DE2525928A1 - Inudstriewaermeofen mit einer vorwaermung der verbrennungsluft im abgaskanal mittels eines oder mehrerer waermeaustauscher - Google Patents

Inudstriewaermeofen mit einer vorwaermung der verbrennungsluft im abgaskanal mittels eines oder mehrerer waermeaustauscher

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DE2525928A1
DE2525928A1 DE19752525928 DE2525928A DE2525928A1 DE 2525928 A1 DE2525928 A1 DE 2525928A1 DE 19752525928 DE19752525928 DE 19752525928 DE 2525928 A DE2525928 A DE 2525928A DE 2525928 A1 DE2525928 A1 DE 2525928A1
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Rudolf Graf
Manfred Ing Grad Gruner
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Fried Krupp Huettenwerke AG
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Description

  • Industriewärmeofen mit einer Vorwä@mung der Verbrennungsluft im Abgaskanal mittels eines cd er mehrerer Wärmeaustauscher Die erfindung betrifft einen Industriewärmeofen mit einer Vorwärmung der Verbrennungsluft und/der des Verbrennungsgases im Abgaskanal mittels einer Sinrichtung, wie sie aus dem bberbegLiff des Anspruchs 1 zu entnehmen ist.
  • In der Stahlindustrie werden z. B. zur Aufheizung der geg.,ssenen Blöcke auf Walztemperatur Tieföfen eingesetzt, bei denen zur Beheizung Schwachgase als Brennstvffe herangezogen werden.
  • Um eine hinreichende Temperatur des Ofenraurrses von z. B.
  • 1350°C zu erzielen, ist es erforderlich, dass die Verbrennungsmedien, in der Regel Luft und Gas, vorgewärmt werden. Je höher die Vorwärmung der eingesetzten Schwachgase, umso höher ist die erreichbare Endtemperatur der Brennerflamme. Diese Vorwärmung erfolgt durch Wärmeaustauscher im Abgaskanal des Tiefofens.
  • Um die starke Wärmemenge der Abgase zu nutzen, wurden anfangs keramische Wärmeaustauscher eingesetzt, die einer hohen Temperaturbelastung unterworfen werden konnten. Nachteilig war bei diesen Wärmeaustauschern die grosse Undichtigkeit und die niedrige Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsluft, so dass eine exakte Flammenausbildung mit derart vorgewärmten Verbrennungsmedien trotz hoher Vorwärmung nicht möglich war. Aus diesem Grunde wurden Rekuperatoren aus hitzebeständigem Stahl entwickelt, deren Haltbarkeit allerdings Grenzen gesetzt sind.
  • Bei den derzeit verwendeten, hitzebeständigen Stählen ist eine längere Haltbarkeit der Wärmeaustauscher nur dann zu erwarten, wenn das Abgas eine Temperatur von 900°C nicht Uberschreitet.
  • Da aber der Stahlblock z. B. auf eine Walztemperatur von 1250°C aufgeheizt wird, verlassen die heissen Abgase den Tief ofen mit Temperaturen von 12000C und höher.
  • Man hat daher vorgeschlagen, vor den eigentlichen Wärmeaustauschern aus hitzebeständigem Stahl einen kleineren, rekuperativen Wärmeaustauscher aus hitzebeständigem Stahl anzuordnen, der die heissen Abgase auf eine Temperatur abkühlt, die für die nachfolgenden Wärmeaustauscher aus hitzebeständigem Stahl vertretbar ist. Dies ist bei den heute gängigen, hitzebeständigen Stählen eine Temperatur von 900°C. Der vorgeordnete, kleinere Wärmeaustauscher wurde nach baldigem Verschleiss immer ausgewechselt. Um aber eine gewisse Haltbarkeit für den vorgeordneten Wärmeaustauscher zu erzielen, wurde ausserdem vor dem vorgeordneten Wärmeaustauscher Kühlluft direkt in den Abgaskanal eingeblasen, um zumindest eine gewisse Abkühlung der heissen Abgase zu erzielen.
