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Winderhitzer mit Brennschacht zur Verwendung hochwertiger Brennstoffe mit einer den Brennschacht und den Erhitzerschacht überwölbenden doppelten Kuppel sowie Betriebsverfahren für
Winderhitzer mit einer Kuppelanordnung
Die Erfindung betrifft einen Winderhitzer mit Brennschacht zur Verwendung hochwertiger Brennstoffe mit einer den Brennschacht und den Erhitzerschacht überwölbenden doppelten Kuppel sowie ein Betriebsverfahren für Winderhitzer mit einer Kuppelanordnung.
Es sind bereits Winderhitzer mit einer inneren Kuppel und einer äusseren Kuppel bekannt, die voneinander durch einen Zwischenraum getrennt sind. Die Luft wird dabei dem Brennschacht z. B. durch eingebaute und gemauerte Luftdüsen zugeführt, wodurch eine ungleichmässige Verteilung des Kaltwindes im Brennschacht entsteht.
Die Erfindung bezweckt die Beseitigung dieses Nachteiles und die Schaffung eines Winderhitzers, der zur Verwendung hochwertiger Brennstoffe geeignet ist und eine lange Lebensdauer besitzt. Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass der Kaltwind auch bei Winderhitzern zur Kühlung der Ofendecke herangezogen und dadurch einer regenerativen Erhitzung unterworfen werden kann. Zu diesem Zweck wird dem Zwischenraum zwischen beiden Kuppeln durch eine Leitung in der äusseren Kuppel Kaltwind zugeleitet und dieser durch Öffnungen in der inneren Kuppel, welche durch Verwendung von pyramidenstumpfförmigen Formsteinen mit an mindestens einer ihrer Seitenflächen vorgesehenen Längsnuten oder mit im Steinkörper vorgesehenen Kanälen gebildet wird, als Kühlmittel einem darunterliegenden Verbrennungsraum als Sekundärluft zugeführt.
Durch die erfindungsgemässe Ausbildung der inneren Kuppel entstehen nämlich in derselben zahlrei- ehe Öffnungen, über welche Luft dem unterhalb der inneren Kuppel liegenden Verbrennungsraum zugeführt wird. Wegen der hohen Anzahl von Öffnungen erfolgt die Luftzuführung und Luftverteilung vollkommen gleichmässig, so dass eine zusammenhängende Kühlschicht unter der inneren Kuppel entsteht, die gleichsam eine Schutzschicht für diese Kuppel gegen die Einwirkung der Verbrennungsgase bzw.
Flammen mit Heizwerten selbst über 1000 kal/Nm3 bildet.
Hiedurch wird ermöglicht, im Winderhitzer hochwertige Brennstoffe zu verbrennen, indem bei äusseren Brennschichten eine Windtemperatur von 13000C anstatt der bisherigen Werte von 1000 bis 11000 C erhalten wird. Wird ein innerer Brennschacht verwendet, so ergibt sich noch immer eine Windtemperatur von 1100 bis 12000C anstatt der bisherigen Werte von 800 bis 900OC, was noch immer eine bedeutende Zunahme der Heisswindtemperatur bedeutet. Vor allem besteht aber in beiden Fällen der Vorteil einer wesentlichen Erhöhung der Lebensdauer der Gewölbe, indem erfindungsgemäss ausgebildete Kuppeln gemäss Versuchen zwei-bis dreimal solange standhalten, wie bisher bekannte Konstruktionen derselben Gattung.
Durch Anwendung der erfindungsgemässen Formsteine entsteht nämlich beim Winderhitzer ein gleichsam perforiertes Gewölbe mit gleichförmiger netzartiger Verteilung von Öffnungen, wodurch eine durch das Gewölbe hindurchgeleitete Luftmenge flächenmässig verteilt und örtliche Überhitzungen verhindert werden.
Vorzugsweise sind beide Kuppeln von Halbkugelgestalt ; bei getrennt angeordnetem Brennschacht
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haben beide Kuppeln eine Viertelkugelgestalt mit einer Verbindung in Form eines Halbzylinders.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnungen an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Fig. 1 ist ein senkrechter Schnitt des ersten Ausführungsbeispiels. Fig. 2 ist eine beispielsweise Ausführungsform eines für die Bildung der inneren Kuppel vorgesehenen Formsteines in perspektivischer Darstellung. Fig. 3 ist ein der Fig. 1 ähnlicher Schnitt des zweiten Ausführungsbeispiels.
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In Fig. 1 ist ein zylindrischer Winderhitzer (System Cowper) mit feuerfester Wand 1 dargestellt.
Eine Trennwand 2 unterteilt den Innenraum des Winderhitzers 1 in einen Brennschacht 3 und in einen Erhitzerschacht 4 mit Schamottegitterung. Heizgase und Verbrennungsluft werden über eine Rohrleitung bzw. einen Gasbrenner 5 zugeführt, wogegen die Zuführung von Kaltwind über eine Rohrleitung 6 erfolgt und die Verbrennungsgase über eine Rohrleitung 7 abgeführt werden.
