DE3504071A1 - Method for using the waste gas heat in heating installations and heating installation for implementing the method - Google Patents
Method for using the waste gas heat in heating installations and heating installation for implementing the methodInfo
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Abstract
Description
Verfahren zur Nutzung der Abgaswärme in Heizungsanlagen Process for using the exhaust gas heat in heating systems
und Heizungsanlage zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nutzung der Abgaswärme mittels Wärmetausch zwischen dem Abgas und Gebläseluft und geht damit von der DE-OS 32 44 373 aus. Nach dieser Druckschrift ist eine Heizungsanlage Stand der Technik, bei der Frischluft in einem abgasseitigen Wärmeaustauscher durch die Abgase aufgeheizt und als Heizmedium in einer Luftheizungsanlage verwendet wird. Da auch Ab luft und Dünste aus den luftbeheizten Räumen dem Abgas beigemischt werden, sind Maßnahmen bekannt, die Feuchte der Abgase mit Rücksicht auf die Versottung des Schornsteins zu vermindern, z. B. durch Zumischung aufgeheizter Umluft in das Abgas stromab des Umluft-Wärmetauschers. Da aber die angesaugte Frischluft aus Wirtschaftlichkeitsgründen ebenfalls mit erwärmter Abluft aus den beheizten Räumen vermischt wird und im übrigen nicht beliebig aufgeheizt werden darf, führt dieses Verfahren nicht zu einer optimalen Ausnutzung der Wärme von Abgasen. and heating system for carrying out the method The invention relates to a method for using the exhaust gas heat by means of heat exchange between the Exhaust gas and fan air and is therefore based on DE-OS 32 44 373. According to this publication is a state-of-the-art heating system with fresh air in an exhaust gas side Heat exchanger heated by the exhaust gases and used as a heating medium in an air heating system is used. Exhaust air and fumes from the air-heated rooms are also added to the exhaust gas are mixed, measures are known to take the humidity of the exhaust gases into account to reduce the sooting of the chimney, e.g. B. by adding heated Circulating air into the exhaust gas downstream of the circulating air heat exchanger. But there is the fresh air drawn in for reasons of economy, also with heated exhaust air from the heated ones Rooms is mixed and, moreover, may not be heated up as desired, leads this method does not lead to an optimal utilization of the heat from exhaust gases.
Es wurde erkannt, daß der Wärmetausch zwischen kalter Frischluft aus der Atmosphäre und den Abgasen eines Heizungskessels in einer sehr flexiblen Art nicht nur zu einer optimalen Ausnutzung der Abgaswärme weiterentwickelt werden kann, sondern daß gleichzeitig die Abgase auch wirksam von Schadstoffen befreit werden können. In diesem Zusammenhang ist die DE-OS 32 45 559 zu erwähnen, aus der hervorgeht, daß Rauchgase von Heizkesseln bis unter den Taupunkt, d. h. bis zur Kondensatbildung abgekühlt werden sollten, um mit dem Kondensat sämtliche Schadstoffanteile des Rauchgases auszutragen. Es wird eine schrittweise Abkühlung der Rauchgase auf ca. 3C OC + 5 OC als notwendig erachtet, weil sich temperaturabhängig nicht alle Schadstoffe in einem einzigen Abkühlschritt auskondensieren lassen. Im übrigen läßt sich ein Kondensieren von S02 bei der angegebenen niedrigsten Rauchgastemperatur nicht erreichen, da der Taupunkt von S02 wesentlich tiefer liegt.It was recognized that the heat exchange between cold fresh air from the atmosphere and the exhaust gases of a boiler in a very flexible way can not only be further developed to optimally utilize the exhaust gas heat, but that at the same time the exhaust gases are also effectively freed of pollutants can. In this context, DE-OS 32 45 559 should be mentioned, from which it can be seen that flue gases from boilers to below the dew point, d. H. until condensation forms should be cooled down, to remove all pollutants with the condensate to discharge the flue gas. There will be a gradual cooling of the smoke approx. 3C OC + 5 OC considered necessary because not all of them are temperature dependent Let pollutants condense out in a single cooling step. Otherwise leaves S02 condenses at the specified lowest flue gas temperature because the dew point of S02 is much lower.
