EP0772010A1 - Brennerbeheizter Lufterhitzer - Google Patents

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EP0772010A1
EP0772010A1 EP96117521A EP96117521A EP0772010A1 EP 0772010 A1 EP0772010 A1 EP 0772010A1 EP 96117521 A EP96117521 A EP 96117521A EP 96117521 A EP96117521 A EP 96117521A EP 0772010 A1 EP0772010 A1 EP 0772010A1
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EP
European Patent Office
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air
combustion chamber
flow
partial
partial air
Prior art date
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Application number
EP96117521A
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English (en)
French (fr)
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EP0772010B1 (de
Inventor
Willi Frei
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Flucorrex AG
Original Assignee
Flucorrex AG
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Publication date
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Publication of EP0772010A1 publication Critical patent/EP0772010A1/de
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Publication of EP0772010B1 publication Critical patent/EP0772010B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B21/00—Arrangements for supplying or controlling air or other gases for drying solid materials or objects
    • F26B21/001—Air generating units, e.g. movable or independent of drying enclosure
    • F26B21/002—Air generating units, e.g. movable or independent of drying enclosure with means for indirect air heating, i.e. using heat exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H3/00—Air heaters
    • F24H3/02—Air heaters with forced circulation
    • F24H3/06—Air heaters with forced circulation the air being kept separate from the heating medium, e.g. using forced circulation of air over radiators
    • F24H3/08—Air heaters with forced circulation the air being kept separate from the heating medium, e.g. using forced circulation of air over radiators by tubes
    • F24H3/087—Air heaters with forced circulation the air being kept separate from the heating medium, e.g. using forced circulation of air over radiators by tubes using fluid fuel

Definitions

  • the surface temperature is not limited to a maximum of 700 ° C can be ensured.
  • a good flow around the combustion chamber is essential because the flame in the combustion chamber has a temperature of over 1000 ° C and therefore wall temperatures of over 700 ° C can occur.
  • the object of the invention is to ensure intensive flue gas cooling in a single, compact device and, at the same time, to keep the surface temperature of all the outer surfaces coming into contact with the drying air as low as possible.
  • Effective cooling of both the flue gas generated in the combustion chamber in a flue gas heat exchanger and the outer surface of the combustion chamber can be achieved because drying air comes into contact with each of them, which has not yet been preheated in an upstream heat exchange step.
  • the greatest possible driving temperature gradient is available for cooling the outer surface of the combustion chamber, so that effective cooling of the outer surface is possible.
  • the second partial air flow of drying air to be heated flows along the outer surface of the combustion chamber, so that no areas with insufficient overflow that can overheat form, which can result in wall temperatures that are above the maximum tolerable.
  • the mass fraction of the second partial air stream is advantageously smaller than the mass fraction of the first partial air stream of air to be heated.
  • the mass fraction of the two partial air flows can be regulated in a simple and convenient manner, for example by adjusting the pressure loss of one or both partial air flows.
  • the combustion chamber is advantageously of essentially rotationally symmetrical shape and the main extent of the combustion chamber lies in the direction of the axis of rotation of the combustion chamber. Due to the rotationally symmetrical shape of the combustion chamber, the flow around it in the longitudinal direction, ie. H. relieved in the direction of the axis of rotation.
  • the second partial air stream of the drying air to be heated is preferably conducted in a closed flow channel which surrounds the combustion chamber, the closed flow channel having ribs or lamellae which are formed on the outer circumferential surface of the combustion chamber and extend in the main flow direction of the second partial air flow within the flow channel.
  • the provision of a closed flow channel and the ribs or fins arranged therein in the main flow direction ensure a controlled and uniform overflow of the outer surface of the combustion chamber. This will reduce the risk of uneven and locally insufficient overflow with the resulting local overheating avoided.
  • the heat-conducting fins applied to the air side that is to say the outer surface of the combustion chamber, result in a significant increase in the heat exchange surface, as a result of which the cooling effect is greatly improved. As a result, the volume flow of the second partial air flow can be reduced with the same heat transfer from the combustion chamber to the second partial air flow.
  • the flue gas heat exchanger preferably comprises a tube bundle in which the flue gases flow, the first partial air stream of the drying air to be heated being passed in a cross-countercurrent around the tube bundle.
  • the air heating system advantageously has an adjusting device for the mass flow ratio of the two partial air flows of the drying air to be heated.
  • the air heating system can be specifically adapted to different operating areas. If, for example, drying air of a higher or lower temperature is to be generated, this can be achieved by adjusting the mass flow ratio of the two partial air flows without causing undesired overheating within the air heating system.
  • the adjusting device is preferably an axially displaceable baffle plate.
  • the axially displaceable baffle plate narrows or widens the outlet cross section of the flow duct of one of the two partial air flows at the outlet from the air heating system and thus controls the pressure loss of the respective partial air flow. This is possible because the first and the second partial air stream of the drying air to be heated are conducted without mutual mixing and thus without the possibility of mutual pressure equalization in the air heating system.
