ausgekühltes Abgas A0. Das den Abgaswärmetauscher
durchströmende Wärmetauschmedium wird in einem geschlossenen
Primärkreis als Primärwärmetauschmedium geführt, der aus dem
Abgaswärmetauscher 6 heraus über eine Leitung G zu drei
außerhalb des Abgaswärmetauschers angeordneten
Niedertemperaturwärmetauschern 21, 23, 25, und von dort wieder
zurück in den Abgaswärmetauscher 6 führt, so daß ein
geschlossener Primärkreislauf zwischen dem Abgaswärmetauscher
6 und den Niedertemperaturwärmetauschern 21, 23 über die
Leitung G gebildet ist.
Ein wesentlicher Baustein der erfindungsgemäßen Anlage zur
Wärmerückgewinnung ist dabei das Wärmerückgewinnungsgerät für
die heißen Abgase, nämlich der Abgaswärmetauscher 6.
Der Abgaswärmetauscher 6 ist als Rohrbündelwärmetauscher oder
Blockwärmetauscher aus imprägniertem Elektrographit oder
anderen geeigneten Werkstoffen hergestellt. Die Rohrbündel
oder -blöcke bilden insgesamt einen Wärmetauscher, der nur an
einen Kreis für ein wärmeaufnehmendes Medium, nämlich das mit
der Wärmetauschanlage für Niedertemperaturabnehmer über die
Verbindungsleitungen G in einem geschlossenen Primärkreis
geführte Primärwärmetauschmedium, angeschlossen ist. Die
Rohrbündel bzw. -blöcke des Abgaswärmetauschers 6 werden von
Wänden 15 seitlich begrenzt. Nach oben ist der
Abgaswärmetauscher 6 mit einer Abgashaube 80 verschlossen,
wobei in dieser Abgashaube 80 eine Öffnung zum Einströmen des
heißen Abgases A von der Feuerungsanlage ausgebildet ist.
Die Gaskanäle 62 verlaufen durch den Abgaswärmetauscher 6 von
oben nach unten, die Kanäle 63 für das Primärwärmetauschmedium
horizontal, mit dem Eintritt 10 unten am Abgaswärmetauscher 6
und dem Austritt 11 oben am Abgaswärmetauscher 6. Die Rohre 63
werden also von unten nach oben im Wärmetauscher 6 von dem
Primärwärmetauschmedium durchströmt. Des weiteren ist der
Wärmetauscher durch horizontale Trennwände 61, 62, die
voneinander vertikal übereinander beabstandet und
wechselseitig von der rechten bzw. linken Seite ausgehend bis
über die Mitte in den Wärmetauscher hineinragen, unterteilt,
und zwar derart, daß der Strömungsweg der heißen Abgase A vom
Eintritt über den Bereich 8 von oben nach unten in Mäanderform
durch die Gaskanäle 62 um die Trennwände 60, 61 herumgeleitet
ist. Dieser mäandrierende Weg M leitet die heißen Abgase A
über die Tauscherflächen entgegen der Fließrichtung des
eintretenden Primärwärmetauschmediums. Die Abgase kühlen sich
dabei so lange ab, bis sie vor Eintritt in die sich unterhalb
des Abgaswärmetauschers 6 an die Gaskanäle 62 anschließende
Wendekammer 13 sich fast an das Temperaturniveau des kalt
eintretenden Primärwärmetauschmediums angeglichen haben.