  • Zur besseren Vermischung mit den heissen Abgasen erfolgte dieses Einblasen in Verbindung mit einem Mischgitter aus feuerfestem Material, das in den Abgaskanal gemauert war. Diese direkt in den Abgaskanal eingeblasenen Kühlluftmengen belasten die Saugzuganlagen am Ende des Abgaskanals erheblich, wobei die Belastung besonders deutlich wird das Einsatzmaterial sein gefordertes Temperatursoll von 1200 - 1280°C erreicht hat. In diesem Zustand wird nämlich die Brennstoffmenge Je nach Temperaturausgleich des Einsatzmaterials kontinuierlich gedrosselt, womit auch immer weniger Verbrennungsluft in den Wärmeaustauschern vorzuwärmen ist. Entsprechend wird zur Schonung des vorgeschaltenen Rekuperatcrs mehr Kühl luft direkt in den Abgaskanal eingeblasen. Es bleibt noch zu ergänzen, dass bei de Regelung eine Abgasregelklappe, die im Anschluss an die Wärmeaustauscher im Abgaskanal eingebaut ist, eine wichtige Funktion erfüllt, da sie den Druck und die Zughöhe im Abgaskanal steuert. Bei geöffneter Regelklappe fliesst eine grosse Menge durch den Kanal, während bei nahezu geschlossener Abgasklappe viel Wärme im Tiefofen und im anschliessenden Abgaskanal gespeichert werden kann.
  • Ausgangspunkt für die vorliegende Erfindung ist die Uberlegung, dass die Speicherwärme, die mit zunehmendem Temperaturausgleich des Einsatzmaterials immer grösser wird, Probleme hervorruft. Hat das Einsatzmaterial sein gefordertes Temperatursoll von 1200 -1280°C erreicht, so erwärmt sich nach und nach auch der anschliessende Abgaskanal. Es kommt hinzu, dass in diesem Zustand durch die Wärmeaustauscher nur noch etwa 15 % der maximalen Verbrennungsluftmenge geführt wird, so dass auch hierdurch nur ein geringer Kühleffekt gegeben ist. Es verbleibt somit bei der als notwendig erachteten Lösung, direkt Kühlluft in den Abgaskanal zu blasen.
  • Ausgehend von diesen Schwierigkeiten liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Lösung anzugeben, bei welcher die Abgaswärme besser genutzt werden kann, höhere Vorwärmtemperaturen erreicht werden und die Lebensdauer der Wärmeaustauscher erhöht wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch eine Einrichtung mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
  • Bei dieser Lösung besteht die zwischen den Kanalquerschnitten verbleibende, ofenseitige und auch die ufenabseitige Stirnfläche vorzugsweise aus hitzebeständigem Stahl. Bekannte, hitzebestäntQige Stähle halten Temperaturen bis zu 9000C aus. Auf den Stirnflächen, d.h. also zweckmässigerweise auch auf der ofenabseitigen Stirnfläche, befindet sich die Schicht aus feuerfestem Material, wobei sich die ufenseitige Schicht durch ihre besondere Stärke auszeichnet. Unter Beachtung der Wärmeleitfähigkeit des verwendeten feuerfesten Materials oder der verwendeten Isoliermasse muss die Stärke der Schicht so gewählt werdeii, dass die vertretbare Höchsttemperatur der darunterliegenden Stirnfläche nicht überschritten wird. Bei keramischen Massen, wie sie bei der Auskleidung von Hochofenrinnen oder Stahlwerksgefässen bekannt sind, empfiehlt sich für die ofenseitige Schicht eine Stärke zwischen 200 und 700 mm, vorzugsweise 300 bis 500 mm.
  • Die den heissen Abgasen ausgesetzten Kanalwände weisen vorzugsweise eine Schutzschicht aus keramischer Masse in einer Stärke von 5 bis 15 mm auf. Die Stärke der Schutzschicht ist vom Kanalquerschnitt abhängig. Die Abmessung des Kanalquerschnittes und die Länge der Kanäle ist - wie bei Wärmeaustauschern an sich bekannt -von der gewUnschten Wärrneübertragungsfläche besteht. Hierbei sind die Grössen, Anzahl und Durchmesser der Kanäle sowie die Länge der Kanäle zu berückslchtigen.l) Wesentlich für die vorliegende Erfindung ist der Gedanke, dass die ofenseitige Offnungsfläche, d.h. die Summe der Kanalquerschnitte, bezogen auf den Querschnitt des Abgaskanals, möglichst klein ist.
  • Diese Grösse ist nach unten durch die Forderung begrenzt, dass je nach Zugkraft der Saugzuganlage eine Mindestöffnungsfläche vorhanden sein muss. Nach oben ist die Begrenzung dadurch gegeben, dass die ofenseitige Stirnfläche des vorgeordneten Wärmetauschers so wenig we möglich Strahlungswärme übertragen soll. Da die zwischen den Kanälen verbleibende Stirnfläche durch die starke Schutz-1)zur Berechnung wird auf bekannte Literaturstellen, wie z..