  • the air heating system shown in Fig. 1 is generally designated by reference number 10.
  • the air heating system 10 has a suitable housing 12, the construction of which, with various housing covers, flanges and supporting components, enables both the safe installation of the air heating system 10 on the stand area 14 and good accessibility to the individual assemblies in order to maintain and possibly clean the air heating system 10 can.
  • An essential component of the air heating system 10 is the combustion chamber 16, which is firmly connected to a burner 18, which generates flue gases by burning a liquid or gaseous fuel.
  • the operation of the burner 18, the burner flame 19 of which is shown schematically in the figures, is not explained in more detail below, since this is a connection of a burner to a combustion chamber which is customary in the art.
  • the tubes of the tube bundle of the flue gas heat exchanger 22 are charged with the flue gases A and end in a flue gas outlet 24, from which the flue gases are removed in a suitable manner.
  • the flue gases are guided in a tube bundle loop and the flow direction of the flue gases on the one hand changed by a targeted bending of the individual tubes in the deflection area 25 and on the other hand by interposing a deflection bell 26.
  • the tube bundle of the flue gas heat exchanger 22 runs before leaving the air heating system 10 along an air inlet 28 through which a partial air flow of the air to be heated enters the air heating system 10.
  • the air which has not yet been preheated through the air inlet 28 is split into two partial air streams B and C which flow independently of one another through the air heating system 10 and are only mixed with one another after they have left the air heating system 10.
  • the two partial air streams can be separated in any way, for example by installing separating and air guiding elements which are arranged in the housing 12.
  • a wall of the deflection bell 26 of the flue gas heat exchanger 22 forms part of the separating elements required for this.
  • the first partial air flow B flows around the flue gas tube bundle of the flue gas heat exchanger 22.
  • Partial airflow B This creates a cross-countercurrent flow between the flue gas to be cooled and the partial airflow B to be heated of the air to be heated, whereby the best possible use of the primary fuel energy used in the burner is achieved.
  • the first partial air flow B after flowing around the tube bundles of the flue gas heat exchanger 22, leaves the air heating system 10 through outlet openings 30, to which suitable devices can be connected, in order to heat the first one emerging from the outlet openings 30 Record partial air flow B and continue to convey it as intended.
  • the second partial air flow C of the air to be heated is passed through the air heater completely separately from the first partial air flow B and is passed in a suitable manner, for example via air guide plates 32, to the combustion chamber 16, whereupon the second partial air flow C enters a chamber jacket 34, which the combustion chamber 16 surrounds.
  • the chamber jacket 34 is designed such that the second partial air flow C completely flows around the outer jacket surface of the combustion chamber 16.
  • ribs or fins 36 are preferably formed on the outer lateral surface of the combustion chamber 16. These fins 36 enlarge the heat-emitting surface of the combustion chamber 16 and thus increase the cooling effect by the second partial air flow C guided in the chamber jacket 34.
  • the dimensioning of the laminated combustion chamber size is based on the specification that the flue gases in the combustion chamber are cooled to such an extent that also on Combustion chamber outlet 20, at which the flue gases enter the tube bundle of the flue gas heat exchanger 22, the tube surface temperature does not exceed a temperature of 700 ° C.
  • the second partial air flow C is guided through the chamber jacket 34 parallel to the longitudinal axis of the preferably substantially cylindrical combustion chamber 16 and leaves the air heating system 10 at the end of the combustion chamber 16 remote from the burner.
  • the second partial air flow C is split into two partial flows on exiting the air heating system, a first partial flow leaving the air heating system essentially in the direction of the flow through the chamber jacket 34, but the other flow is deflected and the end, remote from the burner, preferably bell-shaped flows around the combustion chamber 16 before it leaves the air heating system.
  • baffle plate 38 which at the same time serves to set the mass flow ratio of the two partial air flows B and C of the air to be heated.
  • the baffle plate 38 in the axial direction, i. H. in the direction of the longitudinal axis of the substantially cylindrical combustion chamber 16, are shifted and fixed in position.
  • the displacement of the baffle plate 38 regulates the flow resistance at the outlet of the second partial air flow C from the air heating system 10. Because of the completely separated inside the air heating system 10 Flow guidance of the two partial air flows B and C, the pressure drop on the outlet side of the second partial air flow C affects the distribution of the two partial air flows at the air inlet 28. The more the outlet cross-section for the second partial air flow C is narrowed with the help of the baffle plate 38, the smaller the second partial air flow C becomes, because the pressure loss decreases as the flow velocity of the second partial air flow C decreases and the air to be dried is still present together at the air inlet 28, ie Pressure at air inlet 28 is the same for both partial air flows B and C.
  • the second partial air flow C is also taken up in a suitable manner and conveyed on as intended.