Dieses Primärwärmetauschmedium weist am Eintritt in den
Abgaswärmetauscher 6 eine Temperatur weit unterhalb des
Wassertaupunktes der heißen Abgase auf, so daß das sich
bildende Kondensat der heißen Abgase in die Wanne 13 in der
Abgaswendekammer tropfen kann und das Kondensat über den
Ablauf 14 abgezogen werden kann. Das auf diese Weise
abgekühlte und vom Kondensat befreite Abgas A1 wird nun über
einen an einer Seitenwand des Abgaswärmetauschers 6
ausgebildeten Abzugskanal 3 zwischen der Innenwand 15 des
Abgaswärmetauschers 6 und der Verkleidung 4 wieder nach oben
in Richtung Kamin geleitet. Die Verkleidung 4 besteht aus
einem nichtkorrodierenden Material. Der Abzugskanal 3 endet
oberhalb der Abgashaube 80, die die Gaskanäle 62 des
Abgaswärmetauschers 6 abdeckt. Durch eine weitere von der
Abgashaube 80 beabstandeten Außenhaube 81 wird ein Stauraum 16
gebildet, der in das zum Kamin führende Abgasrohr 71 mündet.
Der so gebildete Stauraum 16 weist im Bereich der Abgashaube
80 eine wärmeabgebende Fläche des Abgaswärmetauschers 6 auf,
die von den heißen Abgasen im Eintrittsbereich 8 hervorgerufen
wird, so daß sich die im Stauraum 16 befindlichen Abgase A1
über Kontakt zur Abgashaube 80 erwärmen können. Die Erwärmung
des Abgases A1 erfolgt dabei so weit, daß diese die für den
Abzug durch den Kamin erforderliche Temperatur mindestens
aufweisen. Damit ist eine Nachkondensation im Kamin und eine
Kaminversottung ausgeschlossen. Am Ausgang des Abgasrohres 71
zum Kamin ist ein Ventilator 19 angeordnet, der zur
Überwindung der geräteeigenen Widerstände vorgesehen ist. Der
Ventilator 19 besitzt einen stufenlos geregelten Antrieb, so
daß der Ventilator 19 so betrieben werden kann, daß am
Kamineintritt für das Abgas stets ein Unterdruck vorhanden
ist.
Der Abgaswärmetauscher 6 ist auf einem Gestell 65 aufgebaut,
so daß genügend Raum für die Ableitung des Kondensats und
Zugänglichkeit verbleibt.
Über die Leitung B kann bei geöffnetem Ventil 32 mittels der
Pumpe C Kondensat KD aus der Kondensatwanne 13 über die obere
Wärmetauscherreihe, d. h. im Eintrittsbereich 8 der heißen
Abgase, gespritzt werden, um auf diese Weise eine Reinigung
des Abgaswärmetauschers 6 durchzuführen. Nach erfolgter
Reinigung wird die Pumpe C wieder abgeschaltet und das Ventil
32 geschlossen, wobei diese Reinigung vorzugsweise in
periodischen Abständen erfolgt.
Für die Wärmerückgewinnung der im Abgas A enthaltenen Wärme
einschließlich der latenten Wärme nimmt das den
Abgaswärmetauscher 6 vom Eintritt 10 zum Austritt 11
durchströmende Primärwärmetauschmedium die im Abgas enthaltene
Wärmemenge auf. Das Primärwärmetauschmedium verläßt somit den
Abgaswärmetauscher 6 an der Austrittsöffnung 11 in erwärmtem
Zustand bei ca. 80°C. Von dort gelangt es durch die Förderung
mittels der Pumpe 100 in der Leitung G zu einer
Wärmetauschanlage, die von drei Niedertemperaturwärmetauschern
21, 23, 25 gebildet ist. Diese Niedertemperaturwärmetauscher
21, 23, 25 sind vorzugsweise als Kreuz- und/oder
Gegenstromwärmetauscher in Plattenbauweise ausgeführt. In der
ersten Stufe kühlt sich das Primärwärmetauschmedium auf das
Niveau des in den Niedertemperaturwärmetauscher 21 über die
Leitung 22 eintretenden Sekundärwärmetauschmediums, zum
Beispiel des Heizungsrücklaufs des Heizkreises unter
Berücksichtigung üblicher Verluste ab. Das eintretende
Sekundärwärmetauschmedium (Heizungsrücklauf) erwärmt sich
dabei und wird über die Leitung 22a als erwärmter
Heizungsrücklauf dem Brennkessel zugeführt.
