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Verfahren zur Ausnutzung der Kühlmittelwärme bei Stossöfen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur AusnUtzung der Kuhlmittelwärme bei Stossöfen usw., bei denen eine Kühlung von durch Wärme hochbelasteten Bauteilen durch ein Kühlmittel erfolgt und eine
Vorwärmung des Brenngases oder-öles.
Es ist bekannt, die Gleitscnienen von Stossöfen oder hoch wärmebeanspruchte Teile anderer metal- lurgischer Öfen durch ein Kühlmittel, z. B. Luft, Gas, Wasser oder Dampf, zu kühlen und die hiebei von den KUhlmitteln aufgenommene Wärme für den Ofenbetrieb selbst, z. B. als erwärmte Verbrennungsluft oder erwärmtes Brenngas, bzw. als Wärmetransportmittel zu andern Wärmeverbrauchern auch bei Zwischenschaltung von Wärmeaustauschern auszunutzen.
Auch ist es ganz allgemein gesehen nicht mehr neu, die Abgase derartiger Öfen zur Beheizung von Abhitzekesseln zu verwende'1, um Nutzdampf zu erzeugen.
Diesem bekannten gegenüber besteht das erfindungsgemässe Verfahren darin, dass das bei der Kühlung der Gleitschienen und deren TrägergerUstrohren von Stossöfen bzw. der Kühlung der Türkühlrahmen u. dgl. von Siemens-Martin-Öfen aufgeheizte Kuhlmittel zu einer ersten Vorwärmung des Gases oder Öles und der Verbrennungsluft seine Wärme an diese Medien in von diesen beaufschlagten Wärmeaustauschern abgibt und die vorgewärmten Medien dann zur Endaufheizung Wärmeaustauschern zugefuhrt werden, die von den Ofenabgasen beaufschlagt werden, die aus den Wärmeaustauschern infolge der ersten Vorwärmung des Brenngases oder Brennöles und der Verbrennungsluft mit erhöhtem Wärmeinhalt sodann in bekannter Weise einem nachgeschalteten Abhitzekessel zur Nutzdampferzeugung zugeführt werden.
Durch diese erfindungsgemässe Massnahme wird ausser den bekannten Wirkungen, d. h. dass in erster Linie die Abwärme für den Ofenbetrieb selbst Verwendung findet, der Vorteil erzielt, dass die Erzeugung von Nutzdampf eines höheren Druckes in wirtschaftlich ausreichender Menge infolge des Anhebens der Abgastemperatur des der Beheizung des Abhitzekessels dienenden Abgases erreicht wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass das Kühlmittel nach dem Durchströmen der dem ersten Vorwärmen des Brenngases oder Brennöles und der Verbrennungsluft dienenden Wärmeaustauscher und vor dessen Rückführung zu den Kuhlstellen des Ofens einem weiteren Wärmeaustauscher zum Vorwärmen des Speisewassers des Abhitzekessels zugeführt wird. das Dampfaufkommen des Abhitzekessels erfährt dadurch noch eine erhebliche Steigerung. Die Wärmeaustauscher zum Vorwärmen der verschiedenen Medien können parallel und/oder hintereinander in den Fluss des wärmeabgebenden KUhlmittels geschaltet sein.
Das beschriebene Beispiel zeigt das erfindungsgemässe Verfahren in seiner Anwendung bei einem Stossofen, bei dem der Wärmeaustausch zwischen den wärmeabgebenden und den wärmeaufnehmenden Mitteln vorzugsweise rekuperativ erfolgt.