  • the dimensioning of the laminated combustion chamber size is according to the specification directs, after which the flue gases in the combustion chamber are cooled to such an extent that the pipe surface temperature does not exceed 700 ° C at the flue gas inlet into the tube bundle, can also be dimensioned smaller by the use of the likewise cold, second partial air flow C for cooling the combustion chamber 16 and thus the entire air heating system can be made more compact despite the optimal use of the primary fuel energy used.

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Abstract

Eine Lufterhitzungsanlage (10) zur indirekten Erwärmung von Luft für Trocknungsanlagen umfaßt einen Rauchgas-Wärmetauscher (22), der die in einer Brennkammer (16) erzeugten Rauchgase (A) in wärmeübertragenden Kontakt zu einer zu erwärmenden Luft bringt. Die zu erwärmende Luft wird an der äußeren Mantelfläche der Brennkammer entlanggeführt. Eine Trennvorrichtung teilt die zu erwärmende Trocknungsluft in zwei Teilluftströme auf, wobei der erste Teilluftstrom (B) den Rauchgas-Wärmetauscher durchströmt und der zweite Teilluftstrom (C) an der äußeren Mantelfläche der Brennkammer entlanggeführt wird. Der erste und der zweite Teilluftstrom werden ohne gegenseitige Vermischung in der Luferhitzungsanlage geführt. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Lufterhitzungsanlage zur indirekten Erwärmung von Luft für Trocknungsanlagen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur indirekten Erwärmung von Luft für Trocknungsanlagen.
  • Die Aufgabe solcher Lufterhitzungsanlagen zur indirekten Erwärmung von Luft für Trocknungsanlagen besteht darin, daß die für einen Trocknungsprozeß erforderliche Luft auf eine vorgegebene Temperatur erwärmt wird, ohne daß diese direkt durch eine Brennerflamme erhitzt wird. Aufgrund der in Rauchgasen enthaltenen Schadstoffe, die über die Brennerabluft auf das zu trocknende Gut übertragen werden könnten, muß im Fall einer Trocknung von Lebensmitteln, wie beispielsweise Braumalz, Milchpulver oder Kaffee, die Trocknungsluft indirekt erwärmt werden.
  • Diese Aufgabe brennerbeheizter Lufterhitzer, wird in der DE 43 08 522 eingehend beschrieben. Zur Lösung dieser Aufgabe wird in der DE 43 08 522 ein Gerät vorgestellt, bei dem der Feuerungsraum mit Hilfe eines flüssigen Zwischenmediums, zum Beispiel Wasser, gekühlt wird. Durch die Kühlung des Feuerungsraumes wird die Oberflächentemperatur der mit der zu erwärmenden Luft in Berührung kommenden Oberflächen, insbesondere die Oberfläche des Feuerungsraumes, auf eine Temperatur unter 700 °C begrenzt. Hierdurch kann eine Kontamination der zu erwärmenden Luft durch Stickoxide oder andere unerwünschte Verbrennungsrückstände wirksam verhindert werden. Des weiteren führt die Verwendung eines flüssigen Zwischenmediums zu einer guten Verwertung der Abwärme aus Eigenstrom-Erzeugungsanlagen, zum Beispiel aus Blockheizkraftwerken.
  • Um die für Trocknungsprozesse üblicherweise technologisch erforderlichen Lufttemperaturen zu erzielen, sind hohe Temperaturen im flüssigen Zwischenmedium notwendig, die in der Praxis bei über 120 °C liegen. Dies bedeutet, daß im Falle eines Einsatzes von Wasser als flüssiges Zwischenmedium, alle im Kreislauf installierten Apparate und Geräte unter die Druckbehälterverordnung fallen. Dieser Umstand erhöht die Investitionskosten einer derartigen Anlage und erschwert den Betrieb durch die Notwendigkeit behördlicher Auflagen bzw. Annahmen.
  • Bei Anwendungsfällen, in denen keine Abwärme in Form von flüssigem Zwischenmedium zur Verwertung zur Verfügung steht, ist es deshalb sinnvoll, auf den Einsatz eines flüssigen Zwischenmediums zu verzichten und die Kühlung des Feuerungsraumes direkt durch die zu erwärmende Luft herbeizuführen.
  • Die DE 30 39 065 beschreibt einen brennerbeheizten Lufterhitzer ohne Einsatz eines Zwischenmediums. Ein Teilluftstrom der zu erwärmenden Luft strömt um die Brennkammer und durch einen Vorwärmetauscher, in dem die in der Brennkammer entstehenden Rauchgase gekühlt werden. Ein zweiter Teilluftstrom wird in einem getrennten Nachwärmetauscher erwärmt, der von den bereits im Vorwärmetauscher abgekühlten Rauchgasen durchströmt wird. Die beiden Teilluftströme unterschiedlicher Temperatur werden im Lufterhitzer zu einem Gesamtluftstrom vermischt und verlassen gemeinsam den Lufterhitzer.
