DE1501445C3 - Industrieofen zum Erhitzen von Kohlenwasserstoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Industrieofen, bei dem in einer Brennkammer mindestens ein Brenner vorgesehen ist sowie eine in einen Schornstein mündende Austrittsöffnung für die Verbrennungsgase und Zuführungsleitungen für den Brennstoff und die Verbrennungsluft.

Bei derartigen Industrieöfen besteht das Problem, daß eine auch punktuelle Überhitzung der in den Rohren geleiteten Kohlenwasserstoffe durch den bzw. die Brenner vermieden werden muß, um eine nicht erwünschte chemische Umwandlung zu verhindem. Andererseits soll die Temperatur so hoch wie möglich vor diesem Zersetzungspunkt gehalten werden, und zwar dies möglichst gleichmäßig innerhalb der gesamten Brennkammer.

Durch die USA.-Patentschrift 2 752 897 ist ein Industrieofen bekanntgeworden, bei dem im Boden einer Brennkammer mehrere Brenner in Längsreihen vorgesehen sind. Unter seitlichem Abstand zu diesen Brennerreihen befinden sich dabei Rohrschlangen mit einem zu erhitzenden Medium, die im unteren und mittleren Bereich der Brennkammer lotrecht übereinander angeordnet sind, während sie im oberen Bereich dachartig zueinander verlaufen. Durch diese Anordnung der Rohre bzw. Rohrschlangen bezüglich der Brennerreihen wird erreicht, daß stets ein gewisser Mindestabstand von den Brennern eingehalten wird, so daß die gefährlichen Überhitzungen bereits zu einem gewissen Maße vermieden werden. .

Bei manchen Industrieöfen ist es jedoch erwünscht, den Durchmesser der Rohre gegen Ende der Rohrschlange zu vergrößern, um den Innendruck in den Rohren besser beherrschen zu können. In diesen Rohren mit vergrößertem Durchmesser fließt das Medium naturgemäß langsamer, so daß die Rohrwandungen geringer gekühlt werden. In diesen Rohren größeren Durchmessers, die auch als kritische Rohre bzw. Rohrabschnitte bezeichnet werden können, besteht daher in erhöhtem Maße die Gefahr einer Überhitzung.
Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, einen Industrieofen der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei dem die Gefahr einer Überhitzung der Rohre bzw. der in den Rohren strömenden Kohlenwasserstoffe bei einer guten Ausnutzung der thermischen Kapazität des Ofens auf ein Minimum gebracht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Boden der Brennkammer mindestens eine podestartige Erhöhung aufweist, oberhalb der Hauptbrenner angeordnet sind, und daß die Rohrschlangen mindestens teilweise in durch die Erhöhung und den Brennkammerboden gebildeten Vertiefungen verlaufen und die Rohre der Rohrschlangen in Strömungsrichtung einen sich vergrößernden Querschnitt besitzen, und daß unmittelbar am Boden der nischenartigen Vertiefung in wenigstens einer Reihe parallel zum untersten Rohr der Rohrschlange Zusatzbrenner vorgesehen sind.

Während die Hauptbrenner ähnlich wie bei der genannten USA.-Patentschrift die nicht kritischen Rohre erhitzen, werden bei der Erfindung die kritisehen Rohre mit größerem Querschnitt in den ■nischenartigen Vertiefungen angeordnet, wobei seitlich dieser kritischen Rohre wenigstens eine Reihe der Zusatzbrenner angeordnet ist. Diese Zusatzbrenner sind im allgemeinen wie auch die Hauptbrenner regelbar. Über die Zusatzbrenner wird also direkt oder vorzugsweise indirekt diesen kritischen Rohren eine geregelte Hitze zugeführt, die so eingestellt werden kann, daß die kritische Temperatur auch bei diesen kritischen Rohren mit Sicherheit nicht überschritten wird. Der Grundgedanke der Erfindung besteht also darin, zwei Gruppen von Brennern zu schaffen und jeder Gruppe eine Gruppe der Rohre zuzuordnen.
Es dient fernerhin dem Erfindungszweck, wenn

mindestens teilweise die in den Vertiefungen des Bodens der Brennkammer verlaufenden Rohrstücke der Rohrschlangen einen gegenüber den restlichen Rohrstücken der Rohrschlange vergrößerten Querschnitt besitzen.

Es dient einer Regelung der Zusatzbrenner, wenn die Mündung der Zusatzbrenner in der Mitte einer Ausnehmung eines Brennerblockes liegt. Es kann also Verbrennungsluft über den unteren Kegel des Doppelkegels zuströmen, während sich im oberen Kegel eine stabile Flamme ausbildet.