Das austretende und bereits teilweise abgekühlte Primärwärme
tauschmedium wird nunmehr dem zweiten Niedertemperaturwärme
tauscher 23 zugeführt. Dieser Niedertemperaturwärmetauscher 23
wird über die Leitung 24 von einem kälteren Sekundärwärme
tauschmittel als in der Leitung 22 vorhanden beaufschlagt,
etwa Wasser oder Sole, die nachfolgend in einem Register in
einer Lüftungs- oder Klimaanlage Kaltluft vorwärmt. Das
Primärwärmetauschmedium kühlt sich unter üblichen Verlusten in
dieser zweiten Stufe der Wärmetauschanlage auf das Niveau des
die Leitung 24 durchströmenden Sekundärwärmetauschmediums ab.
Das derart im Niedertemperaturwärmetauscher 23 erwärmte
Sekundärwärmetauschmedium wird dann über die Leitung 24a
wieder dem Versorgungssystem zugeführt.
Das aus dem Niedertemperaturwärmetauscher 23 austretende und
nunmehr weiter abgekühlte Primärwärmetauschmedium wird nun dem
dritten Niedertemperaturwärmetauscher 25 zugeführt. Dieser
Niedertemperaturwärmetauscher 25 wird über die Leitung 26 von
einem noch kälteren Sekundärwärmetauschmittel als in der
Leitung 24 vorhanden beaufschlagt, etwa Brauchwasser. Das
Primärwärmetauschmedium kühlt sich unter üblichen Verlusten in
dieser dritten Stufe der Wärmetauschanlage auf das Niveau des
die Leitung 26 durchströmenden Sekundärwärmetauschmediums ab.
Das derart im Niedertemperaturwärmetauscher 25 erwärmte
Sekundärwärmetauschmedium wird dann über die Leitung 26a
wieder dem Versorgungssystem zugeführt.
Das auf diese Weise nochmals weiter abgekühlte Primär
wärmetauschmedium verläßt die Wärmetauschanlage, um über die
Verbindungsleitung G wieder dem Abgaswärmetauscher 6 zugeführt
zu werden. Somit dient das auf diese Weise in der
Wärmetauschanlage ausgekühlte Primärwärmetauschmedium als
kaltes Medium, um im Abgaswärmetauscher 6 die heißen Abgase
bis unter ihren Wassertaupunkt auszukühlen.
Die Auskühlung des Primärwärmetauschmediums kann auch in
weniger oder mehreren Stufen als in dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 2 dargestellt herbeigeführt werden, je nach den
vorhandenen Gegebenheiten, in die die erfindungsgemäße
Wärmerückgewinnungsanlage eingebunden werden soll.
Es ist dabei lediglich sicherzustellen, daß die heißen Abgase
A beim Durchlaufen des Abgaswärmetauschers 6 hinreichend
ausgekühlt werden, also auf ca. 20°C und daß stets eine solche
Wärme auch ausgetauscht werden kann, d. h. von der dem
Abgaswärmetauscher 6 zugeführten Durchflußmenge des
Primärwärmetauschmediums aufgenommen werden kann. Aus diesem
Grunde ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Durchflußmenge des
Primärwärmetauschmediums in Abhängigkeit von der Temperatur
des Primärwärmetauschmediums bei dessen Eintritt in den
Abgaswärmetauscher 6 zu regeln. Hierfür wird die Drehzahl der
Pumpe 100 im Primärkreis in Abhängigkeit von der gemessenen
Temperatur des Primärwärmetauschmediums vor dessen Eintritt in
den Abgaswärmetauscher geregelt.
