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Einrichtung zum Erhitzen von Gasen und Dämpfen auf hohe Temperaturen
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Richtung erteilen.
Die erfindungsgemässe Einrichtung ist in zwei Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen näher erläutert. Fig. 1 zeigt die schematische Anordnung einer aus drei Regeneratoren bestehenden Winderhitzungsanlage mit einer zum Abgassammler parallelen Abzweigleitung, die einen Rekuperator enthält, und Fig. 2 die schematische Anordnung einer Anlage, die drei Regeneratoren und in der zum Abgassammler parallelen Abzweigleitung zwei Rekuperatoren enthält.
Die Brennschächte der Regeneratoren bzw. Cowper 1, 2 und 3 sind in den Zeichnungen als über den durch parallele Striche angedeuteten Gitterungen der Cowper angeordnete Verbrennungsräume 4,5 und 6 eingezeichnet 7, 8 und 9 sind die zugehörigen Brenner mit ihren Absperrschieber für den durch die Leitung 20 zugeführten Brennstoff und für die vom Verbrennungsluftventilator 19 gelieferte Verbrennungsluft. In dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Betriebszustand stehen die Cowper 1 und 3 auf Aufheizen und der Cowper 2 auf Wind bzw. Blasen. In diesem Zeitpunkt sind die Abgasschieber 13 und 15 offen und der Schieber 14 geschlossen. Der Warmwindschieber 17 ist offen und die Schieber 16 und 18 sind geschlossen. Der Heisswindschieber 11 ist offen und die Schieber 10 und 12 sind geschlossen.
Der Heisswind strömt über den Schieber 11 in die Heisswindsammelleitung 21 und über den Windmischapparat 22 in die Mischwindleitung 23 und durch diese weiter zum Hochofen. Die Abgase der Cowper 1 und 3 strömen über die Abgasschieber 13 und 15 in den Sammler bzw. Verteiler 30 ab.
Von diesem Verteiler können die Abgase zur Gänze oder zum Teil über den Essenkanal 31 direkt in die Esse 32 abströmen oder aber, wie in den beiden Figuren dargestellt, zur Gänze mittels des Saugzugventilators 33 und gegebenenfalls zusätzlich mittels des Umwälzventilators 34 über den Rauchgasmischapparat 35 bei der Ausführung nach Fig. 1 durch den metallischen Rekuperator 36 und bei der Ausführung nach Fig. 2 durch die beiden parallel geschalteten metallischen Rekuperatoren 37 und 38 durchgesaugt werden, wobei sie in dem bzw. in den Rekuperatoren den Hochofenwind vorwärmen. Den Umwälzgenerator 34 kann man vorsehen, wenn zu befürchten ist, dass die Eintrittstemperatur der Abgase vor dem Rekuperator bzw. den Rekuperatoren zeitweise zu hoch ansteigen kann.
In diesem Falle kann mit diesem Umwälzventilator ein Teil der gekühlten, aus den Rekuperatoren tretenden Abgase in den Verteiler 30 zurückgesaugt werden. Diese vermischen sich dann mit den von den Cowpern kommenden zu heissen Abgasen und kühlen sie auf eine für die Rekuperatoren zulässige Eintrittstemperatur ab. Bei der Ausführung nach Fig. 1 besteht auch die Möglichkeit, den Saugzugventilator 33 so gross zu bemessen bzw. seine Drehzahl auf eine solche Höhe regelbar zu machen, dass seine Förderleistung grösser wird, als sie für die Durchsaugung der von den Cowpern anfallenden Abgasmengen durch die Rekuperatoren erforderlich wäre. In diesem Falle wird ein Teil der Abgase über den Abgaskanal 31, den Verteiler 30, den Mischapparat 35 und den Rekuperator 36 umgewälzt werden. Es könnte in diesem Falle der Umwälzventialtor 34 entfallen.
Allerdings würde der durchschnittliche Betriebswirkungsgrad des Saugzugventialtors 33 wegen Überdimensionierung herabgedrückt werden, wenn die Umwälzung nur zeitweise notwendig sein sollte. Die Leitbleche 39 an der Einmündung der Druckleitung des Saugzugventilators in den Abgaskanal wird man, falls letzterer auch für die Umwälzung bemessen bzw. vorgesehen ist, drehbar machen und im Falle der Umwälzung entsprechend verstellen. Die Umwälzung durch den Umwälzventilator bzw. durch den Saugzugventilator und gegebenenfalls auch die Verstellung der Leitbleche 39 kann man auch automatisch durch einen
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Linien zu den Regelklappen 41 und 42 eingezeichnet sind.
Notfalls kann der Rekuperator vor zu hohen Temperaturen auch dadurch geschützt werden, dass die Ventilatoren 33 und 34 durch diese Temperaturregelung abgeschaltet und gegebenenfalls die Klappen 41 und 42 ganz geschlossen werden. Auch können die Leitbleche 39 in die geschlossene Stellung gebracht werden. Im Essenkanal ist eine mehrteilige Regelklappe 43 eingebaut, die normalerweise offen steht, durch die aber auch bei Abschaltung der Rekuperatoren der Zug geregelt werden kann. Man kann diese Klappe aber auch ganz schliessen, wenn die Abgasmengen bei entsprechend hohem Überdruck in den Brennschächten der Regeneratoren durch diese und die Rekuperatoren gedrückt werden sollen. Der Umwälzventilator 34 kann auch als Reserve oder zur Unterstützung des Ventilators 33 dienen.