Auch beschreibt die DE-OS 32 45 559 ein Verfahren zur Bindung der im Kondensat enthaltenen Schadstoffe durch chemische Reaktion, z. B. mit Marmorgranulat, wobei ein Schwefelsäure-Anteil unter Bildung von Gips reagiert.DE-OS 32 45 559 also describes a process for binding the pollutants contained in the condensate due to chemical reaction, e.g. B. with marble granulate, a proportion of sulfuric acid reacts to form gypsum.
Die abgasseitigen Wärmetauscher sind bei dem Verfahren nach der DE-OS 32 45 559 an Wärmekreisläufe der Heizungsanlage angeschlossen.The exhaust gas-side heat exchangers are in the method according to DE-OS 32 45 559 connected to the heating circuit of the heating system.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren zur Nutzung der Abgaswärme in einer Heizungsanlage durch Wärmetausch zwischen Abgas und Gebläseluft dahingehend weiterzuentwickeln, daß durch gesteigerte Flexibilität ein optimaler Wärmegewinn erhalten und Schadstoffe, insbesondere Schwefeloxyde, umweltfreundlich gebunden werden, ohne daß es mehrerer Kondensationsstufen bedarf. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.The invention is based on the object of using the method the exhaust gas heat in a heating system through heat exchange between exhaust gas and blower air to be further developed in such a way that an optimal one through increased flexibility Preserve heat gain and pollutants, especially sulfur oxides, environmentally friendly be bound without the need for multiple condensation stages. The solution to this The task is achieved with the features of claim 1.
Unter der Voraussetzung, daß im Heizkessel bereits ein Wärmetausch mit einem Heizmedium (Luft oder Wasser) stattgefunden hat, besteht der erste Verfahrensschritt gemäß der Erfindung darin, daß kalte Frischluft als alleinige Gebläseluft dem abgasseitigen Wärmetauscher zugeführt und das Abgas bis zur Kondensatbildung abgekühlt wird. Da die kalte Frischluft in der Heizperiode durchschnittlich eine Temperatur von ca. 5 OC hat, wird die Frischluft beim Wärmetausch auf ca. 50 bis über 100 OC aufgeheizt.Provided that there is already a heat exchange in the boiler has taken place with a heating medium (air or water), the first process step consists according to the invention in that cold fresh air as the sole blower air to the exhaust gas side Heat exchanger supplied and the exhaust gas is cooled until condensation forms. There the cold fresh air during the heating season has an average temperature of approx. 5 OC, the fresh air is heated to approx. 50 to over 100 OC during the heat exchange.
Diese erwärmte Frischluft wird nun im Rahmen des wirtschaftlichen Aspektes der Erfindung in Teilströme nach den Merkmalen b) bis d) des Patentanspruches 1 aufgeteilt, wobei die Aufteilung der Teilströme von aufgeheizter Frischluft je nach Struktur des Wärmebedarfs veränderlich und anpaßbar bemessen werden kann. Hierin liegt die Flexibilität und die Verbesserung der Ausnutzung der Abgas- -wärme begründet. Als Wärmeverbraucher im Sinne des Merkmals b) kommen in Frage: Eine zum Heizkessel zusätzliche Beheizung des Heizwassers einer Warmwasserheizung, die Direkt-Einspeisung in eine Warmluftheizung, ggf. auch als zusätzliche Luftheizung in bestimmten Räumen, die nicht an den Hauptkreis der Warmwasserheizung angeschlossen sind, ferner die Aufheizung von Brauchwasser oder Schwimmbadwasser in Wärmetauschern. Unter Umständen ist ein Puffer erforderlich, falls Wärmebedarf und Wärmeangebot nicht gleichzeitig auftreten.This heated fresh air is now under the economic Aspect of the invention in partial flows according to features b) to d) of claim 1 divided, the division of the partial flows of heated fresh air depending on can be dimensioned variably and adaptably according to the structure of the heat demand. Here in the flexibility and the improvement in the utilization of the exhaust gas heat is justified. The following heat consumers in the sense of feature b) come into question: One to the boiler additional heating of the heating water of a hot water heater, the direct feed in warm air heating, possibly also as additional air heating in certain rooms, which are not connected to the main circuit of the hot water heating, furthermore the Heating of service water or swimming pool water in heat exchangers. In certain circumstances a buffer is required if heat demand and heat supply are not available at the same time appear.