Nachstehend wird gezeigt, dass das Verfahren nach der Erfindung sich auch zur Erhöhung der Abwärmeausnutzung von metallurgischen Öfen mit regenerativer Wärmenutzung, z. B. bei Siemens-Martin- Öfen, die mit einer Einrichtung zur Kühlung der Türrahmen u. dgl. versehen sind, eignet. In diesem Falle dient die durch das Kuhlmittel bei seinem Durchfluss durch die Ttirkithlrahmen des Ofens aufgenommene Wärme der Vorwärmung der zum Ofenbetrieb erforderlichen Verbrennungsluft in einem Wärmeaustauscher. Diese vorgewärmte Verbrennungsluft wird dann über den vorher aufgeheizten und zur
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Verbrennungsluftvorwärmung anstehenden Regenerator dem Brenner des Ofens zugeführt.
Durch diese vorherige Vorwärmung der Verbrennungsluft bleibt in dem Regenerator ein Rest an Speicherwärme erhalten, da dieser nicht mehr ganz kalt geblasen wird, so dass nach dem Umschalten des Ofenbetriebes das diesen Regenerator erneut aufheizende Ofenabgas aus diesem Regenerator mit höherer Temperatur austritt. Durch diese Massnahme wird erreicht, dass das mit erhöhter Temperatur die Heizflächen eines in den Strom des Abgases geschalteten Abhitzekessels beaufschlagende Abgas eine erhöhte Nutzdampferzeugung herbei- führt. wodurch die Gesamtwärmebilanz des Ofenbetriebes beträchtlich angehoben wird. Vorteilhaft ist auch in diesem Falle, das die Türrahmen durchfliessende Kühlmittel durch einen weiteren Wärmeaustauscher zu fuhren, der der Erwärmung des Speisewassers für den Abhitzekessel dient.
Vorteilhaft wird in den Kühlmittelkreislauf zur Kühlung der verschiedenen Kuhlstellen des Stossbzw. Siemens-Martin-Ofens vor Eintritt des Kühlmittels in die Kühlstellen ein mittels eines Luftgebläses
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Kühlmittels bei Ausfall des einen oder andern Wärmeaustauschers im Kühlmittelkreislauf in Betrieb ge- nommen und dessen Abluft über eine besondere Leitung dem zum Kamin abströmenden Abgas oder z. B. bei Ausfall der Wärmeaustauscher zur Aufheizung der Verbrennungsluft den Brennern als Verbrennungsluft zugeführt wird.
Eine andersartige vorteilhafte Ausbildung besteht auch darin, dass in den Kühlmittelkreislauf zur
Kühlung der verschiedenen KUhlstellen des Stoss- bzw. Siemens-Martin-Ofens die Dampfwassertrommel des Abhitzekessels als Ausgleichsgefäss zwischengeschaltet wird. Durch diese Massnahme entfällt das sonst in dem Kühlmittelkreislauf anzuordnende Ausgleichsgefäss, und alle Wärmeschwankungen in diesem Kühlmittelkreislauf werden durch Abfangen der Temperaturspitzen gut ausgeglichen. Durch Ausfall des einen oder andern Wärmeaustauschers sich etwa unzulässig erhöhender Wärmeinhalt des Kühlmittels wird durch dasselbe dem Abhitzekessel mitgeteilt und erhöht dessen Wärmebilanz.
Das aus der Dampfwasser- trommel in den Kühlmittelkreislauf rückläufige Kühlmittel dagegen weist immer eine gleichmässig tiefe
Temperatur auf, da die Temperaturspitzen des in die Dampfwassertrommel eintretenden Kühlmittels hier abgefangen werden.
Die Erfindung ist in zwei Beispielen vereinfacht in der Zeichnung dargestellt, u. zw. zeigt Fig. 1 einen Stossofen mit einer Abwärmeausnutzung in bekannter Ausführung, Fig. 2 die Abwärmeausnutzung bei Stossöfen in der erfindungsgemässen Ausbildung, Fig. 3 die Abwärmeausnutzung bei mit Türkühlrah- men versehenen Siemens-Martin-Öfen und nachgeschaltetem Abhitzekessel und Fig. 4 die Abwärmeausnutzung bei Stossöfen mit als Ausgleichsgefäss geschalteter Dampfwassertrommel des Abhitzekessels.