Oberhalb eines Verbrennungsraumes 21, der den Brennschacht 3 und den Erhitzerschacht 4 miteinander verbindet, ist ein Gewölbe mit einer Anzahl von Luftzufuhröffnungen gebildet, das durch Zuführung von zusätzlicher Luft ermöglicht, die Temperatur im Verbrennungsraum 21 zu erhöhen. Der zylindrische Innenraum des Winderhitzers ist durch eine innere Kuppel 8 abgeschlossen, die aus erfindungsgemässen Formsteinen 9 gemäss Fig. 2 auf die Art einer Kugelkalotte zusammengesetzt ist. Die Wand 1 hat einen nicht dargestellten Mantel, an dem Konsolen 10 befestigt sind, die eine äussere Kuppel 12 tragen. Zwischen der äusseren Kuppel 12 und der inneren Kuppel 8 verbleibt ein Zwischenraum 11, der als Verteiler-oder Ktihlraum wirkt. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist der Formstein 9 als Pyramidenstumpf ausgebildet und mit einer Nut 13 versehen.
Nuten dieser Art können an zwei oder mehr Seiten des Formsteines vorgesehen sein, so dass zwischen je zwei benachbarten Steinen eine Nut zu liegen kommt. Es ist auch möglich, den Formstein durchquerende Kanäle vorzusehen. Auf diese Weise entsteht ein gleichsam perforiertes Gewölbe mit gleichförmiger netzartiger Anordnung von Kanälen, wodurch eine durch das Gewölbe hindurchgeleitete Luftmenge gleichmässig verteilt wird.
Die äussere Kuppel 12 ist aus massiven Steinen aufgebaut, wobei vier Rohre 14 aus einer Ringleitung 15 in den Kühlraum 11 zwischen den beiden Kuppeln 8 und 12 münden. Über die Rohre 14 wird dem Zwischenraum 11 in der Feuerungsphase und während der Windperiode Luft zugeführt, die von hier über die durch die Nuten 13 der Formsteine 9 der inneren Kuppel 8 begrenzten Kanäle auf der inneren Gewölbefläche verteilt in den Verbrennungsraum 21 gelangt. Die innere Kuppel 8 bzw. das Gewölbe wird dabei durch den zugeführten Kaltwind gekühlt und gegen durch Überhitzung bedingte eventuelle Abbrände und Einstürze geschützt.
Die Menge der zusätzlich zugeführten Luft kann während des Heizens bzw. während der Windperiode durch an eine Zuführleitung 16 der Ringleitung 15 angeschlossene Ventile 17c und Ventile 18 in der Rohrleitung 6 in weiten Grenzen geregelt werden, wobei die genannten Rohre auch abgeschlossen werden können. Auch der Luftüberschuss der Winderhitzung kann geregelt und auf diese Weise die Feuerung gesteuert werden, wobei die Aufheizdauer des Winderhitzers verringert bzw. seine Leistung vergrössert wird. Während der Heiz- und Windperiode werden die Ventile 17c und 18 gegenseitig verriegelt. Dies bedeutet, dass die eine Gruppe von Ventilen nur dann geöffnet werden kann, wenn die andere Gruppe geschlossen ist.
Wie bereits erwähnt, kann ein Teil der in der Windperiode zugeführten Luft über das innere Gewölbe 8 zugeführt werden. Hiedurch wird die Lieferung eines Kaltwindes konstanter Temperatur im Winderhitzer gesichert. Das Verhältnis zwischen Kaltwind und Verbrennungsluft wird durch Flügelventile 19 bzw. 20 in der Rohrleitung 6 bzw. im Brenner 5 geregelt. Sowohl die innere Kuppel 8 wie auch die massive äussere Kuppel 12 sind selbsttragende Konstruktionen. Bereits vorhandene Winderhitzer können z. B. bei Umbauten leicht und mit geringem Kostenaufwand in erfindungsgemässe Anlagen umgewandelt werden.
Durch die Erfindung ist es möglich, die innere Kuppel 8 bzw. ihre dem Verbrennungsraum 21 zugekehrte Fläche entsprechend zu kühlen und gegen Überhitzungen zu schützen, weil die Formsteine 9 durch die an ihnen ausgebildeten Nuten beim Zusammenbau etwa 4000 oder mehr Kühlöffnungen bilden, so dass der über diese Öffnungen zugeführte Kaltwind, gleichmässig verteilt, eine zusammenhängende Kühlschicht bildet. Dies ermöglicht, Gase, wie z. B. Erdgas, Ölgas und deren Gemische zu verwenden und im Brennschacht zu verbrennen, deren Heizwert höher ist als lOOOkal/Nm, d. h. den Heizwert des Gichtgases übersteigt. Die als Kühlschicht verteilte zusätzliche Luft gewährleistet auch eine vollständige Verbrennung.