Die Einleitung eines Teilstroms der aufgewärmten Frischluft in das Abgas zu dessen Wieder-Aufheizung dient dem Schutz des Kamins, um ohne Kaminauskleidung auszukommen.The introduction of a partial flow of the heated fresh air into the Exhaust gas to be re-heated serves to protect the chimney without the chimney lining get along.
Die intensive Abkühlung des Abgases nach dem ersten Verfahrensschritt führt nicht nur zu den sauberen und gut ausnutzbaren aufgewärmten Frischluft-Teilströmen, sondern auch zu einem Kondensat, in dem nicht alle im Abgas enthaltenen Schadstoffe gelöst sind. Da S02 einen niedrigeren Taupunkt hat als S03, das bei ca. 15Q bis 160 OC kondensiert, fällt im abgasseitigen Wärmetauscher im wesentlichen nur S03 durch Kondensieren aus. Aus diesem Grunde sieht das Verfahren gemäß der DE-OS 32 45 559 drei aufeinanderfolgende Wärmetauscher vor, was - wie ausgeführt - nicht zu dem erhofften Erfolg führt. Um insbesondere bei Verwendung von schwefelhaltigen Brennstoffen das bei den erreichbaren Abkühlungstemperaturen durch Kondensieren nicht entfernbare S02 dennoch zurückzuhalten, sieht die Erfindung die Merkmale e) bis g) des Patentanspruches 1 vor.The intensive cooling of the exhaust gas after the first process step not only leads to clean and easily usable heated fresh air partial flows, but also to a condensate in which not all of the pollutants contained in the exhaust gas are resolved. Since S02 has a lower dew point than S03, which is around 15Q to 160 OC condenses, essentially only SO3 falls in the heat exchanger on the exhaust gas side by condensing. For this reason, the method according to DE-OS 32 45 559 three successive heat exchangers in front of what - as stated - not leads to the hoped-for success. To be particularly important when using sulphurous Fuels at the achievable cooling temperatures through condensation to withhold non-removable S02 anyway, the invention provides the features e) to g) of claim 1.
Hiernach wird das in an sich bekannter Weise alkalisch gemachte Kondensat in einer Art Wäsche mit dem Abgas behandelt bzw. umgekehrt, so daß das im Abgas noch mitgeführte 502 als schwefelige Säure von dem alkalischen Kondensat aufgenommen wird mit der Folge, daß das Kondensat nahezu neutral wird.The condensate, which is made alkaline in a manner known per se, is then rendered alkaline treated in a kind of scrubbing with the exhaust gas or vice versa, so that in the exhaust gas 502 still carried along was taken up as sulfurous acid by the alkaline condensate becomes with the result that the condensate is almost neutral.
Wenn die von dem jeweiligen Brennstoff abhängige, zur Verfügung stehende Kondensatmenge gegenüber dem Abgas-Angebot zu klein ist, empfiehlt es sich, daß-das alkalische Kondensat als Waschwasser im Kreislauf in das abgekühlte Abgas eingeführt wird.If the one available depending on the respective fuel If the amount of condensate is too small compared to the exhaust gas supply, it is recommended that -that alkaline condensate introduced as washing water in the circuit in the cooled exhaust gas will.
Es kann auch ein Teilstrom der kalten Frischluft zur an sich bekannten Oxydation von Sulfiten abgezweigt und mit dem im wesentlichen neutralen Kondensat versetzt werden, um die Sulfite in nicht wasserlösliche Sulfate umzuwandeln.There can also be a partial flow of the cold fresh air to the known per se Oxidation of sulfites branched off and with the essentially neutral condensate be added to convert the sulfites into water-insoluble sulfates.
Die Notwendigkeit dieses Verfahrensschrittes ergibt sich aus der Zusammensetzung des verwendeten Brennstoffes und wird dann auch durch die behördlichen Vorschriften gefordert.The necessity of this process step results from the composition of the fuel used and is then also regulated by the official regulations required.