  • Da der erste Teilluftstrom die Brennkammer quer anströmt, bildet sich auf der dem Eintritt des ersten Teilluftstromes abgewandten Seite der Brennkammer ein Lee-Bereich mit ungenügender Luftbewegung an der Mantelfläche der Brennkammer, so daß in diesem Bereich eine Begrenzung der Oberflächentemperatur auf maximal 700 °C nicht sichergestellt werden kann. Eine gute Umströmung der Brennkammer ist unabdingbar, weil die Flamme in der Brennkammer eine Temperatur über 1000 °C aufweist und daher Wandtemperaturen von über 700 °C auftreten können.
  • Eine verbesserte Beeinflussung der Oberflächentemperatur der Brennkammer ist in der DE-OS 23 29 305 beschrieben. Hier wird die Mantelfläche der Brennkammer parallel zur Längsachse der Brennkammer angeströmt, so daß kein Lee-Bereich mit ungenügender Luftbewegung und demzufolge reduzierter Kühlwirkung entstehen kann. Jedoch sind entlang des sich an die Brennkammer anschließenden Rauchgaskanals derartige Oberflächen vorhanden, die nur unzureichend gekühlt werden und daher zu einer unerwünschten Kontamination der zu erwärmenden Trocknungsluft mit Stickoxiden führen können. Des weiteren ist die Brennstoffausnutzung nur gering, weil die Trocknungsluft in Gleichstrom zum Rauchgas von der Brennkammer zu einem Rohrbündel-Wärmetauscher strömt, in dem die Trocknungsluft im Kreuz-Gleichstrom zum Rauchgas geführt wird. Durch die serielle Anordnung der einzelnen Wärmetauschelemente sowie der im wesentlichen Gleichstromführung von Trocknungsluft und Rauchgas in diesen ist eine intensive Rauchgasabkühlung, die eine Voraussetzung für eine optimale Energieausnutzung darstellt, nicht gegeben.
  • Dieser Nachteil wird mit der in der DE 33 30 924 beschriebenen Vorrichtung behoben. Bei diesem Lufterhitzer strömt die Luft im Gegenstrom zum Rauchgas und entlang der Mantelfläche der Brennkammer. Das Anströmen des von Rauchgas durchströmten Rohrbündels mit kalter Luft führt zwar zu einer intensiven Rauchgasabkühlung und damit einer guten Energieausnutzung; allerdings wird diese bereits vorerhitzte Luft zur Kühlung der Mantelfläche der Brennkammer herangezogen. Dies führt dazu, daß die Kühlung der Mantelfläche der Brennkammer deutlich verschlechtert ist, weil das proportional in die Bestimmung des Wärmeübergangs eingehende treibende Temperaturgefälle deutlich verringert ist. Aus diesem Grund kann eine ausreichende Wärmeabfuhr von der Mantelfläche der Brennkammer nur mit unverhältnismäßig großem Brennkammerdurchmesser ermöglicht werden, weil hierdurch die Wärmeübertragungsfläche, die ebenfalls proportional zur abgegebenen Wärmemenge ist, vergrößert wird.
  • Ausgehend von der DE 30 39 065 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, in einem einzigen, kompakten Gerät eine intensive Rauchgasabkühlung sicherzustellen und gleichzeitig die Oberflächentemperatur aller mit der Trocknungsluft in Berührung kommenden Außenflächen möglichst gering zu halten.
  • Dieses technische Probe wird durch eine Lufterhitzungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur indirekten Erwärmung von Luft nach Anspruch 10 gelöst.
  • Eine wirkungsvolle Kühlung sowohl des in der Brennkammer erzeugten Rauchgases in einem Rauchgas-Wärmetauscher, als auch der äußeren Mantelfläche der Brennkammer kann erzielt werden, weil jeweils Trocknungsluft mit diesen in Kontakt tritt, die noch nicht in einem vorgeschalteten Wärmeaustauschschritt vorerwärmt wurde. Hierdurch steht für die Kühlung der Mantelfläche der Brennkammer das größtmögliche, treibende Temperaturgefälle zur Verfügung, so daß eine wirksame Kühlung der Mantelfläche möglich ist. Des weiteren strömt der zweite Teilluftstrom an zu erwärmender Trocknungsluft entlang der äußeren Mantelfläche der Brennkammer, so daß sich keine Bereiche mit ungenügender Überströmung bilden, die überhitzen können, wodurch Wandtemperaturen entstehen können, die oberhalb der maximal tolerierbaren liegen. Indem die beiden Teilluftströme ohne gegenseitige Vermischung innerhalb der Lufterhitzungsanlage geführt werden, können diese jeweils speziell auf die beiden Teilaufgaben, eine intensive Rauchgaskühlung mit dem ersten Teilluftstrom und eine ausreichende Kühlung der mit dem Luftstrom in Berührung tretenden Außenflächen mit dem zweiten Teilluftstrom abgestimmt werden.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet.
