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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.
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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.
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Um eine hinreichende Temperatur des Ofenraurrses von z. B.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch eine Einrichtung mit den
in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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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.
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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.
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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..
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"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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Der verbleibende, ofenseitige Teil der Stirnfläche kann aus anderen
bekannten, feuerfesten Materialien gemauert werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der vorgeordnete Wärmeaustauscher
als Längsstromwärmeaustauscher ausgebildet.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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Die Konstruktion mit zwei vorgeordneten Wärmeaustauschern hat den
Vorteil, dass das Abgas noch weiter heruntergekühlt wird und ausserdem das Verbrennungsgas
höher aufgeheizt werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der vorgeordnete Wärmeaustauscher
als Längsstromwärmeaustauscher ausgebildet.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die besonderen Vorteile der erfindungsgemässen Konstruktion sind wie
folgt: 1. Ein Herunterkühlen der heissen Abgase durch direkte Einleitung von Kühlluft
ist nicht mehr erforderlich.
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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.
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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.
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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.
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Ein Wärmegefälle liegt praktisch nicht vor.
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3. Nachteilig war bei den bekannten Ausführungsformen die Sublimation
von Schadstoffen, insb. alkalischen Sc ffi stoffen, die mit dem Abgas von den Blöcken,
insb.
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Blockköpfen, abgeführt wurden. Diese Alkalien sublimieren üblicherweise
unterhalb 500 bis 6000C und schlugen sich daher insbesondere in den Wärmeaustauschern
nieder.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Rohrleitungen 8 münden in den nicht eingAzeichneten Brenner 10.
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Das über Rohrleitungen 9 zugeführte Verbrennungsgas wird (Fig. 1 und
3) im Wärmeaustauscher 4 im Kreuzgegenstrom aufgeheizt und ebenfalls zum Brenner
10 geführt.
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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.
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Das Verbrennungsgas wird in den in Reihe geschalteten Wärmeaustauschern
4 und 5 entsprechend vorgewärmt; das Verbrennungsgas erreicht eine Temperatur von
etwa 40000.
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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.
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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.
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die Ubertragung erfolgt in Abhängigkeit von dem Fliesszustand (Konvektion)
der Abgase.
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Bei der erfindungsgemäss vorgeschlagenen Konstruktion ergibt sich
eine höhere Temperaturausnutzung der Abgase, vor allem im Schwachgasbetrieb.
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Patentansprüche: