DE2927434A1 - Kuehlvorrichtung fuer heiss-gase in leitungen - Google Patents

Description

Kühlvorrichtung für Heiß-Gase in Leitungen

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für Heißgase in Leitungen, insbesondere für heiße Abgase aus Industrieöfen.

Obschon die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung prinzipiell in jeder Gasleitung, in welcher heiße Gase abgekühlt werden sollen, Verwendung finden kann, so wird sie doch im folgenden am konkreten Beispiel ihrer Anwendung an mit einer Frischluftzufuhr ausgestatteten Abgasleitungen von Industrieöfen beschrieben. Solche Abgas- oder Gasabsaugleitungen mit regelbarer oder nichtregelbarer Frischluftzufuhr sind z.B. von den elektrischen Lichtbogenöfen zur Elektrostahlherstellung her bekannt.

Bei diesen Öfen wird aus Gründen, welche des näheren z.B. in der luxemburgischen Patentanmeldung Nr. 80034 vom 24. Juli 1978 dargelegt werden, zweckmäßigerweise in der Gasabsaugleitung stromabwärts hinter einem Drosselorgan eine regelbare Zufuhr von Zusatz- oder Frischluft vorgesehen. Zweck dieser Luftzufuhr ist unter anderem eine Nachverbrennung der heißen Ofenabgase sowie eine Abkühlung derselben.

Die Abkühlung der Gase wird unterstützt von einem meist wassergekühlten Abgasleitungsstück, vorzugsweise in einer Rohr-an-Rohr-Konstruktion, welches sich an der Stelle genannter Zusatzluftzufuhr im Leitungssystem anschließt und im folgenden kurz mit Anschlussleitung oder Anschlusstück bezeichnet wird.

Diese wassergekühlte Anschlussleitung sollte aus Kosten- und Platzgründen eine bestimmte Länge, etwa in der Größenordnung von 15 m, nicht überschreiten, andererseits wird auf dieser Strecke bzw. Länge der Anschlussleitung eine Abkühlung der Gase um mindestens 400 Grad angestrebt.

Es ist nun ohne weiteres klar, dass aus energetischen Gründen der Anteil an Kühlwirkung der wassergekühlten Anschlussleitung gegenüber der Kühlwirkung durch die Zusatzluft möglichst groß sein sollte, da einerseits die eintretende Erwärmung des Kühlwassers eine rückgewinnbare Energie darstellt und andererseits ein hoher Anteil an Frischluft den direkten Verlust dieser sonst rückgewinnbaren Energie bedeutet und darüber hinaus noch leistungsfähigere Absaugventilatoren notwendig wären. Dieser Sachverhalt läuft in seiner praktischen Konsequenz darauf hinaus, die Zufuhr von Frischluft auf das notwendige Minimum zu reduzieren und die heißen Abgase in möglichst innigen Kontakt mit Kühlelementen zu bringen, welche gegebenenfalls einen nützbaren Energierückgewinn ermöglichen. Solche Kühlelemente sind z.B., wie aus vorstehendem hervorgeht, die Kühlrohre der Anschlussleitung.

Nun geschieht jedoch die Zufuhr der relativ kühlen Frischluft an der Peripherie der Abgasleitung an der Stelle des Eintritts der Gase in die Anschlussleitung. Es bildet sich deshalb in letzterer eine Art Schlauch, d.h. eine periphere Schicht von kühler Frischluft, aus, in welchem sich ein heißer Gaskern befindet. Diese Strömungskonfiguration hat den doppelten Nachteil, dass die Durchmischung Luft/Gas nur unvollkommen ist und deshalb unverhältnismäßig große Luftmengen zur Gasnachverbrennung notwendig sind, und dass die heißen Gase entgegen dem angestrebten Zweck durch den Luftschlauch von der kühlenden Leitungswandung abgehalten werden.

Aber sogar wenn es nicht zur Ausbildung eines Luftschlauches kommen sollte, etwa indem geeignete Maßnahmen zu einer intensiven Durchmischung von eintretender Frischluft und Heißgasen vorgesehen würden, so könnte doch nicht das ganze Gemischvolumen, auf dessen verhältnismäßig kurzem Weg durch die Anschlussleitung, mit der kühlenden Wandung letzterer optimal in Kontakt gebracht werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Kühlvorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, durch welche die Nachteile und Unzulänglichkeiten des Standes der Technik weitgehend ausgeschaltet werden, indem mit einfachen Mitteln die Abkühlwirkung auf die einen bestimmten Abgasleitungsabschnitt passierenden Abgase bedeutend verstärkt wird und die hierbei abgeführte Energie ggf. rückgewinnbar wird.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Kühlvorrichtung der eingangs erwähnten Gattung, gekennzeichnet durch Kühlregister in einer dampf- oder flüssigkeitsgekühlten Rohr-an-Rohr-Konstruktion, welche quer zur Strömungsrichtung der Abgase in die Abgasleitung hineingeführt sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Figur 1, die Vorderansicht eines Abgasleitungsabschnittes mit in die Leitung eingeführten Kühlregistern;

Figur 2, die Seitenansicht eines Schnittes A-B in Figur 1.

In den Figuren sind gleiche Teile mit den gleichen Referenzzahlen versehen.