  • Vorteilhafterweise ist der Massenanteil des zweiten Teilluftstromes kleiner als der Massenanteil des ersten Teilluftstromes an zu erwärmender Luft.
  • Indem der erste Teilluftstrom und der zweite Teilluftstrom der zu erwärmenden Trocknungsluft ohne gegenseitige Vermischung in der Lufterhitzungsanlage geführt werden, kann auf einfache und bequeme Weise, beispielsweise durch Einstellen des Druckverlustes eines oder beider Teilluftströme, der Massenanteil der beiden Teilluftströme reguliert werden.
  • Vorteilhafterweise ist die Brennkammer im wesentlichen rotationssymmetrisch geformt und liegt die Haupterstreckung der Brennkammer in Richtung der Rotationsachse der Brennkammer. Durch die rotationssymmetrische Form der Brennkammer wird deren Umströmung in Längsrichtung, d. h. in Richtung der Rotationsachse erleichtert.
  • Vorzugsweise wird der zweite Teilluftstrom der zu erwärmenden Trocknungsluft in einem geschlossenen Strömungskanal geführt, der die Brennkammer umgibt, wobei der geschlossene Strömungskanal Rippen oder Lamellen aufweist, die an der äußeren Mantelfläche der Brennkammer gebildet sind und sich in Hauptströmungsrichtung des zweiten Teilluftstromes innerhalb des Strömungskanals erstrecken.
  • Das Vorsehen eines geschlossenen Strömungskanales sowie die in Hauptströmungsrichtung darin angeordneten Rippen oder Lamellen stellen eine kontrollierte und gleichmäßige Überströmung der äußeren Mantelfläche der Brennkammer sicher. Hierdurch wird die Gefahr einer ungleichmäßigen und lokal ungenügenden Überströmung mit der daraus resultierenden örtlichen Überhitzung vermieden. Die auf der Luftseite, d. h. äußeren Mantelfläche, der Brennkammer aufgebrachten, wärmeleitenden Lamellen bewirken eine deutliche Vergrößerung der Wärmeaustauschfläche, wodurch die Kühlwirkung stark verbessert wird. Hierdurch kann der Volumenstrom des zweiten Teilluftstromes bei gleicher Wärmeübertragung von der Brennkammer auf den zweiten Teilluftstrom verringert werden.
  • Vorzugsweise umfaßt der Rauchgas-Wärmetauscher ein Rohrbündel, in dem die Rauchgase strömen, wobei der erste Teilluftstrom der zu erwärmenden Trocknungsluft im Kreuz-Gegenstrom um das Rohrbündel geführt wird. Durch die Kreuz-Gegenstromführung der Trocknungsluft zu dem Rauchgas kann eine bestmögliche Ausnutzung der im Brenner eingesetzten Primärenergie erzielt werden, indem die noch nicht vorgewärmte Luft in Wärmeaustausch mit dem austrittsseitigen Ende der Rauchgas-Rohre gebracht wird.
  • Vorteilhafterweise besitzt die Lufterhitzungsanlage eine Einstellvorrichtung des Massenstromverhältnisses der zwei Teilluftströme der zu erwärmenden Trocknungsluft. Hierdurch kann die Lufterhitzungsanlage gezielt auf verschiedene Betriebsbereiche angepaßt werden. Wenn beispielsweise Trocknungsluft einer höheren oder niedrigeren Temperatur erzeugt werden soll, kann dies durch eine Einstellung des Massenstromverhältnisses der zwei Teilluftströme erreicht werden, ohne daß es zu einer unerwünschten Überhitzung innerhalb der Lufterhitzungsanlage kommen kann.
  • Vorzugsweise ist die Einstellvorrichtung eine axial verschiebbare Prallscheibe. Die axial verschiebbare Prallscheibe verengt bzw. erweitert den Austrittsquerschnitt des Strömungskanals eines der beiden Teilluftströme am Austritt aus der Lufterhitzungsanlage und steuert somit den Druckverlust des jeweiligen Teilluftstromes. Dies ist deshalb möglich, weil der erste und der zweite Teilluftstrom der zu erwärmenden Trocknungsluft ohne gegenseitige Vermischung und somit ohne die Möglichkeit eines gegenseitigen Druckausgleiches in der Lufterhitzungsanlage geführt werden.
  • Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben, in denen:
    • Fig. 1
    ein Längsschnitt durch die Lufterhitzungsanlage mit schematisch eingezeichneten Pfeilen zur Verdeutlichung der Strömungsrichtung der Rauchgas- sowie Teilluftströme; und
    Fig. 2
    ein Querschnitt durch die Lufterhitzungsanlage gemäß Fig. 1 darstellt.
