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Verfahren und Vorrichtung zur Kühlung von Industrieofenanlagen, insbesondere von Konverterkaminen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung von Industrieofenanlagen, insbesondere von Kon- verterkaminen, wobei das Kühlmittel (Wasser) in wasserdichten Hohlräumen strömen gelassen wird. Die- ser Kamin hat lediglich die Aufgabe, die austretenden Abgase oder brennbaren Gase schnell herabzuküh- len, ohne Dampf zu erzeugen. Bei den bisher ausgeführten wassergekühlten Kaminen wurde die Durch- strömung der Kühlflächen mittels Pumpen bewirkt. Es war daher zur Überwindung der Widerstände erfor- derlich, einen hohen Pumpenenddruck, folglich auch einen hohen Kraftaufwand, vorzusehen, um die
Kühlflächen mit einer ausreichenden Geschwindigkeit zu durchströmen.
Es erwies sich aber in mehreren
Fällen als sehr nachteilig, dass besonders bei fluktuierendem und örtlich verschiedenem Wärmeanfall oder bei Verschmutzungen in den einzelnen Sektionen des Kamins keine gute Regulierbarkeit, Anpassung der Kühlmittelgeschwindigkeit, erzielt werden konnte. Hiezu wäre es erforderlich gewesen, den Pumpen- enddruck für die ganze Kühlwassermenge so zu erhöhen, dass die Wassergeschwindigkeiten in den maximal belasteten Kühlelementen so weit erhöht werden können, als zur Verhinderung einer kritischen Grenztemperatur-Überschreitung, z. B. der Ausscheidung der Härtebildner oder zumindest der Verdampfungstemperatur, nötig ist.
Dazu wäre es notwendig gewesen, den Pumpenenddruck auf das Drei- bis Vierfache des Wertes bei mittlerer Strömungsgeschwindigkeit zu erhöhen und daher einen wesentlich grö- sseren Kraftaufwand vorzusehen. Man hat versucht, die Regulierbarkeit der Kühlmediengeschwindigkeit dadurch zu erzielen, dass man in den schwächer beaufschlagten Sektionen Absperrorgane oder Regelorgane vorsah und die Strömung in diesen Sektionen drosselte, mit dem Erwarten, dass die Geschwindigkeit daher in den andern Sektionen steigen würde. Dies ist nur in einem sehr begrenzten Ausmass möglich, da mit Anstieg der Geschwindigkeit in den andern Sektionen auch der Druckabfall in diesen Sektionen steigt und somit ein höherer Pumpenenddruck und Kraftaufwand erforderlich wäre. Die Kühlflächen waren dem vollen Pumpenenddruck ausgesetzt.
Die Erfindung geht daher von einem völlig neuartigen Prinzip aus, bei dem eine Regulierbarkeit der einzelnen Sektionen erzielt werden kann, ohne die Pumpenleistung zu erhöhen. Im wesentlichen wird das dadurch erreicht, dass das Kühlmittel in den zu kühlenden Wandungen, insbesondere in den Wandungen des Konverterkamins, in Richtung der Schwerkraft geführt wird und die gesamte Kühlfläche im wesentlichen als Strahlungsheizfläche ausgebildet sowie in an sich bekannter Weise vorwiegend in vertikale Sektionen unterteilt ist.
Die Kühlwasserpumpe pumpt das Wasser nur in einen Hochbehälter, welcher mit einer Niveauregelung versehen ist, welche das der Pumpe nachgeschaltete Regelventil steuert. Aus dem Hochbehälter fliesst das Wasser allein infolge Schwerkraft, also abwärts, durch die Kühlflächen, welche vorzugsweise in Sektionen unterteilt werden, so dass man durch Einstellung des Ausfluss-Querschnittes beispielsweise durch ein handgesteuertes oder automatisch-temperaturgesteuertes Regelventil oder auch durch ein gewöhnliches, händisch betätigtes Absperrventil in den einzelnen Sektionen eine variable Geschwindigkeit, je nach Wärmeanfall, d. h.
je nach Temperatur am Ende dieser Sektion, einstellen kann, ohne die Pumpenleistung erhöhen zu müssen, wenn die Pumpenleistung entsprechend dem Wärmeangebot ausgelegt ist, welches sich jedoch nicht gleichmässig auf die Kühlflächen verteilt. Die Kühlwasseraustrittstemperatur kann in den einzelnen Sektionen somit ein vorberechnetes Maximum nicht übersteigen.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren kann in jeder beliebigen Sektion bei höherem Wärmeanfall eine grössere Kühlmittelgeschwindigkeit, und umgekehrt, erzielt werden. Wenn das Kühlmittel, z. B. in
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einer Sektion, unabhängig durch welche Ursache, eine höhere Austrittstemperatur als beispielsweise 700C erreicht, so steuert der Temperatur-Impuls auf"Öffnen"des Ausflussveniils. Wenn der umgekehrte Fall eintritt, d. h. die festgelegte Austrittstemperatur unterschritten wird, würde der Temperatur-Impuls auf "Schliessen" des Austrittsventiles steuern.