In Fig. 1 wird eine bei Stossöfen bekannte Wärmeausnutzung gezeigt. Der Stossofen ist mit 1 bezeichnet. Die gekühlten Gleitschienen 2 und die Trägergerüstrohre 3 des Stossofens 1 sind hiebei von einem diese durchströmenden Kühlmittel gekühlt. Die Ausnutzung der Abwärme erfolgt in diesem Falle lediglich dadurch, dass die aus dem Ofen austretenden Abgase zunächst einen Vorwärmer 4 zur Vorwärmung der Verbrennungsluft durchströmen, um anschliessend einen oder mehrere Wärmeaustauscher 5 zu durchströmen, die dem Vorwärmen des Verbrennungsgases dienen. Die Abgase werden dann in den Kamin 6 abgeführt. Die Verbrennungsluft und das Verbrennungsgas werden aber Leitungen 7, 8 den Ofenbrennern 9 und 10 zugeleitet.
Die Fig. 2 zeigt eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens. Auch hier ist der Stossofen mit 1 bezeichnet, dessen Gleitschienen 2 und deren Trägergertistrohre 3 durch ein Kühlmittel gekühlt werden. Das entsprechend aufgeheizt aus dem Kühlbereich des Ofens austretende Kühlmittel durchfliesst nacheinander einen Wärmeaustauscher 11 zur ersten Vorwärmung der Verbrennungsluft und einen Wärmeaustauscher 12 zur ersten Vorwärmung des Verbrennungsgases bzw. zur Vorwärmung des Brennöles, falls Ölheizung für den Ofen vorgesehen ist. Anschliessend wird das Kühlmittel durch einen Wärmeaustauscher 13, z. B. einen Economiser, geführt, der der Vorwärmung des Speisewassers für den Abhitzekessel 14 dient.
Das abgekühlte Kühlmittel wird dann durch die Pumpe 15 in die Kühlflächen des Stossofens 1 zurückgeführt. In diesen Kühlmittelkreislauf ist in bekannter Weise ein Ausgleichsgefäss 27 geschaltet. Das Speisewasser wird in bekannter Weise nach seinem Austritt aus dem Economiser in einem Entgaser 16 entgast und durch eine Pumpe 17 dem Abhitzekessel 14 zugeführt. Die Verbrennungsluft und das Brenngas werden nach ihrer ersten Vorwärmung in den Wärmeaustauschern 11 und 12 durch von dem Ofenabgas nacheinander beaufschlagte Wärmeaustauscher 18 und 19 und nach erfolgter Endaufheizung über die Leitungen 7 und 8 den Brennern 9 und 10 zur Beheizung des Stossofens 1 zugeführt. Das Ofenabgas durchströmt nach dem Verlassen des Wärmeaustauschers 19 die Heizflächen des Abhitzekessels 14, um anschliessend in den Kamin 6 zu entweichen.
In der Fig. 3 ist die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens bei einem mit einem besonderen
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Kühlmittelkreislauf zur Kühlung der Türrahmen versehenen regenerativ befeuerten Siemens-Martin-Ofen gezeigt.
Der mit 1 bezeichnete Siemens-Martin-Ofen ist mit den Türkühlrahmen 20 ausgerüstet, die durch ein diese durchströmende Kuhlmittel gekühlt werden. Das KUhlmittel wird nach Verlassen der Ofenkuhi- stellen einem Luftvorwärmer 21 zugeleitet, in dem das Kühlmittel seinen Wärmeinhalt an die Verbrennungsluft, die durch ein Gebläse 22 geliefert wird, zum grössten Teil abgibt. Das KUhlmittel durchströmt anschliessend einen Wärmeaustauscher 13 zum Vorwärmen des Speisewassers fur den Abhitzekessel 14, um mittels der Pumpe 15 zu den KUhlstellen 20 des Siemens-Martin-Ofens 1 zurückgeführt zu werden. In diesen Kuhlmittelkreislauf ist ebenfalls ein Ausgleichsgefäss 27 geschaltet.