  • Die in Fig. 1 dargestellte Lufterhitzungsanlage ist allgemein mit Referenznummer 10 bezeichnet. Die Lufterhitzungsanlage 10 besitzt ein geeignetes Gehäuse 12, dessen Aufbau mit verschiedenen Gehäusedeckeln, Flanschen und tragenden Bauteilen sowohl ein sicheres Aufstellen der Lufterhitzungsanlage 10 auf der Standfläche 14 als auch eine gute Zugänglichkeit zu den einzelnen Baugruppen ermöglicht, um die Lufterhitzungsanlage 10 warten und gegebenenfalls reinigen zu können.
  • Ein wesentliches Bauelement der Lufterhitzungsanlage 10 stellt die Brennkammer 16 dar, die mit einem Brenner 18 fest verbunden ist, der durch die Verbrennung eines flüssigen oder gasförmigen Brennstoffes Rauchgase erzeugt. Der Betrieb des Brenners 18, dessen Brennerflamme 19 schematisch in den Figuren dargestellt ist, wird im folgenden nicht näher erläutert, da es sich hier um eine in der Technik übliche Anbindung eines Brenners an eine Brennkammer handelt.
  • Für eine Konvektionstrocknung von Lebensmittel ist es nicht zulässig, die für die Trocknung verwendete Luft direkt durch die Brennerflamme zu erhitzen. Dies rührt daher, weil die im Rauchgas enthaltenen Schadstoffe über die Trocknungsluft auf das zu trocknende Gut, beispielsweise Braumalz, Milchpulver, Kaffee oder andere Lebensmittel, übertragen werden können. Daher muß die Erwärmung indirekt erfolgen, indem die bei der Verbrennung entstehenden, heißen Rauchgase in Wärmeaustausch zu der zu erwärmenden Luft gebracht werden.
  • Die in der Brennkammer 16 entstehenden Rauchgase A, deren Bewegungsrichtung schematisch durch die mit "A" gekennzeichneten Pfeile dargestellt ist, verlassen die Brennkammer 16 am Brennkammeraustritt 20, durch einen Rauchgas-Wärmetauscher 22, der sich an der Brennkammer anschließt.
  • Die Rohre des Rohrbündels des Rauchgas-Wärmetauschers 22 werden mit den Rauchgasen A beaufschlagt, und enden in einem Rauchgasauslaß 24, von dem aus die Rauchgase in geeigneter Weise abgeführt werden. In dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel werden die Rauchgase in einer Rohrbündelschleife geführt und die Strömungsrichtung der Rauchgase einerseits durch eine gezielte Biegung der einzelnen Rohre im Umlenkbereich 25 und andererseits durch Zwischenschalten einer Umlenkglocke 26 verändert.
  • Das Rohrbündel des Rauchgas-Wärmetauschers 22 verläuft vor dem Austritt aus der Lufterhitzungsanlage 10 entlang eines Lufteintritts 28, durch den ein Teilluftstrom der zu erwärmenden Luft in die Lufterhitzungsanlage 10 eintritt.
  • Die durch den Lufteintritt 28 eintretende, noch nicht vorgewärmte Luft wird in zwei Teilluftströme B und C aufgespalten, die voneinander unabhängig durch die Lufterhitzungsanlage 10 strömen und erst nach dem Austritt aus der Lufterhitzungsanlage 10 miteinander vermischt werden. Die Trennung der beiden Teilluftströme kann auf eine beliebige Weise erfolgen, beispielsweise durch den Einbau von Trenn- und Luftführungselementen, die im Gehäuse 12 angeordnet sind.
  • In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel bildet beispielsweise eine Wandung der Umlenkglocke 26 des Rauchgas-Wärmetauschers 22 einen Teil der hierfür erforderlichen Trennelemente.
  • Der erste Teilluftstrom B, dessen Strömungsverlauf in Fig. 1 durch die "B" gekennzeichneten Pfeile dargestellt ist, umströmt das mit Rauchgas beaufschlagte Rohrbündel des Rauchgas-Wärmetauschers 22. Wie bereits vorstehend erläutert wurde, befindet sich bei einem mehrgängigen Rauchgas-Wärmetauscher der letzte Durchgang vor dem Austritt des Rauchgases aus der Lufterhitzungsanlage in unmittelbarer Nähe zu dem durch den Lufteintritt 28 eintretenden, ersten Teilluftstrom B. Hierdurch entsteht eine Kreuz-Gegenstromführung zwischen dem zu kühlenden Rauchgas sowie dem zu erwärmenden Teilluftstrom B der zu erwärmenden Luft, wodurch eine bestmögliche Ausnutzung der im Brenner eingesetzten Primär-Brennstoffenergie erzielt wird.
  • Wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich ist, verläßt der erste Teilluftstrom B nach dem Umströmen der Rohrbündel des Rauchgas-Wärmetauschers 22 die Lufterhitzungsanlage 10 durch Austrittsöffnungen 30, an die sich geeignete Einrichtungen anschließen können, um den aus den Austrittsöffnungen 30 austretenden, erwärmten ersten Teilluftstrom B aufzunehmen und bestimmungsgemäß weiterzufördern.