Es dient einer Abschirmung der kritischen Rohre, wenn der Zusatzbrenner einen nach oben vorstehenden Ansatz besitzt, um das kritische Rohr gegen Direktstrahlung des Zusatzbrenners abzuschirmen.

Um zu vermeiden, daß das kritische Rohr direkt von den Zusatzbrennern mit Wärme beaufschlagt wird, wird es bevorzugt, wenn die Seitenwandung eine ebene Fläche mit einem oberen Ansatz ist, die auf das kritische Rohr zu geneigt ist. Die Zusatzbrenner erhitzen hierbei also die ebene Fläche, die die Wärme gleichmäßig den lotrecht untereinander angeordneten kritischen Rohren zustrahlen.

Hierzu kann es auch vorgesehen sein, daß die Zusatzbrenner gegen die die Vertiefungen begrenzenden Seitenwände gerichtet sind und/oder daß die Seitenwände nach oben zueinander geneigt sind. Die oberen der kritischen Rohre werden durch diese gemeinsam oder auch getrennt anwendbaren Maßnahmen stärker mit Hitze beaufschlagt, so daß ihre größere Entfernung zu den Zusatzbrennern hierdurch kompensiert wird. In den nischenartigen Vertiefungen herrscht also eine sehr gleichmäßige Temperatur.

Es dient demselben Zweck, wenn die in der Vertiefung verlaufenden Rohrstücke der Rohrschlange gegen die Direktstrahlung der Zusatzbrenner abgeschirmt sind.

Da die oberhalb der Ebene der Erhöhungen befindlichen Rohrstücke der Rohrschlange im allgemeinen eine größere Wärmezufuhr vertragen können, sind bei einer bevorzugten Ausführungsform zu beiden Seiten einer Rohrschlange auf Erhöhungen liegende Brenner vorgesehen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. I perspektivisch einen Teil eines Industrieofens nach der Erfindung mit einer Darstellung der nischenartigen Vertiefung mit einem Hauptbrenner,

F i g. II eine Darstellung ähnlich F i g. I, bei der jedoch die Seitenwände der Vertiefung zueinander geneigt sind,

Fig.III einen vergrößerten Schnitt durch eine Ausführungsform eines in den Boden einer Vertiefung eingebauten Zusatzbrenners,

F i g. IV einen Längsschnitt durch den Brenner nach F i g. III,

F i g. V eine Endansicht in einem Schnitt längs der Linie V-V der Fig. VI,

F i g. VI eine Seitenansicht eines Industrieofens in einem Schnitt längs der Linie VI-VI der F i g. V,

Fig.VII eine Endansicht dieses Industrieofens, ebenfalls im Querschnitt, bei einer anderen Ausführungsform.

In der Zeichnung bilden eine Fassung 1 mit Endwandungen 2, ein Gewölbe 3 mit Boden 4 und Seitenwandungen 5 eine Ofenkammer 6. Ein Stahlrahmen 7 überträgt Belastungen auf das Fundament 8.

Der Hauptflammherd 9 ist in bezug auf Rohrschlangen 11 erhöht. Der Boden 4 weist Erhöhungen 12 auf, deren obere Enden 13 nach oben verlaufen, um einen oberen Brennerboden 14 oberhalb des unteren Brennerbodens 16 zu bilden. Hauptbrenner 17 sowie kleine Zusatzbrenner 18 durchdringen den Boden 4 durch die Erhöhungen 12 bzw. den tiefer liegenden Brennerboden 16. Die Brenner 17 und 18 stehen zur Einführung von Brennstoff und Luft mit der Ofenkammer 6 in Verbindung. Die Brenner 17

ίο und 18 wirken mit der Fassung 1 zur Bildung des Hauptflammherdes 9 und des Zusatzflammherdes 19 und zur Erzeugung der Verbrennungsgase mit der Fassung 1 zusammen. Die Verbrennungsgase verlassen die Ofenkammer 6 über Austauscher 21 und Kamin 22.

Nachdem die Kohlenwasserstoffe (von einer nicht dargestellten Zufuhr gespeist) in Konvektionsschlangen 23 vorgewärmt wurden, fließen sie durch die Rohrschlangen 11. Die Rohrschlangen 11 sind im

ao wesentlichen horizontale, serpentinenartig gebogene Rohrkonstruktionen für eine im allgemeinen nach unten gerichtete Strömung. In der Ausführungsform der F i g. V und VI verlaufen die Wärmestrahlungs-Rohrschlangen 11 zwecks Doppelbefeuerung zwisehen dem Hauptflammherd 9. In der Ausführungsform der Fig.VI ist die Wärmestrahlungs-Rohrschlange 11 neben den Seitenwandungen 5 zwecks Einzelbefeuerung angeordnet. Die Kohlenwasserstoffe werden am oberen Ende 24 der Rohrschlangen 11 in diese eingeführt und strömt im allgemeinen durch diese abwärts bis zum Austritt an den unteren Enden 26.