  • "gas wärme international" Bd. 20, No. 6, 1971> S. 237-24C, verwiesen, schicht aus feuerfestem Material eine gute Wärmeisolierung liefert, kann die Strahlungswärme (Speicherwärme) nur noch um die stark verkleinerte ffnungsfläche einfallen. Die stark wärmeisolierte, ofenseitige Stirnfläche führt dazu, dass der vorgeordnete Wärmeaustauscher als integraler Bestandteil der Tiefofenwand angesehen werden kann. Bei dieser Lösung kann das direkte Einblasen von Kühl luft in den Abgaskanal entfallen.
  • Der vorgeordnete Wärmeaustauscher kann am Beginn des Abgaskanals, also unmittelbar am Ofenausgang, angeordnet sein. Ist der vorgeordnete Wärmeaustauscher in einem grösseren Abstand - wie bisher in Abgaskanälen üblich - angeordnet, so ergibt sich der Vorteil, dass der Abgaskanal mit zur Speicherung der Wärme herangezogen werden kann. Nach Erreichen des Temperatursolls des Ofeneinsatzes von 1200 bis 12800C erwärmt sich nämlich der vom vorgeordneten Wärmeaustauscher abgesperrte Abgaskanal nach und nach auf die- Temperatur des Tiefofens, so dass nach dem Einbringen eines neuen Einsatzes in den Tiefofen der aufgeheizte Abgaskanal zur Vorwärmung der Abgase herangezogen wird. Dieser Teil des Abgaskanals kann also eine Speicherfunktion erfüllen.
  • Aus dem Vorstehenden ergibt sich, dass ein wesentlicher Gedanke der vorliegenden Erfindung darin besteht, dass die ofenseitige Stirnfläche des vorgeordneten Wärmeaustauschers praktisch nur die Wärme durchlässt, die durch Konvektion und Gasstrahlung von den strömenden Abgasen übertragen wird. Unter Beachtung der für Wärmeaustauscher typischen Kanalquerschnitte hat es sich als zweckmässig erwiesen, wenn die Offnungsfläche (Summe der Kanalquerschnitte) lo - 25 %> vorzugsweise 15 - 2G %> des Querschnittes des Abgaskanals beträgt, in welchem die Wärmeaustauscher angeordnet sind.
  • Die auf den Kanalwänden angeordnete Schutzschicht dient im wesentlichen dazu, die Rohre aus hitzebeständigem Stahl gegenüber den heissen Abgasen zu schutze, welche aggressive Bestandteile mit sich führen. Aus diesem Grunde ist es zweckmässig, wenn auch die ofenabseitige Stirnfläche mit einer Schutzschicht aus keramischer Masse versehen ist. Die Stärke beträgt etwa die Hälfte der orenseitigen Stirnfläche. Bevorzugt werden keramische Gussmassen, insb. hochtonerdehaltige Gussmassen. Dieses Gussmasse bietet den Vorteil, dass zwischen der Auskleidung der Kanalwandungen und den Stirnflächen ein guter Verbund besteht.
  • Es hat sich als zweckmässig erwiesen, wenn etwa ein Viertel bis ein Halb der Stärke der ofenseitigen Stirnfläche aus Gussmasse besteht, die auch auf die Kanalwandung aufgebracht wird.
  • Der verbleibende, ofenseitige Teil der Stirnfläche kann aus anderen bekannten, feuerfesten Materialien gemauert werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist der vorgeordnete Wärmeaustauscher als Längsstromwärmeaustauscher ausgebildet.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Kanäle zumindest auf einem Teil ihrer Länge in einem spitzen Winkel zur Strömungsriohtung des Abgases im Abgaskanal angeordnet. Diese winklige Anordnung der Kanäle, die auch als Schrägstellung bezeichnet werden kann, erstreckt sich vorzugsweise über die Länge der ofenseitigen und/oder ofenabseitigen Stirnfläche.
  • Durch die Schrägstellung wird der Strahlungsanfall weiter verringert. Weiter ergibt sich der Vorteil, dass durch die Schrägstellung in der ofenabseitigen Stirnfläche die mitgefünrten Stäube, die teilweise noch teigig vorliegen, sich grösstenteils an den Wänden des Abgaskanals ablagern, so dass die Staubbelastung der nachfolgenden Wärmeaustauscher geringer ist. Die Schrägstellung ist daher vorzugsweise in Abhängigkeit von der Länge der Kanäle so gewählt, dass die Abgase auf die Wände auftreffen. Dies wird am besten erreicht, wenn der Winkel sowohl gegenüber der Horizontalen als auch der Vertikalen besteht (Schrägstellung).
  • Es bietet sich also die Alternative, die Schrägstellung ledig lich in der feuerfesten Masse in den Stirnflächen vorzusehen oder die Kanäle aus Stahl mit in die Schrcigstellung einzubeziehen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der vorreürnnete Wirmeaustauscher mit einem der nachgeordneten .scirmEaustauscher in Reihe geschaltet, wobei die so geschalteten Wärmeaustauscher zur Vorwärmung der Verbrennungsluft dienen. Es hat sich als zweckmässig erwiesen, zwischen diesen in Reihe geschalteten Wärmeaustauschern einen Wärmeaustauscher für die Vorwäiinung des Verbrennungsgases anzuordnen, der zweckmässigerweise mit einem weiteren, nachgeordneten Wärmeaustauscher in Reihe geschaltet ist. Durch diese Konstruktion ergibt sich eine optimale Vorwärrnung fiir Verbrennungsluft und Verbrennungsgas.
  • Um einen optimalen Schutz für die nachgeordneten Wärmeaustauscher zu erreichen, entspricht in einer abgewandelten Ausführungsform der für die Vorwärmung des Verbrennungsgases dienende, zwischengeschaltete Wärmeaustauscher in seiner Bauweise dem vorgeordneten Wärmeaustauscher. Quantitativ sind Unterschiede in der Stärke der feuerfesten Schutzschichten vorhanden, da dieser zweite, vorgeordnete Wärmeaustauscher nicht denselben Beanspruchungen unterworfen ist wie der ofenseitige, vorgeordnete Wärmeaustauscher.
  • Die Konstruktion mit zwei vorgeordneten Wärmeaustauschern hat den Vorteil, dass das Abgas noch weiter heruntergekühlt wird und ausserdem das Verbrennungsgas höher aufgeheizt werden kann.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist der vorgeordnete Wärmeaustauscher als Längsstromwärmeaustauscher ausgebildet.
  • Soll die Luftvorwärmung nur mit einem Längsstrmaustauschcr erreicht werden, so ist dieser so zu konstruieren, dass die Luft in dem dem Ofen zugewandten Teil des Wärmeaustauschers im Gleichstrom und dahinter im Gegenstrom geführt wird.
  • Der oder die vorgeordneten Längsstromwärmeaustauscher sind so bemessen, dass das aus dem Längsstromaustauscher austretende Abgas ohne Zusatz von Kühl- oder Falschluft mit den nachgeardneten Wärmeaustauschern iii Kontakt gebracht werden kann. Die nachgeordneten Wärmeaustauscher entsprechen zeckmässiger.eise in ihrer Bauart den bekannten Rekuperatoren aus hitzebeständigen Stahl. Diese Rekuperatoren haben den Vorteil, dass ihre Menge der vorzuwärmenden Verbrennungsmedien genau zu kontrollieren ist.
  • In letzter Zeit sind aber auch rotierende Regenerativaustauscher bekannt geworden, deren Einsatz für die nachgeon3neten Wärmeaustauscher möglich ist. Bei diesen rotierenden Regeneratfvaustau schern rotiert einmal der Kern und einmal der Mantel.
  • In einer typischen Bauweise sind zur Vorwärmung der Verbrennungsmedien jeweils zwei in Reihe geschaltete Wärmeaustauscher vurgesehen, wobei der ofenseitige, vorgeordnete Wärmeaustauschr zur Vorwärmung des Verbrennungsgases dient undizwischen den in Reihe geschalteten Wärmeaustauschern für die Vorwärmung der Verbrennungsluft der erste Wärmeaustauscher für die Vorwärmung des Verbrennungsgases angeordnet ist.
  • Die besonderen Vorteile der erfindungsgemässen Konstruktion sind wie folgt: 1. Ein Herunterkühlen der heissen Abgase durch direkte Einleitung von Kühlluft ist nicht mehr erforderlich.