  • Der zweite Teilluftstrom C der zu erwärmenden Luft wird vollkommen getrennt vom ersten Teilluftstrom B durch den Lufterhitzer geführt und wird in geeigneter Weise, beispielsweise über Luftführungsbleche 32, zur Brennkammer 16 geleitet, woraufhin der zweite Teilluftstrom C in einen Kammermantel 34 eintritt, der die Brennkammer 16 umgibt.
  • Der Kammermantel 34 ist so ausgebildet, daß der zweite Teilluftstrom C die äußere Mantelfläche der Brennkammer 16 vollständig umströmt. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, sind vorzugsweise Rippen bzw. Lamellen 36 an der äußeren Mantelfläche der Brennkammer 16 ausgebildet. Diese Lamellen 36 vergrößern die wärmeabgebende Fläche der Brennkammer 16 und vergrößern somit die Kühlwirkung durch den im Kammermantel 34 geführten zweiten Teilluftstrom C. Die Dimensionierung der lamellierten Brennkammergröße richtet sich nach der Vorgabe, wonach die Rauchgase in der Brennkammer soweit abgekühlt werden, daß auch am Brennkammeraustritt 20, an dem die Rauchgase in das Rohrbündel des Rauchgas-Wärmetauschers 22 eintreten, die Rohroberflächentemperatur eine Temperatur von 700 °C nicht übersteigt. Der zweite Teilluftstrom C wird parallel zur Längsachse der vorzugsweise im wesentlichen zylinderförmig ausgebildeten Brennkammer 16 durch den Kammermantel 34 geführt und verläßt die Lufterhitzungsanlage 10 an dem brennerfernen Ende der Brennkammer 16.
  • Vorzugsweise wird der zweite Teilluftstrom C beim Austritt aus der Lufterhitzungsanlage in zwei Teilströme aufgespalten, wobei ein erster Teilstrom die Lufterhitzungsanlage im wesentlichen in Richtung der Strömung durch den Kammermantel 34 verläßt, der andere Strom jedoch umgelenkt wird und das brennerferne, vorzugsweise glockenförmig ausgebildete, stirnseitige Ende der Brennkammer 16 umströmt, bevor er die Lufterhitzungsanlage verläßt.
  • Das austrittsseitige Aufteilen des zweiten Teilluftstromes C in die wiederum zwei Teilströme wird mit einer Prallscheibe 38 erreicht, die gleichzeitig dem Einstellen des Massenstromverhältnisses der beiden Teilluftströme B und C der zu erwärmenden Luft dient. Hierzu kann die Prallscheibe 38 in axialer Richtung, d. h. in Richtung der Längsachse der im wesentlichen zylinderförmigen Brennkammer 16, verschoben und lagefixiert werden.
  • Das Verschieben der Prallscheibe 38 regelt den Strömungswiderstand am Austritt des zweiten Teilluftstromes C aus der Lufterhitzungsanlage 10. Aufgrund der innerhalb der Lufterhitzungsanlage 10 vollständig getrennten Strömungsführung der beiden Teilluftströme B und C wirkt sich der ausgangsseitige Druckverlust des zweiten Teilluftstromes C auf die Verteilung der beiden Teilluftströme am Lufteintritt 28 aus. Je stärker mit Hilfe der Prallscheibe 38 der Austrittsquerschnitt für den zweiten Teilluftstrom C verengt wird, desto kleiner wird der zweite Teilluftstrom C, weil der Druckverlust mit sinkender Strömungsgeschwindigkeit des zweiten Teilluftstromes C abnimmt und am Lufteintritt 28 die zu trocknende Luft noch gemeinsam vorliegt, d. h. der Druck am Lufteintritt 28 für beide Teilluftströme B und C gleich groß ist.
  • Nach dem Austritt aus der Lufterhitzungsanlage 10 wird auch der zweite Teilluftstrom C in geeigneter Weise aufgenommen und bestimmungsgemäß weitergefördert.
  • Durch die Aufteilung der beiden Teilluftsströme B und C wird zum einen eine optimale Ausnutzung der eingesetzten Primär-Brennstoffenergie erreicht, indem der erste, noch nicht erwärmte, Teilluftstrom B im Kreuz-Gegenstrom zu den Rauchgasen im Rauchgas-Wärmeaustauscher 22 geführt wird, zum anderen eine ausreichende Kühlung der Brennkammer 16 durch die vollständige Umströmung derselben durch den zweiten, ebenfalls noch nicht erwärmten, Teilluftstrom C sichergestellt. Da der zweite Teilluftstrom C ebenfalls beim Eintritt in die Lufterhitzungsanlage 10 kalt ist, wird die Brennkammeroberfläche wirkungsvoll gekühlt. Hierzu trägt die Gestaltung der äußeren Mantelfläche der Brennkammer bei, die über sämtlichen Oberflächen eine ausreichende Luftzirkulation gewährleistet, aber insbesondere die Umströmung in Längsrichtung der Brennkammer. Da sich die Bemessung der lamellierten Brennkammergröße nach der Vorgabe richtet, wonach die Rauchgase in der Brennkammer soweit abgekühlt werden, daß auch am Rauchgaseintritt in das Rohrbündel die Rohroberflächentemperatur 700 °C nicht übersteigt, kann durch die Verwendung des ebenfalls kalten, zweiten Teilluftstromes C zur Kühlung der Brennkammer 16 diese kleiner dimensioniert werden und somit die gesamte Lufterhitzungsanlage trotz der optimalen Ausnutzung der eingesetzten Primär-Brennstoffenergie kompakter gestaltet werden.