Eine Heizungsanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in einem Ausführungsbeispiel in der Zeichnung dargestellt und mit dem Patentanspruch 4 unter Schutz gestellt.A heating system for carrying out the method according to the invention is shown in one embodiment in the drawing and with the claim 4 placed under protection.
Die Heizungsanlage umfaßt an bekannten Elementen einen befeuerten Heizungskessel 1, eine Abgasleitung 2, einen Wärmetauscher 4 und ein Abgasgebläse 18 in der Abgasleitung 2. Auch eine zum Wärmetauscher 4 führende Luftleitung 5 mit Gebläse 6 ist Stand der Technik. Neu ist hingegen zunächst, daß die Luftleitung 5 zur Außen-Atmosphäre hin offen ist und somit ausschließlich kalte Frischluft führt, die im Wärmetauscher 4 mit dem Abgas in Wärmetausch gelangt.The heating system comprises of known elements a fired one Heating boiler 1, an exhaust pipe 2, a heat exchanger 4 and an exhaust fan 18 in the exhaust line 2. Also an air line 5 leading to the heat exchanger 4 Fan 6 is state of the art. What is new, however, is initially that the air duct 5 is open to the outside atmosphere and thus only leads cold fresh air, which gets into heat exchange with the exhaust gas in the heat exchanger 4.
Die von dem Wärmetauscher abgehende, die aufgewärmte Frischluft führende Leitung 7 ist in Zweigleitungen 7a, 7b, 7c und 7d aufgeteilt. Durch nicht dargestellte Mittel sind die Volumina an warmer Frischluft, die diese Zweigleitungen durchströmen, selektiv einstellbar, auch einzeln abschaltbar.The outgoing from the heat exchanger, leading the heated fresh air Line 7 is divided into branch lines 7a, 7b, 7c and 7d. By not shown Mean is the volume of warm fresh air that flows through these branch lines, selectively adjustable, can also be switched off individually.
Im einzelnen führt die Zweigleitung 7a zu einem Wärmetauscher 8, um Frischluftwärme an das Warmwasser einer Warmwasserheizung, an Brauchwasser oder an Schwimmbadwasser abzugeben. Die Zweigleitung 7b führt zum Eingang 9 für Verbrennungsluft, um diese durch Direkteinspeisung oder Wärmetausch vorzuwärmen. Die Luft-Zweigleitung 7c ist stromab des Wärmetauschers 4 in die Abgas leitung 2 zurückgeführt, um das abgekühlte Abgas mit Rücksicht auf den Kamin 19 wieder aufzuwärmen. Über die Zweigleitung 7d kann aufgeheizte Frisch luft direkt zur Luftheizung von Räumen verwendet werden, und zwar zusätzlich zu einer bestehenden Warmwasserheizung oder - wenn es sich um eine Warmluftheizung handelt - durch Direkteinspeisung in die vom Heizkessel 1 erzeugte Warmluft.In detail, the branch line 7a leads to a heat exchanger 8 to Fresh air heat to the hot water of a hot water heating system, to service water or to be released into swimming pool water. The branch line 7b leads to the inlet 9 for combustion air, to preheat them through direct feed or heat exchange. The air branch 7c is fed back downstream of the heat exchanger 4 in the exhaust gas line 2 to the warm up cooled exhaust gas with regard to the chimney 19 again. Via the branch line 7d, heated fresh air can be used directly to heat rooms, in addition to an existing hot water heating system or - if it is a warm air heating acts - by direct feed into the one generated by boiler 1 Warm air.