Dadurch ergibt sich die Zuordnung der richtigen Wassermenge zu den einzelnen Sektionen vollautomatisch, wobei einer Verringerung der Gesamtwärme natürlich auch eine Verringerung der notwendigen mittleren Durchfluss- und Zuflussmenge automatisch über denNiveau- regler folgt. Der wesentliche Vorteil dieses Verfahrens ist, dass man in einzelnen Sektionen sehr hohe, in andern Sektionen gleichzeitig kleinere Geschwindigkeiten ohne Kraftaufwand für die Geschwindigkeitser- höhung erhalten kann, da diese Geschwindigkeit lediglich von der statischen Höhe, den Widerständen und der Ausflussöffnung abhängt.
Im bisherigen Fall, bei welchem also die Pumpe durch die Heizflächen durchpumpen musste, wirkte sich natürlich jede Geschwindigkeitserhöhung in einer Erhöhung der Pumpen- leistung aus, während bei der gegenständlichen Erfindung die Erhöhung der Geschwindigkeit in den ein- zelnen Sektionen völlig unabhängig von der Pumpenleistung erfolgen kann. Da üblicherweise bei solchen
Kühlsystemen die Austrittstemperatur des Kühlwassers mit zirka 70 - 800C festgelegt wird, ist eine voll- kommen selbsttragende Konstruktion ohne jede Isolierung möglich. Im Falle von Rohrsystemen handelt es sich hiebei um steife, bandagierte Rohrflächen. Im Falle eines Doppelmantels ist dei Doppelmantel gleichzeitig Tragkonstruktion und Kühlheizfläche.
Das System ist ausserordentlich einfach, robust und gewährleistet eine wesentlich grössere Sicherheit gegenüber den Schwankungen der Wärmemenge bei gleichzeitiger Verringerung der Betriebskosten durch niedrigeren Kraftaufwand. Auch konstruktiv ergibt sich ein wesentlicher Vorteil dadurch, dass bei einer Pumpenförderung, d. h. Erzielung der gewünschten Geschwindigkeit durch einen Pumpenförderdruck, die Heizflächen mit dem vollen Pumpenenddruck be- lastet sind, d. h. grössenordnungsmässig Nenndrücke von zirka 10 at erreichen, während beim erfindungsgemässen Verfahren als Druck in den Heizflächen nur die statische Höhe'wirkt, wobei man durch konstruktive Mittel erreichen kann, dass sich nicht die volle statische Höhe, sondern jeweils nur segmentweise die statische Höhe der einzelnen Segmente als Innendruck bzw.
Aussendruck auf den Aussenmantel bzw. Innenmantel auswirkt. Dieses Verfahren ist daher besonders für Doppelmantel-Kamine vorteilhaft. Bei Kaminen mit Rohrheizflächen wirkt sich dieser Vorteil nicht so sehr aus, weil die Rohre sowohl bei Pumpenströmung als auch bei Schwerkraftströmung eine Mindestwandstärke haben müssen, die auch bei einer Druckerhöhung dem Innendruck standhält.
In den Zeichnungen sind einige Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens beispielsweise dargestellt : Es zeigt Fig. 1 eine Ausführungsform mit doppelwandigem Kühlmantel. Fig. 2 ist ein Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1. Fig. 3 ist eine analoge Konstruktion mit Rohrkühlflächen, wovon die Fig. 4 einen Schnitt IV-IV mit rundem Querschnitt und die Fig. 5 einen solchen mit eckigem Querschnitt darstellt. Die Fig. 6 veranschaulicht eine Ausbildung mit geschlossenem Behälter und Gasdruckbelastung.
Wie man aus Fig. 1 ersehen kann, ist ein Doppelmantel-Kamin 1 mit Sektionsunterteilung 2 mit einem Hochbehälter 3 versehen, welcher die Aufgabe hat, einen Überbrückungsspeicher zu bilden, für den Fall, dass die Zubringerpumpe 11 ausfallen sollte, oder bei Stromausfall, um eine Fortsetzung des Betriebes über eine Mindestzeit zu gewährleisten, d. h. bei LD- oder ähnlichen Tiegeln so lange, als erforderlich ist, um von der Hauptpumpe auf die Reservepumpe umzuschalten, oder bei totalem Stromausfall, um die Lanze ausfahren zu können. Dieser Hochbehälter hat einen direkten Auslauf in die Kühlflächen 4, mit Zuleitung 5 und Ableitungsorganen 6, mit angedeuteten Temperatur-Fühlern 7. welche die Absperrorgane, d. h. Regelorgane 8, steuern, über welche das Kühlmedium in die Abflussrinne gelangt.
In der Zuleitung 5 ist mit 9 das Regelventil, welches niveaugesteuert wird, bei 10 und die Förderpumpe 11 eingetragen.
In den Fig. 3 - 5 sind mit den gleichen Bezeichnungen die konstruktiven Anwendungsmöglichkeiten dieses Verfahrens bei einem Kühlkamin, welcher mit Rohrheizflächen ausgekleidet ist, dargestellt.
Das in Fig. 6 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den vorhergehenden vor allem dadurch, dass ein geschlossener Behälter 12 verwendet wird, in dem ein konstanter Flüssigkeitsspiegel durch ein Regelventil 9 aufrecht erhalten wird. Der Flüssigkeitsspiegel ist jedoch noch durch einen Luftoder Gaspolster 13 belastet, dessen Druck über einen Kompressor 14 aufgebracht und über eine Regulierung 16 eingeregelt wird. Mit 15 ist der Antriebsmotor des Kompressors und mit 17 ein Abblasventil bezeichnet.
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