Claims (10)

  1. Lufterhitzungsanlage zur indirekten Erwärmung von Luft für Trocknungsanlagen mit:
    - einer Trennvorrichtung, die den zu erwärmenden Luftstrom in zwei Teilluftströme, einen ersten Teilluftstrom (B) und einen zweiten Teilluftstrom (C), aufteilt;
    - einem Rauchgas-Wärmetauscher (22), der die in einer Brennkammer (16) erzeugten Rauchgase (A) in wärmeübertragenden Kontakt zu der zu erwärmenden Luft bringt; und
    - einer Brennkammer (16), die im Strom der zu erwärmenden Luft liegt;
    dadurch gekennzeichnet, daß
    - der Rauchgas-Wärmetauscher (22) mit dem noch nicht erwärmten ersten Teilluftstrom (B) im Kreuz-Gegenstrom beaufschlagt wird;
    - die Mantelfläche der Brennkammer (16) von dem noch nicht erwärmten zweiten Teilluftstrom (C) vollständig und gleichmäßig umströmt wird; und
    - der erste Teilluftstrom (B) und der zweite Teilluftstrom (C) ohne gegenseitige Vermischung innerhalb der Lufterhitzungsanlage geführt werden;
  2. Lufterhitzungsanlage nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Brennkammer (16) im wesentlichen rotationssymmetrisch geformt ist und die Haupterstreckung der Brennkammer in Richtung der Rotationsachse der Brennkammer liegt.
  3. Lufterhitzungsanlage nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der die Brennkammer umströmende zweite Teilluftstrom (C) in Richtung der Rotationsachse der Brennkammer geführt wird.
  4. Lufterhitzungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der zweite Teilluftstrom (C) in einem geschlossenen Strömungskanal (34) geführt wird, der die Brennkammer (16) umgibt.
  5. Lufterhitzungsanlage nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der geschlossene Strömungskanal Rippen oder Lamellen (36) aufweist, die an der äußeren Mantelfläche der Brennkammer gebildet sind und sich in Hauptströmungsrichtung des zweiten Teilluftstromes (C) innerhalb des Strömungskanals (34) erstrecken.
  6. Lufterhitzungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Rauchgas-Wärmetauscher (22) ein Rohrbündel umfaßt, in dem die Rauchgase (A) strömen.
  7. Lufterhitzungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    eine Einstellvorrichtung zum Einstellen des Massenstromverhältnis der zwei Teilluftströme eine axial verschiebbare Prallscheibe (38) ist.
  8. Verfahren zur indirekten Erwärmung von Luft für Trocknungsanlagen umfassend die folgenden Schritte:
    - Trennen des zu erwärmenden Luftstromes in zwei Teilluftströme, einen ersten Teilluftstrom und einen zweiten Teilluftstrom;
    - Erhitzen des noch nicht erwärmten ersten Teilluftstromes durch Wärmeaustausch mit einem Rauchgas-Wärmetauscher, wobei der erste Teilluftstrom im Kreuz-Gegenstrom zum heißen Rauchgas geführt wird;
    - Erhitzen des noch nicht erwärmten zweiten Teilluftstromes durch Wärmeaustausch mit der Mantelfläche einer Brennkammer, wobei der zweite Teilluftstrom die Brennkammer vollständig umströmt;
    - Einstellen des Massenstromverhältnisses zwischen erstem Teilluftstrom und zweitem Teilluftstrom durch Veränderung des Druckverlustes eines der beiden Teilluftströme, den dieser bei dessen Durchtritt durch die Lufterhitzungsanlage erleidet; und
    - Getrennter Abzug des ersten Teilluftstromes und des zweiten Teilluftstromes aus der Lufterhitzungsanlage.
  9. Verfahren zum Erwärmen von Luft in einer Lufterhitzungsanlage gemäß Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der zweite Teilluftstrom in einem die Brennkammer umgebenden Strömungskanal entlang wärmeabgebender Lamellen geführt wird.
  10. Verfahren zum Erwärmen von Luft in einer Lufterhitzungsanlage gemäß Anspruch 8 oder 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Massenanteil des zweiten Teilluftstromes (C) an Trocknungsluft kleiner als der Massenanteil des ersten Teilluftstromes (B) an Trocknungsluft eingestellt wird.
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