DE2927434C2 - Vorrichtung zum Kühlen heißer Abgase, insbesondere aus Industrieöfen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft e^;ne Vorrichtung zum Kühlen heißer Abgase, insbesondeie ai." Industrieöfen, mit einem Abgasleitungsabschnitt, dessen Wand aus mit Kühlmitteln beschickten Rohren besteht und dem stromaufwärts ein steuerbarer Zusatzlufteinlaß vorgeschaltet ist.

Derartige Kühlvorrichtungen mit zusätzlicher Zufuhr von Frischluft sind, insbesondere in Verbindung mit elektrischen Lichtbogenöfen zur Elektrostahlherstellung, allgemein bekannt. Sie ermöglichen sowohl eiiie Nachverbrennung der verbrennbaren Abgasbestandteile als auch eine Kühlung der Abgase, was bereits in der prioritätsgleichen luxemburgischen Patentanmeldung 80 034 dargelegt ist.

Die dabei zur Unterstützung der Abkühlung aus mit Kühlmittel, meistens Wasser, beschickten Rohren bestehende Wand des Abgasleitungsabschnittes sollte aus Kosten- und Platzgründen eine bestimmte l.ai. c, 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° C 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 stellen beispielsweise die Wandrohre der Anschlußleitung dar.

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 von Schlauch, d. h. eine periphere Schicht von kühler Frischluft, aus, in welchem sich ein heißer Gaskern behndpL 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 gehalten 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 gesamte Gemischvoiumen auf dessen verhältnismäßig kurzem Weg durch die Anschlußleitung mit der kühlenden Wandung der Anschlußleitung optimal in Kontakt gebracht werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Kühlvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der infolge besserer Durchmischung vor. Zusatzluft und Abgasen sowohl eine Nachverbrennung bei verringerter Menge an Zusatzluft als auch eine bessere Abkühlung der Abgase erreicht wird und bei der das Ausmaß der aus den Abgasen rückgewonnenen Wärmeenergie vergrößert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäb dadurch gelöst, daß im Abgasleitungsabschnitt quer zur Abströmungsrichtung eingesetzte Register aus nebeneinander liegenden, von Kühldampf und Kühlflüssigkeit durchströmten Rohren angeordnet sind, und daß die Rohre der in Strömungsrichtung aufeinanderfolgenden Register in Querrichtung zueinander versetzt angeordnet sind.

Neben den gekühlten Rohren de; Abgasleitungswand sind also zusätzliche Kühlrohrregister vorgesehen, deren Rohre quer zur Abgasströmungsrichtung im Abgasleitungsabschnitt liegen. Derartige Kühlrohrregister sind als Wärmetauscher in einem Abgaskanal an sich zwar bekannt. z.B. aus US-PS 18 53 684, US-PS 31 34 430 und DE-OS 26 29 612. Im Gegensatz zum Anmeldungsgegenstand weisen diese bekannten Anordnungen jedoch keine gekühlten Begrenzungswände des Abgasströmungsweges auf. und außerdem werden dabei die Abgasströmungswege nicht mit Zusatzluft beaufschlagt. Bei den bekannten Anordnungen wirken die Kühlrohrregister also allein als Wärmetauscher. Beim Anmeldungsgegenstand dagegen bewirken die Kühlrohrregister zusätzlich eine bessere Durchmischung von Abgasen und Zusatzluft im Abgasleitungsabschnitt, so daß die ursprüngliche Strömungskonfiguration zerstört wird. Dadurch wird einerseits der Wärmeübergang zur gekühlten Abgasleitungswand wesentlich verbessert und andererseits eine effektivere Nachverbrennung mit weniger Zusatzluft erreicht. Gleichzeitig wird das Ausmaß der rückgewonnenen Wärmeenergie wesentlich gesteigert, Dieser Gesamteffekt wird darüber hinaus noch dadurch verstärkt, daß die Rohre der in Strömungsrichtung aufeinanderfolgenden Rühlrohrregister in Querrichtung zueinander versetzt angeordnet sind.

Ein Auksführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher

beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 die Vorderansicht eines Abgasleitungsab-

f schnittes mit in die Leitung eingeführten Kühlregistern; Fig. 2 die Seitenansicht eines Schnittes A -Bm Fig. I.

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

Die Fig. 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 Zusatziüftregelung 6 gemäß luxemburgischer Patentanmeldung 80 034, 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 Mindesquantums von Zusatzluft aus der Umgebung.

Eine Regelung der Zusatzluft kann vorteilhafterweise durch das Rcgelorgan 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 Fig. 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 J5 in einer dampf-, vorzugsweise wassergekühlten Rohran-Rohr-Konstruktion. Jedes dieser Kühlregister besitzt einen Einlauf 26 und einen Auslauf 28, zwischen welchen das Kühlwasser mehrmals serpentinenartig aul und ab (Fig. 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 Fig. 2 zu ersehen. Zweckmäßig sind die Rohrserpentinen zweier in GasfluQrichtung hintereinanderliegender Register versetzt angeordnet, wie dies aus den Bezeichnungen 14*, 16*, 14* ₊ ;, 16* ₊ / einzeln herausgegriffener Serpentinen der Register 14 und 16 zu ersehen ist. Durch diese versetzte Anordnung wird der Kontakt der heißen Abgase mit den Kühirohren 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 v.ad, 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 auf einer gemeinsamen Grundplatte 30 befestigt. Eine Demontage der Register zwecks Wartung oder Reparatur, oder zwecks Reinigung des Anschlußstückes 8 von Staubablagerungen kann somit problemlos durchgeführt werden. Zweckmäßigerweise entsprechen die Register einer Modul-Baua-t und können je nach Abkühlungsforderungen in der Einbau-Anzahl variiert werden. Bei Entfernung eines Registers ist eine Blinddeckel-Schließung der Registeröffnung möglich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Kühlen heißer Abgase, insbesondere aus Industrieöfen, mit einem Abgasleitungsabschnitt, dessen Wand aus mit Kühlmitteln beschickten Rohren besteht und dem stromaufwärts ein steuerbarer Zusatzlufteinlaß vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Abgasleitungsabschnitt (8) quer zur Abgasströmungsrichtung eingesetzte Register (10,12,14,16) aus nebeneinander liegenden, von Kühldampf oder Kühlflüssigkeit durchströmten Rohren (14£, 16Ar, 14Jt -}- 1, \6k + 1) angeordnet sind, und daß die Rohre der in Strömungsrichtung aufeinanderfolgenden Register i:> in Querrichtung zueinander versetzt angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kühlregister (10,12,14,16) einen für alle Rohre gemeinsamen Wassereinlauf-(10', 12', 14', 16') \ΐ"ύ einen gemeinsamen Wasserauslaufkasten (10", 12", 14", 16") aufweist, an weiche eine bestimmte Zahl von Rohrserpentinen der Rohr-anRohr-Konstruktion parallel angeschlossen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, 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.