Die Figur 1 zeigt einen Abgasleitungsabschnitt, z.B. eines elektrischen Lichtbogenofens, bestehend aus einem Rohrendstück 4, welches z.B. die stromabwärtsseitige Extremität des Ofenkrümmers sein kann, einer Zusatzluftregelung 6 gemäß luxemburgischer Patentanmeldung Nr. 80034, sowie einer dampf- oder wassergekühlten Anschlussleitung 8 in einer Rohr-an-Rohr-Konstruktion, in welche Kühlregister 10, 12, 14, 16 in Form einer ebenfalls dampf- oder flüssigkeitsgekühlten Rohr-an-Rohr-Konstruktion eingebaut sind, und zwar in Strömungsrichtung 18´ der Gase hintereinander und senkrecht zu dieser Richtung. Ein Luftspalt 18 gewährleistet die ständige Zufuhr eines Mindestquantums von Zusatzluft aus der Umgebung.

Eine Regelung der Zusatzluft kann vorteilhafterweise durch das Regelorgan 6 gemäß obengenannter luxemburgischer Patentanmeldung erfolgen. Hierbei werden segmentartige Klappen 20, 22, 20´, 22´ mittels Stellzylindern, von denen einfachheitshalber nur zwei (24, 24´) dargestellt sind, tulpenartig geöffnet oder geschlossen.

Wie unschwer aus Figur 1 zu ersehen ist, muss sich aufgrund der bei 18 einströmenden Kaltluft im Innern der Leitung 8 eine kältere Randschicht entlang der Wandung ausbilden, wodurch die angestrebte Kühlung der heißen Abgase zumindest stark eingeschränkt wird, wenn keine besonderen Maßnahmen ergriffen werden.

Diese Maßnahmen bestehen erfindungsgemäß aus dem Vorsehen der erwähnten Kühlregister 10, 12, 14, 16 in einer dampf-, vorzugsweise wassergekühlten Rohr-an-Rohr-Konstruktion. Jedes dieser Kühlregister besitzt einen Einlauf 26 und einen Auslauf 28, zwischen welchen das Kühlwasser mehrmals serpentinenartig auf und ab (Figur 1) zirkuliert. Eine bestimmte Anzahl dieser Rohrserpentinen sind bei jedem Register, z.B. dem Register 10, parallel an gemeinsamen Einlauf- 10´ und Auslaufwasserkästen 10´´ angeschlossen. Diese parallele Anordnung einzelner Rohrserpentinen ist auch aus Figur 2 zu ersehen. Zweckmäßig sind die Rohrserpentinen zweier in Gasflussrichtung hintereinanderliegender Register versetzt angeordnet, wie dies aus den Bezeichnungen 14[tief]k, 16[tief]k, 14[tief]k+1, 16[tief]k+1 einzeln herausgegriffener Serpentinen der Register 14 und 16 zu ersehen ist. Durch diese versetzte Anordnung wird der Kontakt der heißen Abgase mit den Kühlrohren der Register optimiert.

Außer einer direkten Kühlwirkung auf die durchströmenden Gase bezweckt die Erfindung auch eine gewisse Durchwirbelung der Gase, wodurch nicht nur der Kontakt mit den Kühlrohren der Kühlregister selbst, sondern auch derjenige mit der Rohrwandung des gekühlten Anschlussstückes 8 verbessert wird, indem der weiter oben erwähnte Kaltluftschlauch durch Verwirbelung zerstört wird.

Wie aus den Zeichnungen ersichtlich ist, sind die Register einzeln, zweckmäßigerweise von oben, in das Anschlussstück 8 eingelassen und an einer gemeinsamen Grundplatte 30 befestigt. Eine Demontage der Register zwecks Wartung oder Reparatur, oder zwecks Reinigung des Anschlussstücks 8 von Staubablagerungen kann somit problemlos durchgeführt werden. Zweckmäßigerweise entsprechen die Register einer Modul-Bauart und können je nach Abkühlungsforderungen in der Einbau-Anzahl variiert werden. Bei Entfernung eines Registers ist eine Blinddeckel-Schließung der Registeröffnung möglich.

Claims (4)

1. Kühlvorrichtung für Heißgase in Leitungen, insbesondere heiße Abgase aus Industrieöfen, gekennzeichnet durch Kühlregister (10, 12, 14, 16) in einer dampf- oder flüssigkeitsgekühlten Rohr-an-Rohr-Konstruktion, welche quer zur Strömungsrichtung der Abgase in die Abgasleitung (8) hineingeführt sind.

2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Kühlregister (10, 12, 14, 16) einen gemeinsamen Wassereinlauf- (10´, 12´, 14´, 16´) und einen gemeinsamen Wasserauslaufkasten (10´´, 12´´, 14´´, 16´´) aufweist, an welche eine bestimmte Anzahl von Rohrserpentinen der Rohr-an-Rohr-Konstruktion parallel angeschlossen sind.

3. Kühlvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Rohrserpentinen zweier in Leitungsachsrichtung hintereinander liegender Register (14, 16) versetzt zueinander (14[tief]k, 16[tief]k, 14[tief]k+1, 16[tief]k+1) angeordnet sind.

4. Kühlvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlregister (10, 12, 14, 16) einzeln an einer gemeinsamen Grundplatte (30) montiert sind, welche mit der Abgasleitung (8) eine mechanische Einheit bildet.