Das Speisewasser wird in bekannter Weise nach seinem Austritt aus dem Wärmeaustauscher 13 in einem Entgaser 16 entgast und durch eine Pumpe 17 dem Abhitzekessel14 zugeführt.
Die den Wärmeaustauscher 21 vorgewärmt verlassende Verbrennungsluft wird über eine Drehklappe 23, die dem Reversieren des Ofenbetriebes dient, zur endgültigen Vorwärmung über den in der vorhergehenden Ofenbetriebsphase durch die Ofenabgase aufgeheizten Regenerator 24 dem Ofenbrenner 25 zugeführt.
Gleichzeitig steht der in der vorhergehenden Ofenbetriebsphase kaltgeblasene Regenerator 26 zur Wiederaufheizung durch die Ofenabgase an, die über die Drehklappe 23 und über den Abhitzekessel 14 dem Kamin zugeführt werden.
Um bei etwaigem Ausfall des einen oder andern Wärmeaustauschers im KUhlmittelkreislauf das mit zu hoher Temperatur zu den OfenkUhlstellen zurückfliessende Kuhlmittel regelbar herunterkuhlen zu können, wird in die RUckflussleitung des Kühlmittels ein Luftkühler geschaltet. Die Luft fur den Betrieb des LuftkUhlers wird entweder von einem besonderen Gebläse geliefert oder durch den natUrlichen Zug durch den Kühler in regelbarer Menge gesaugt. Die hiebei erwärmte Abluft wird dem abströmenden Ofenabgas vor dessen Eintritt in den Kamin zugeleitet oder findet z. B. bei Gebläsebetrieb als Verbrennungsluft Verwendung. (Diese Ausgestaltung ist nicht gezeichnet.)
Eine weitere Schaltungsmöglichkeit für den Kuhlmittelkreislauf zeigt Fig. 4.
Hiebei entfällt das sonst erforderliche Ausgleichsgefäss 27, das durch die Dampfwassertrommel des Abhitzekessels 14 gebildet wird, in der dann auch etwa eintretende Temperaturspitzen des Kuhlmittels wirkungsvoll aufgefangen werden, und die hiebei aufgenommene Wärme dient dann zu einer Verbesserung der Nutzdampferzeugung des Abhitzekessels 14. Im übrigen entspricht die Schaltung des KUhlmittelkreislaufes derjenigen nach Fig. 2. Eine gleiche Anordnung ist selbstverständlich auch bei dem in Fig. 3 gezeigten Kuhlmittelkreis- lauf möglich.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Ausnutzung der Kühlmittelwärme bei Stossöfen usw., bei denen eine Kühlung von durch Wärme hochbelasteten Bauteilen durch ein Kühlmittel erfolgt und eine Vorwärmung des Brenngases oder-öles und der Verbrennungsluft in besonderen Wärmeaustauschern vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das bei der Kühlung der Gleitschienen und deren Trägergerustrohren von Stossöfen bzw. der Kehlung der Türkühlrahmen u.
dgl. von Siemens-Martin-Öfen aufgeheizte Kühlmittel zu einer ersten Vorwärmung des Gases oder Öles und der Verbrennungsluft seine Wärme an diese Medien in von diesen beaufschlagten Wärmeaustauschern (11,12, 21) abgibt, und die vorgewärmten Medien dann zur Endaufheizung Wärmeaustauschern (18, 19, 24, 26) zugeführt werden, die von den Ofenabgasen beaufschlagt werden, die aus den Wärmeaustauschern (18, 19, 24, 26 > --infolge der ersten Vorwärmung des Brenngases oder Brennöles und der Verbrennungsluft mit erhöhtem Wärmeinhalt sodann in bekannter Weise einem nachgeschalteten Abhitzekessel (14) zur Nutzdampferzeugung zugefUhrt werden.