Während des Abwärtsströmens der Kohlenwasserstoffe durch die Rohrschlangen 11 ist es für gewöhn-Hch notwendig, den Rohrdurchmesser zu vergrößern, so daß der Dampf-Unterdruck vermieden wird und der Druckabfall durch die im Wärmestrahlungsbereich liegenden Rohrschlangen 11 innerhalb zulässiger Grenzen gehalten wird. Die Abstrom- bzw. Auslaßrohre, wie z. B. 27, haben so große Durchmesser, daß eine Kontrolle der filmbildenden Temperatur äußerst schwierig wird. Es sind dies die kritischen Rohre.

Hauptzweck dieser Konstruktion ist es, die Punktfilmtemperaturen in den kritischen Rohren 27 innerhalb annehmbarer Grenzen zu halten. Aus diesem Grund besitzt der Boden 4 Vertiefungen 28 unterhalb der Höhe des Hauptflammherdes 9. In der Ausführungsform der F i g. V und VI befinden sich die Vertiefungen 28 zwischen nebeneinanderliegenden Erhöhungen 12. In der Ausführungsform der Fig.VI sind die seitlichen Vertiefungen 28 zwischen den Seitenwandungen 5 und der Erhöhung 12 angeordnet. Die kritischen Rohre 27 befinden sich in den Vertiefungen 28, so daß die Wirkung des Hauptflammherdes 9 auf diese Rohre verringert wird.

Zur feinstufigen Kontrolle der Wärmezufuhr zu den kritischen Rohren 27 sind Zusatzbrenner 18 in den Vertiefungen 28 nächst den Seitenwandungen 29 angeordnet, so daß die Seitenwandungen 29 erhitzt werden, um auf die kritischen Rohre 27 zurückzustrahlen. Zur Einstellung der Leistung der Zusatzbrenner 18 sind Venturidüsen 31 und Luftzufuhrvorrichtungen 32 vorgesehen. Brennerblöcke 33 besitzen Ausnehmungen 34, so daß gasförmige Brennstoffe darin vollkommen verbrennen. Ansätze 36 schirmen die kritischen Rohre 27 von der direkten Bestrahlung der Zusatzflammherde 19 ab.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Industrieofen zum Erhitzen von Kohlenwasserstoffen, bei dem in einer Brennkammer mindestens ein Brenner vorgesehen ist sowie eine in einen Schornstein mündende Austrittsöffnung für die Verbrennungsgase und Zuführungsleitungen für den Brennstoff und die Verbrennungsluft, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (16) der Brennkammer (6) mindestens eine podestartige Erhöhung (12) aufweist, oberhalb der Hauptbrenner (17) angeordnet sind, und daß die Rohrschlangen (11) mindestens teilweise in durch die Erhöhung (12) und den Brennkammerboden (16) gebildeteri Vertiefungen (28) verlaufen und die Rohre (27) der Rohrschlangen (11) in Strömungsrichtung einen sich vergrößernden Querschnitt besitzen, und daß unmittelbar am Boden (16) der Vertiefung (28) in wenigstens einer Reihe parallel zum untersten Rohr der Rohrschlange (11) Zusatzbrenner (18) vorgesehen sind.

2. Industrieofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens teilweise die in den Vertiefungen (28) des Bodens (16) der Brennkammer (6) verlaufenden Rohrstücke (27) der Rohrschlangen (11) einen gegenüber den restlichen Rohrstücken der Rohrschlangen (11) vergrößerten Querschnitt besitzen.

3. Industrieofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung der Zusatzbrenner (18) in der Mitte einer Ausnehmung (34) eines Brennerblockes (33) liegt.

4. Industrieofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzbrenner (18) einen nach oben vorstehenden Ansatz (36) besitzt, um das kritische Rohr (27) gegen Direktstrahlung des Zusatzbrenners (18) abzuschirmen.

5. Industrieofen nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwandung eine ebene Fläche mit einem oberen Ansatz ist, die auf das kritische Rohr zu geneigt ist.

6. Industrieofen nach Anspruch 1 und einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzbrenner (18) gegen die die Vertiefungen (28) begrenzenden Seitenwände (29) gerichtet sind und/oder daß die Seitenwände (29) nach oben zueinander geneigt sind.

7. Industrieofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Vertiefung (28) verlaufenden Rohrstücke (27) der Rohrschlange (11) gegen die Direktstrahlung der Zusatzbrenner (18) abgeschirmt sind.

8. Industrieofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten einer Rohrschlange (11) auf Erhöhungen (12) liegende Brenner (17) vorgesehen sind.