Somit wird die Durchflußmenge des Primärwärmetauschmittels
durch die Wärmetauschanlage mit dem
Niedertemperaturwärmetauschern 21, 23, 25 und durch den
Abgaswärmetauscher 6 gesteuert. Hierfür ist ein Meßfühler TF
für die Temperatur des abgekühlten Primärwärmetauschmediums in
der Verbindungsleitung G zwischen dem Ausgang der
Wärmetauschanlage aus dem letzten
Niedertemperaturwärmetauscher 25 und dem Eintritt 10 in den
Abgaswärmetauscher 6 vorgesehen, dessen Meßsignale TR benutzt
werden, um die Drehzahl der Pumpe 100 über die Steuerleitung
PD zu regeln. Ist das Primärwärmetauschmedium an der Meßstelle
TF zu warm, so wird die Durchflußmenge an
Primärwärmetauschmedium über eine erhöhte Drehzahl der Pumpe
100 erhöht. Auf diese Weise wird erreicht, daß stets
ausreichend abgekühltes, d. h. kaltes Primärwärmetauschmedium
dem Abgaswärmetauscher 6 zur Auskühlung der heißen Abgase A in
gewünschtem Umfange, nämlich bis möglichst auf eine Temperatur
von ca. 20°C zur Verfügung steht. Durch die Trennung des
Primärwärmetauschmediums von den Sekundärwärmetauschmedien
durch den geschlossenen Primärkreis bleibt die geänderte
Durchflußmenge der Primärwärmetauschmittel in den
Versorgungssystemen der Sekundärwärmetauschmedien unbemerkt.
In der Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Wärmerückgewinnungsanlage teilweise
schematisiert dargestellt. Analog zu dem vorangegangenen
Beispiel wird wiederum ein Abgaswärmetauscher 6 von einem
Primärwärmetauschmedium in einem geschlossenen Primärkreislauf
durchströmt. Das Primärwärmetauschmedium tritt an einer
Eintrittsöffnung 10 in den Abgaswärmetauscher 6 ein, wird im
Abgaswärmetauscher 6 erwärmt und tritt als erwärmtes
Primärwärmetauschmedium aus der Austrittsöffnung 11 des
Abgaswärmetauschers 6 wieder aus. Über eine Leitung G gelangt
es sodann zu einem Niedertemperaturwärmetauscher 21, der mit
einem Sekundärwärmetauschmedium von einer Leitung 22
beaufschlagt wird, so daß ein Wärmetausch zwischen dem heißen
Primärwärmetauschmedium und dem Sekundärwärmetauschmedium
erfolgt, wobei das Primärwärmetauschmedium abgekühlt wird und
das Sekundärwärmetauschmedium den
Niedertemperaturwärmetauscher 21 als erwärmtes
Sekundärwärmetauschmedium in der Leitung 22a wieder verläßt.
Über eine in der Leitung G angeordnete drehzahlgeregelte Pumpe
100 gelangt das derart ausgekühlte Primärwärmetauschmedium
wieder in den Abgaswärmetauscher 6, so daß der geschlossene
Primärkreislauf für das Primärwärmetauschmedium gebildet ist,
wobei die erfindungsgemäße Temperaturregelung des
Primärwärmetauschmediums über die drehzahlgeregelte Pumpe 100
analog zum ersten Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1
erfolgt.
Der Abgaswärmetauscher 6 gemäß der Fig. 2 ist dabei wiederum
als Rohrbündel-Wärmetauscher ausgeführt und weist in seinem
Inneren Kanäle 62 zur Führung des heißen Abgases A und Kanäle
63 zur Führung des Primärtauschmediums zwischen der
Einlaßöffnung 10 und der Auslaßöffnung 11 auf. Zur Erzielung
besonders kompakter Abmessungen sind die Rohrbündel mit den
Kanälen 62, 63 innerhalb eines rohrförmigen Gehäuses 15
geführt, dessen Außendurchmesser nur unwesentlich größer als
die Rauchgasleitung 200 der Feuerungsanlage ist, durch die die
heißen Abgase A herangeführt werden. Anschließend an den
Abgaswärmetauscher 6 ist mittels Spannschrauben 130 ein
Kondensatabscheider 13a befestigt, in dem das infolge der
Abkühlung der Abgase im Abgaswärmetauscher 6 anfallende
Kondensat von dem ausgekühlten Abgas abgeschieden wird und
über eine Kondensatleitung 14 entfernt werden kann. Sodann
verläßt das Abgas die erfindungsgemäße Anlage als ausgekühlter
Abgasstrom A1. Dieser Abgasstrom A1 kann nun wahlweise noch
einer hier nicht dargestellten Nachwärmeeinrichtung für die
Abgase zugeführt werden oder ohne Nachwärmung an die Umgebung
abgegeben werden.