Der Frischluft-Abgas-Wärmetauscher 4, dem ein Staubfilter : vorgeordnet ist, ist so ausgelegt, daß aufgrund der in der Heizperiode kalten Frischluft, die über das Gebläse 6 angesaugt wird, die Abgase bis zur Kondensatbildung abgekühlt werden. Das den Wärmetauscher 4 über die Leitung 10 verlassende Kondensat ist in einen Aufbereitungs-Behälter 11 geleistet, der einen Anschluß 12 zur Einleitung von Alkalien aufweist. Über eine Leitung 13 mit Pumpe 14 wird das alkalische Kondensat einer Behandlungsvorrichtung 15 zugeführt, in der das Abgas mit dem alkalischen Kondensat versetzt wird, beispielsweise durch Einsprühen des Kondensats in eine Abgas-Atmosphäre oder beispielsweise indem das Abgas in eine aus Kondensat bestehende Badflüssigkeit eingedüst wird.The fresh air exhaust gas heat exchanger 4, which is preceded by a dust filter is designed in such a way that, due to the cold fresh air during the heating season, the is sucked in via the fan 6, the exhaust gases are cooled down to the formation of condensate will. The condensate leaving the heat exchanger 4 via line 10 is shown in FIG made a processing container 11, which has a connection 12 for the introduction of alkalis. The alkaline condensate is discharged via a line 13 with a pump 14 a treatment device 15 supplied, in which the exhaust gas with the alkaline Condensate is added, for example by spraying the condensate into a Exhaust gas atmosphere or, for example, by placing the exhaust gas in a condensate consisting of Bath liquid is injected.
Hierdurch werden auch die Bestandteile an Schwefeloxyden aus dem Abgas ausgewaschen, die durch Kondensieren im Frischluft-Abgas-Wärmetauscher 4 nicht herausgelöst werden können. Dieses Auswaschen geht unter einer chemischen Reaktion vor sich, indem das S02 mit den alkalischen Bestandteilen des aus dem Aufbereitungsbehalter 11 kommenden Kondensat im wesentlichen neutral wird.This also removes the sulfur oxides from the exhaust gas washed out, which is not dissolved out by condensation in the fresh air exhaust gas heat exchanger 4 can be. This washing takes place under a chemical reaction, by the S02 with the alkaline components of the treatment container 11 coming condensate is essentially neutral.
An sich könnte das neutrale Kondensat aus der Behandlungsvorrichtung 15 abgezogen werden. Es empfiehlt sich jedoch, bei relativ geringem Kondensat-Anfall im Wärmetauscher 4 das Kondensat als Waschwasser zirkulieren zu lassen. Hierzu ist der Ausgang der Behandlungsvorrichtung 15 über die Leitung 16 in den Aufbereitungsbehälter 11 zurückgeführt, um mit frischem, alkalischen Kondensat erneut über die Leitung 13 in die Behandlungsvorrichtung 15 rückgeführt zu werden. Eine Überlauf-Menge des im wesentlichen neutralen Kondensats wird über die Leitung 17 aus dem Aufbereitungsbehälter 11 abgezogen.In itself, the neutral condensate could be from the treatment device 15 can be deducted. It is recommended, however, when there is relatively little condensation to circulate the condensate as washing water in the heat exchanger 4. This is the output of the treatment device 15 via the line 16 into the processing container 11 returned to the line again with fresh, alkaline condensate 13 to be returned to the treatment device 15. An overflow amount of the Essentially neutral condensate is discharged from the treatment tank via line 17 11 deducted.
Eine Zweigleitung 5a für kalte Frischluft führt einen Teilstrom von Frischluft in den Aufbereitungsbehälter 11, um dort im Kondensat enthaltene Sulfite zu Sulfaten zu oxydieren. Diese Sulfate werden aus dem über die Leitung 17 abgeführten Kondensat herausgefiltert, so daß das im wesentlichen neutrale und salzfreie Kondensat in den Abwasserkanal abgelassen werden darf.A branch line 5a for cold fresh air leads a partial flow of Fresh air into the treatment tank 11 to remove sulfites contained in the condensate to oxidize to sulfates. These sulfates are discharged from the via line 17 Condensate filtered out, so that the essentially neutral and salt-free condensate may be drained into the sewer.
über eine Bypassklappe 20 kann das Abgas unmittelbar über den Bypass 2a in den Kamin 19 geleitet werden, wenn au£ dem anderen AbgasGJeg eine Störung auftreten sollte.Via a bypass flap 20, the exhaust gas can pass directly through the bypass 2a are passed into the chimney 19 if there is a fault in the other exhaust gas should occur.
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