Infolge des durch den erfindungsgemässen Winderhitzer lieferbaren Heisswindes von höherer Tem-
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peratur ist es auch möglich, bei Hochöfen Brennstoffe mit höhrerem Heizwert wie Erdgas oder Öl in höheren Mengen einzublasen und die prozentuale Menge des gesinterten Gemisches zu erhöhen.
Beim Heizen wird Verbrennungsluft durch einen Lüfter geliefert und einerseits über die Ventile 17a und 17b und das Flügelventil 20 dem Brennschacht 3, und anderseits über die Ventile 17a und 17c über die Rohrleitung 16, die Ringleitung 15, die Rohre 14, den Zwischenraum 11 und durch die innere Kuppel 13 dem Verbrennungsraum 21 zugeführt.
In der Windperiode wird dagegen nach Abschliessen der Ventile 17a, 17b Kaltwind einerseits über ein erstes Ventil 18, das Ventil 17c, die Rohrleitung 16, die Ringleitung 15, die Rohre 14, den Zwischenraum 11 und durch die innere Kuppel 13, und anderseits über beide Ventile 18, das Flügelventil 19, das Rohr 6 und den Erhitzerschacht 4 ebenfalls dem Verbrennungsraum 21 zugeführt. Die Liefermengen werden so geregelt, dass etwa 100 der Gesamtmenge über den Zwischenraum 11 und etwa 900 derselben über den Erhitzerschacht 4 dem Brennraum 21 zuströmt. Wie ersichtlich, findet in beiden Perioden eine Kühlung der inneren Kuppel 13 statt, wobei der Vorteil einer Mischung innerhalb der Anordnung erreicht wird.
Die Fig. 3 - 6 zeigen Winderhitzer mit einem vom Kreis abweichenden Querschnitt (Fig. 4 und 5) bzw. mit einem Brennschacht 3, der vom vergitterten Erhitzerschacht 4 getrennt ist (Fig. 6). Während beim ersten Ausführungsbeispiel beide Kuppeln 8 und 12 halbkugelförmig sind, weisen die Kuppeln des zweiten Ausführungsbeispiels zwei seitliche Viertelkugelflächen auf, die durch einen Halbzylinder miteinander verbunden sind. Zwischen den beiden Kuppeln 8 und 12 sind hier Trennwände 22 vorgesehen, wodurch der Zwischenraum 11 in drei Teilräume unterteilt wird. Auf diese Weise wird die Mengenverteilung des dem Verbrennungsraum 21 zugeführten Windes und hiedurch die Gleichmässigkeit der Kühlwirkung gewährleistet.
Zur Konstanthaltung der Temperatur des Kaltwindes wird ein Teil desselben über die Rohrleitung 16 und eine Rohrleitung 23, die eine Fortsetzung der Rohrleitung 16 bildet, den Rohren 14 in der äusseren Kuppel 12 und hiedurch dem Zwischenraum 11 zwischen den Kuppeln 8 und 12 zugeführt.
Die Verbrennungsprodukte des im getrennt angeordneten Brennschacht 3 verbrannten, hochwertigen Brennstoffes gelangen durch den Verbrennungsraum 21 unterhalb der inneren Kuppel 8 in den vergitterten Erhitzerschacht 4 und von hier über Abgassauger 24 in einen nicht dargestellten Schornstein der Anlage.
Während der Heisswindperiode gelangt die Kühlluft aus der zur Luftverteilung dienenden Rohrleitung 16 durch in den Rohren 14 vorgesehene Regelventile 25 in den Zwischenraum 11, wobei die Luftmenge durch ein Ventil 26 bzw. durch ein Flügelventil 27 in der Rohrleitung 16 geregelt werden kann.
Während der Kaltwindperiode wird das Ventil 26 abgeschlossen und ein Ventil 28 in der Rohrleitung 23 für die Regelung des Kaltwindes geöffnet. Nach Öffnen eines an die Rohrleitung 23 angeschlossenen Ventils 29 strömt der Kaltwind aus einer Ringleitung 30 am unteren Teil des Winderhitzers in einen unteren Teil des Erhitzerschachtes 4 unterhalb dessen Gitterung. Der durchströmende Kaltwind erwärmt sich an der Gitterung und gelangt nach Öffnen eines Ventils 32 in einer Heisswindleitung 31 zu einem nicht dargestellten Verbraucher. Der Kaltwind, dessen Menge durch das Ven-
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im Winderhitzer selbst.
Ein Hochleistungsbrenner 33 mit geteilter Flamme dient zum Verbrennen des Brennstoffes im Brennschacht 3.
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