Ein derartiger Rohrbündel-Abgaswärmetauscher 6 kann sowohl für
liegende oder stehende Anordnung der die heißen Abgase
führenden Rohre 62 vorgesehen werden, wobei besonders kompakte
Abmessungen des Abgaswärmetauschers 6 möglich sind, so daß
eine derartige erfindungsgemäße Wärmerückgewinnungsanlage auch
für kleinere Kesselleistungen und für verschiedene
industrielle und gewerbliche Anwendungen verwendbar ist. Auch
bei diesem Ausführungsbeispiel wird über die in Abhängigkeit
von der Temperatur des Primärwärmetauschmittels geregelte
Drehzahl der Pumpe 100 eine genaue Einregelung der Temperatur
des Primärwärmetauschmediums an der Eintrittsöffnung 10 des
Abgaswärmetauschers 6 auf einen vorgegebenen Sollwert bewirkt,
so daß ein stets guter Wirkungsgrad und Anpassung an
unterschiedliche Leistungen der erfindungsgemäßen
Wärmerückgewinnung sichergestellt ist.
Ein Vorzug der erfindungsgemäßen Wärmerückgewinnungsanlage ist
die Ausführung des Abgaswärmetauschers mit nur einem einzigen
geschlossenen Primärkreis, der bevorzugt konstant in bezug auf
die Menge des Primärwärmetauschmediums bleibt. Aus diesem
Grund wird, um möglichst hohe Erwärmungstemperaturen des
Wärmetauschmediums des Primärkreises zu erreichen, die Menge
des Primärwärmetauschmedium klein gehalten und über eine
drehzahlgeregelte Pumpe im Primärkreis in Abhängigkeit von der
Eintrittstemperatur in den Abgaswärmetauscher hinsichtlich
Durchflußmenge schnell und präzise reguliert.
Claims (5)
1. Verfahren zur Rückgewinnung von Wärme aus den Abgasen
einer Feuerungsanlage mittels Wärmeaustausch in einem
Abgaswärmetauscher zwischen den heißen, den
Abgaswärmetauscher durchströmenden Abgasen der
Feuerungsanlage und einem den Abgaswärmetauscher
durchströmenden Wärmetauschmedium, wobei die Abgase
vorzugsweise bis unter den Wassertaupunkt unter
Kondensatbildung abgekühlt werden und die Abgase
gegebenenfalls nachfolgend zur Erzielung eines
ausreichenden thermischen Auftriebs im Kamin bis über den
Wassertaupunkt wieder erwärmt werden, und das
Wärmetauschmedium beim Durchströmen des
Abgaswärmetauschers erwärmt wird, wobei das den
Abgaswärmetauscher durchströmende Wärmetauschmedium in
einem geschlossenen Primärkreislauf als
Primärwärmetauschmedium geführt ist und dieses
Primärwärmetauschmedium durch mindestens einen
Niedertemperaturwärmetauscher außerhalb des
Abgaswärmetauschers zum Abkühlen geführt wird und der bzw.
die Niedertemperaturwärmetauscher von je einem
Sekundärwärmetauschmedium zur Wärmeaufnahme beaufschlagt
werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußmenge des
Primärwärmetauschmediums im geschlossenen Primärkreislauf
regelbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußmenge je
Zeiteinheit des Primärwärmetauschmediums in Abhängigkeit
von der Eintrittstemperatur des Primärwärmetauschmediums
in den Abgaswärmetauscher mittels eines Temperaturfühlers
und einer stufenlos drehzahlgeregelten Pumpe zur Förderung
des Primärwärmetauschmediums im Primärkreis geregelt wird.