  • Die Haltbarkeit der Wärmeaustauscher ist gleich hüch oder hörer als bei der bekannten direkten Einleitung von Kühlluft. Zur Kühlung der Rekuperatoren dient ausschliesslich die Verbrennungsluft. Dadurch erhöht sich die Temperatur der Verbrennungsluft und es können höhere Flammentemperaturen am Brenner erreicht werden. Durch den Wegfall der sonst erforderlichen Kühlluftmenge kann der Querschnitt des Abgaskanals kleiner gehalten werden als bei vorbekannten Konstruktionen, so dass wesentliche Investitionskosten gespart werden.
  • 2. Nach Erreichen der Gleichgewichtstemperatur im Tiefofen kann die Drosselklappe weitgehend geschlossen werden, da nicht zu befürchten steht, dass die Wärmeaustauscher überhitzt werden. Dies hat in Verbindung mit der geringen, die Rekuperatoren durchströmenden Verbrennungsluftmenge den Vorteil, dass vom vorgeordneten Wärmeaustauscher kein Abkühlungseffekt auf den Tiefofen ausgeübt wird.
  • Es gibt im Tiefofenbereich keine schwarze Wand> deren Temperatur beachtlich unterhalb der übrigen Ofenwände liegt. Die Oberfläche der ofenseitigen Stirnwand zeigt vorzugsweise eine Abweichung von weniger als 500, insb. weniger als 200 von den übrigen Ofenwänden.
  • Ein Wärmegefälle liegt praktisch nicht vor.
  • 3. Nachteilig war bei den bekannten Ausführungsformen die Sublimation von Schadstoffen, insb. alkalischen Sc ffi stoffen, die mit dem Abgas von den Blöcken, insb.
  • Blockköpfen, abgeführt wurden. Diese Alkalien sublimieren üblicherweise unterhalb 500 bis 6000C und schlugen sich daher insbesondere in den Wärmeaustauschern nieder.
  • Da bei der erfindungsgemässen Konstruktion die Wärmeaustauscher eine höhere Temperatur annehmen, erfolgt ein grösserer Teil des Niederschlages dieser Alkalien im nachgeordneten Abgaskanal. Es sind weniger und auch weniger aufwendige Reparaturarbeiten erforderlich.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispi1en näher erläutert: Es zeigen Fig. 1-3 schematische Darstellungen der linriehtung im Abgaskanal; Fig. 4 den vorgeordneten Wärmeaustauscher im Längsschnitt; Fig. 5 den vorgeordneten Wärmeaustauscher int Schnitt V-V gemäss Fig. 4.
  • Die schematischen Darstellungen in den Figuren 1-3 zeigen die Anordnung der Wärmeaustauscher im Abgaskanal 6. Das Rohrssten aller Wärmeaustauscher besteht aus bekanntem, hitzebeständigem Stahl. Unmittelbar am Ausgang des Ofens 7 ist der vorgeordnete, rekuperative Wärrneaustauscher 1 angeordnet, der in Verbindung mit den Figuren 4 und 5 näher beschrieben wird. 5,it den Bezugsziffern 2, 4 und 5 sind die vorbekannten Wärmeaustauscher aus hitzebeständigem Stahl bezeichnet, wobei die Wärmeaustauscher 4 und 5 zur Vorwärmung des Verbrennungsgases dienen. Zwischen den Wärmeaustauschern 2 und 4 befindet sich die Drosselklappe 3, die zur Regelung der Abgasmenge dient.
  • Wie die Figuren 4 und 5 zeigen, handelt es sich bei dem vorgeozBdneten, rekuperativen Wärmeaustauscher um einen I.ängsstlomaustauscher. Das Kanalsystem ist durch Rohre 11 gegeben, die sich horizontal in Richtung des Abgaskanals erstrecken. Durch die Rohre 11 wird das heisse Abgas geführt. Auf der Irnellwandung der aus hitzebeständigem Stahl bestehenden Rohre 11 ist zum Schutz gegen die aggressiven Abgase eine Schutzschicht 12 aus keramischer Masse vorgesehen. Bei einem Durchmesser der Rohre von 150 mm hat sich eine Stärke der Schutzsoliicht 12 von 1C-15 nim empfohlen. Bei dem gezeigten Beispiel hatte der Abgaskanal 6 einen Querschnitt von 2,5 m2 und es waren insgesamt 32 horizontale Rohre 11 vorgesehen, deren aufaddierter Offnungsquerschnitt 2 (Summe der KanalquerscEmitte) 0,4 m betrug. Die Länge der Rohrleitungen betrug 900 mm.
  • Die zwischen den Rohren 11 ofenseltig und ofeiiabseitig verbleibenden Stirnflächen 14,15 bestehen aus einer Platte aus hitzebeständigem Stahl. Die ofenseitige Stirnfläche 14 ist zur Wärmeisolierung in einer Stärke von 300 mm mit einen feuerfesten Mauerwerk 13 versehen, wobei die Schutzschicht 12 der Rohre 11 bis zur Oberflache des Mauerwerks 13 vorgezogen ist. Die in Fig. 4 durch dickere Strichstärke gekennzeichneten Stahlrohre überstehen die Stirnflächen 14 und 15 geringfügig. Dadurch ist der Zusammenbau erleichtert, ohne dass für die Rohre 11 selbst eine Gefahr des Verzunderns besteht. Die ofenabseitige Stirnfläche 15 ist ebenfalls mit einer dünneren Schicht 16 (etwa 150 mm) aus keramischer Masse überzogen. Im übrigen sind die Rohre 11 von einem kastenförneigen Stahlmantel 17 Umhüllt, welcher einen Einlass 18 und einen Aus lass 19 für die Verbrennungsluft aufweist. Um die Verbrennungsluft im Kreuzgleichstrom durch den kastenförmigen Stahlmantel zu führen, sind vertikale Leitflächen 20,21,22 vorgesehen, die abwechselnd mit dem Deckel oder dem Boden des kastenförmigen Stahlmantels 17 verbunden sind. Zusätzlich können horizontale Leitflächen 23 zwischen den vertikalen Leitflächen angeordnet sein.
  • Der in den Fig. 4 und 5 gezeigte rekuperative Wärmeaustauscher 1 empfiehlt sich für die Reihenschaltung, wie sie in der schematischen Darstellung in den Figuren 1 und 2 gezeigt ist.
  • Gemäss Fig. 1 wird die Verbrennungsluft über Rohrleitungen 8 in Reihe durch zwei hintereinander angeordnete Wärmeaustauscher 1 und 2 geführt. Der vorgeordnete Wärmeaustauscher 1 kühlt die Abgase so ab, dass in dem Raum zwischen dem vorge schalteten und dem nachgeordneten Wärmeaustauscher die Temperatur unterhalb 900°C bleibt. Die Verbrennungsluft wird dabei im vorgeordneten Wärmeaustauscher 1 auf etwa 200-7ooOC erwärmt und im nachgeordneten Wärmeaustauscher 2 auf rund 650-7000C, Diese Vorwärmtemperatur liegt erheblich über den bisher erreichten Temperaturwerten.
  • Die Rohrleitungen 8 münden in den nicht eingAzeichneten Brenner 10.
  • Das über Rohrleitungen 9 zugeführte Verbrennungsgas wird (Fig. 1 und 3) im Wärmeaustauscher 4 im Kreuzgegenstrom aufgeheizt und ebenfalls zum Brenner 10 geführt.
  • Gemäss Fig. 2 sind zur Vorwärmung der Verbrennungsluft wieder zwei in Reihe geschaltete Wärmeaustauscher 1 und 2 vorgesehen, wobei die Verbrennungsluft im vorgeordneten Wärmeaustauscher 1 im Kreuzgleichstrom und im nachgeordneten Wärmeaustauscher 2 im Krezgegenstrom geführt ist. Das Verbrennungsgas wird nach Fig. 2 im Wärmeaustauscher 5 im Kreuzgleichstrom und im Wärmeaustauscher 4 im Kreuzgegenstrom geführt. Der Wärmeaustauscher 5 ist konstruktiv qualitativ genauso ausgebildet wie der vorgeordnete Wärmeaustauscher 1 entsprechend den Figuren 4 und 5.
  • Das Verbrennungsgas wird in den in Reihe geschalteten Wärmeaustauschern 4 und 5 entsprechend vorgewärmt; das Verbrennungsgas erreicht eine Temperatur von etwa 40000.
  • Bei der in Fig. 3 gezeigten Darstellung sind die Wärmeaustauscher zur Vorwärmung der Verbrennungsluft zusammengefaßt, wobei allerdings die Leitflächen in dem Wärmeaustauscher so angeordnet sind, dass die Verbrennungsluft im ersten Drittel im Kreuzgleichstrom und in den beiden letzten Dritteln im Gegenstrom geführt sind. Bei dieser Konstruktion können die letzten zwei Drittel des Wärmeaustauschers lediglich aus hitzebeständigen Stahlrohren bestehen.