3. Anlage zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1
oder 2 zur Rückgewinnung von Wärme aus den Abgasen von
Feuerungsanlagen durch Abkühlen der Abgase bis
vorzugsweise unter den Wassertaupunkt der Abgase unter
Ausscheidung von Kondensat und nachfolgendes
Wiedererwärmen der Abgase, gegebenenfalls über ihren
Wassertaupunkt für den Abzug durch einen Kamin, enthaltend
eine Feuerungsanlage zum Erwärmen eines in einem
Heizkreislauf geführten Heizmediums für einen
Wärmeverbraucher, wie eine Heizung, eine ein- oder
mehrstufige Wärmetauschanlage für einen oder mehrere
Niedertemperaturabnehmer, einen von der Wärmetauschanlage
für Niedertemperaturabnehmer unabhängigen
Abgaswärmetauscher für das Durchleiten und Abkühlen der
von der Feuerungsanlage kommenden heißen Abgase,
vorzugsweise bis unter deren Wassertaupunkt und einen
Abzugskanal zum Abzug der abgekühlten Abgase zum Kamin,
wobei der Abgaswärmetauscher mit einem den Abgaswärme
tauscher durchströmenden Wärmetauschmedium beaufschlagt
wird, wobei für das Wärmetauschmedium des
Abgaswärmetauschers ein geschlossener Primärkreislauf
ausgebildet ist und für die Abkühlung dieses
Primärwärmetauschmediums eine ein- oder mehrstufige
Wärmetauschanlage für einen oder mehrere
Niedertemperaturabnehmer ausgebildet ist, die zwischen dem
Austritt des erwärmten Primärwärmetauschmediums aus dem
Abgaswärmetauscher und dem Wiedereintritt des
Primärwärmetauschmediums in den Abgaswärmetauscher
einseitig an den Primärkreislauf angeschlossen ist, wobei
einer oder mehrere Niedertemperaturabnehmer mit der dem
Primärwärmetauschmedium entzogenen Wärme erwärmt werden,
dadurch gekennzeichnet, daß im Primärkreislauf eine
regelbare Pumpe angeordnet ist, die mit einem im
Primärkreislauf zwischen der Wärmetauschanlage und dem
Abgaswärmetauscher angeordneten Meßfühler zur Regelung der
Drehzahl der Pumpe in Abhängigkeit von der Temperatur des
abgekühlten, in die Wärmetauschanlage eintretenden
Primärwärmetauschmediums versehen ist.
4. Anlage nach Anspruch 3,
gekennzeichnet durch Einsatz eines als Rohrbündel-
Wärmetauscher ausgebildeten Abgaswärmetauscher (6), der
innere Kanäle (62) zur Führung der heißen Abgase (A) und
Kanäle (63) zur Führung des Primärwärmetauschmediums
zwischen einer Einlaßöffnung (10) und einer Auslaßöffnung
(11) aufweist, und wobei ein die Rohrbündel umgebendes
rohrförmiges Gehäuse (15) mit einem nur wenig größeren
Außendurchmesser als dem Außendurchmesser der
anzuschließenden Rauchgasleitung (200) vorgesehen ist und
bei dem an das rohrförmige Gehäuse (15) auf dem dem
Anschluß der Rauchgasleitung (200) gegenüberliegenden
stirnseitigen Ende ein Kondensatabscheider (13a) befestigt
ist und der Abgaswärmetauscher (6) in vertikaler oder
horizontaler Lage einsetzbar ist.
5. Anlage nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Menge an Primärwärmetauschmedium
im Primärkreis frei bestimmbar ist, dergestalt, daß der
Abgaswärmetauscher (6) unterschiedlich große Abgasmengen
aufnehmen kann und/oder an verschiedene Kesselgrößen der
Feuerungsanlage angeschlossen werden kann.
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