  • Wesentlich ist, dass bei der vorgeschlagenen Konstruktion die Regelklappe 3 weiter geschlossen werden kann als bei den vorbekannten Ausführungsformen. Bei geöffneter Stellung beim Aufheizprozess geben die durch die Rohre gezogenen, ungekühlten Abgase ihre Wärme über die keramische Schicht und das Stahlrohr an die Verbrennungsluft ab. Mit Erreichen des Gleichgewichtszustandes und Schliessen der Abgasklappe 3 wird diese konvektive Wärmeübertragung vereint gert, so dass die Ubertragungsfläche im Inneren des Wärmeaustauschers kaum belastet wird. Dies entspricht der heruntergeregeiten Menge der Verbrennungsluft, die z. B. nur noch 15 (, der Maximalmenge betragen kann. Die grosse Innenfläche bleibt damit nahezu unbelastet. Der Abbau der Speicherwärme über Wärmestrahlung kann nur noch über die kleine Öffnungsfläche von o,4 m2 erfolgen. Durch diese Abgasführung und die Abgasregelklappe wird also die Übertragungsfläche des vorgeordneten Wärmeaustauschers regelbar, d.h.
  • die Ubertragung erfolgt in Abhängigkeit von dem Fliesszustand (Konvektion) der Abgase.
  • Bei der erfindungsgemäss vorgeschlagenen Konstruktion ergibt sich eine höhere Temperaturausnutzung der Abgase, vor allem im Schwachgasbetrieb.
  • Patentansprüche:

Claims (6)

  1. Patentansprüche: 1. Industriewärmeofen mit einer Vorwärmung der Verbrennungsluft und/oder des Verbrennungsgases im Abgaskanal mittels eines oder mehrerer Wärmeaustauscher, wobei ein in Richtung des Ofens vorgeordneter, rekuperativer Wärmeaustauscher aus hitzebeständigem Stahl zur Absenkung der Temperatur des Abgases auf eine für die nachfolgenden Wärmeaustauscher vertretbare Höhe dient, dadurch gekennzeichnet, dass beim vorgeordneten Wärmeaustauscher (1) die dem heissen Abgas zugewandten Wände der Kanäle (11) aus hitzebeständigem Stahl mit einer feuerfesten Schutzschicht (12) ausgekleidet sind, und die Summe der Kanalquerschnitte ofenseitig, bezogen auf den Querschnitt des Abgaskanals (6) unter Berücksichtigung der höchstzulässigen Abgasmenge möglichst klein ist und die verbleibende, ofenseitige Stirnfläche (14) mit einer starken Schicht (19) aus feuerfestem Material versehen ist.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke der Schicht (13) unter Beachtung der Wärmeleitfähigkeit so gewählt ist, dass die vertretbare Höchsttemperatur der darunterliegenden Stirnfläohe (14) nicht Uberschritten wird.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskleidung der Kanalwände (11) und zumindest der unmittelbar daran anschliessende Teil der Schicht (13) auf der ofenseitigen Stirnfläche (14) aus einer keramischen Gussmasse besteht.
  4. 4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet dass die Kanäle (11) zumindest auf einen Teil (11au leib) ihrer Länge in einem spitzen Winkel zur Strömungsrichtung im Abgaskanal (6) angeordnet sind.
  5. 5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgeordnete Wärmeaustauscher (1) mit einem der nachgeordneten Wärmeaustauscher (2) in Reihe geschaltet ist und zur Vorwärmung der Verbrennungsluft dient, und dass zwischen den in Reihe geschalteten Wärmeaustauschern (1, 2) ein Wärmeaustauscher (5) für die Vorwärmung des Verbrennungsgases angeordnet ist, der vorzugsweise mit einem weiteren nachgeordneten Wärmeaustauscher (4) in Reihe geschaltet ist.
  6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischengeschaltete Wärmeaustauscher (5) für die Vorwärmung des Verbrennungsgases in seiner Bauweise dem vorgeordneten Wärmeaustauscher (1) entspricht.
    L e e r s e i t e
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FR2457437A1 (fr) * 1979-05-23 1980-12-19 Loi Ind Ofenanlagen Dispositif pour chauffer un four industriel
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