Zu diesem Zwecke ist bei den beiden abgebildeten Ausführungen an die Druckleitung des Umwälzventilators 34 die Leitung 44, die in den Essenkanal 31 führt und im Bedarfsfalle durch den Schieber 45 geöffnet wird, vorgesehen. Der Hochofenwind wird in dem von einer Turbine 29 angetriebenen Windverdichter 28 auf den erforderlichen Druck gebracht und bei der Ausführung nach Fig. 1 bei geöffneten Schiebern 49 und 50 und bei geschlossenem Schieber 48 durch den Rekuperator 36 bzw. bei der Ausführung
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nach Fig. 2 bei geöffneten Schiebern 51,52, 53 und 54 und bei geschlossenem Schieber 48 durch die beiden Rekuperatoren 37 und 38 strömen und in denselben durch die Abgase der Cowper vorgewärmt und in der Leitung 46 über den Warmwindschieber 17 dem Cowper 2 zugeführt.
Der vom Cowper 2 kommende Heisswind wird im Windmischapparat 22 durch Zumischung von Kaltwind, der dem Mischapparat durch die Leitung 27 zugeführt und mittels der durch das Getriebe 25 verstellbaren Klappe 26 in Abhängigkeit der vom Temperaturfühler 24 kommenden
Impulse geregelt wird, auf die erforderliche Mischwindtemperatur gebracht. Die parallel zu den Re- kuperatoren 36 bzw. 37 und 38 geführte Umgehungsleitung 47 ist bei normalem Betrieb mit den
Rekuperatoren durch den Schieber 48 abgesperrt. Bei Betrieb ohne den Rekuperator 36 bzw. ohne die Rekuperatoren 37 und 38 ist dieser Schieber offen, während die Schieber 49 und 50 bzw. die
Schieber 51,52, 53 und 54 geschlossen sind. Auch werden in diesem Falle sämtliche Abgasleitungen zu den Rekuperatoren bzw. die Abgasschieber 45,55, 56, 57 und 58 geschlossen sein.
Zwischen Verteiler 30 und den Rekuperatoren ist ein Mischapparat 35 für die Abgase vorgesehen, in dem diese gut durchgemischt werden, falls sie, wie es z. B. bei einem Drei-Cowperbetrieb der Fall ist, von den auf Aufheizen stehenden Cowpern mit verschiedenen Temperaturen anfallen oder wenn zusätzlich in den Rekuperatoren abgekühlte Abgase umgewälzt werden. Der Mischapparat besteht im Prinzip aus einem äusseren, vorzugsweise längeren Mantelrohr oder aus einem Kanal, in dem ein oder mehrere Rohre koaxial angeordnet sind, wodurch der gesamte Strömungsquerschnitt des Mischapparates unterteilt wird. In den so entstehenden Teilräumen, die in der Folge als Hauptteilräume bezeichnet werden, sind Leitschaufeln angeordnet. Die Leitschaufeln haben die Form oder ungefähr die Form von Schraubenflächen.
Sie können auch aus mehreren, die Schraubenfläche approximierenden, z. B. ebenen Teilstücken bestehen. Die Leitschaufeln können sich über die ganze Länge eines solchen Hauptteilraumes erstrecken. Es können aber auch kurze Leitschaufeln verwendet werden, welche dann in der Längsrichtung mit oder ohne Abttände aneinandergereiht werden. Die Schraubenflächen haben in benachbarten Hauptteilräumen verschiedene Gangrichtung (sie sind rechts-bzw. linksgängig).
Die Leitschaufeln können so ausgeführt sein, dass sie die in benachbarten Hauptteilräumen strömenden Gase bis zum Austritt z. B. um 1800 gegeneinander drehen. Zu Fig. 2 ist weiter noch zu be- merken, dass bei dieser Ausführung zwei Rekuperatoren 37 und 38 vorgesehen sind, damit bei Ausfall eines derselben mit dem andern weiter gefahren werden kann. Auch sind die Gewichte derselben kleiner und daher sind sie leichter zu transportieren. Die Mittellinien Rekuperatoren liegen senkrecht zu der gemeinsamen Mittellinie bzw. der Flucht der Cowper. Eine solche Anordnung erscheint dann als sehr zweckmässig, wenn beim Hochofen, wie es die Regel ist, wenig Platz ist. Man kann dann die Rekuperatoren einfach auf einer Brücke bzw. auf Trägem quer über den Geleisen, die stets neben dem Hochofen liegen, anordnen.
Der Saugzugventilator 33 bekommt dann einen besonderen Blechkamin 63.
Als Vorteile der beschriebenen Erhitzungseinrichtung seien im nachstehenden angeführt :
Bei der erfindungsgemässen Einrichtung bleibt die übliche Grundschaltung und damit die Betriebssicherheit, wie sie bei den üblichen Regeneratorenanlagen. besteht, trotz Anfügung von zusätzlichen Rekuperatoren mit den dazugehörigen Einrichtungen grundsätzlich aufrecht. Die Verbilligung und die Erhöhung des Wirkungsgrades der Gesamtlänge, die sich durch die Kombination von Regeneratoren und Rekuperatoren ergibt, wird also ohne Preisgabe der Betriebssicherheit erreicht. So können z. B. ebenso wie bei normalen Regeneratorenanlagen die Druckwellen, die bei Verpuffungen und beim Entladen der auf Wind gestandenen Regeneratoren auftreten, direkt in die Esse gelangen.
Man kann bei der erfindungsgemässen Einrichtung in den Brennräumen der Regeneratoren beim Aufheizen auch mit einem so hohen Überdruck arbeiten, dass dadurch die Abgase durch die Rekuperatoren, bei geschlossener Regelklappe 43, gedrückt werden. Die Betriebssicherheit bleibt auch bei dieser Betriebsweise erhalten, wenn die Regelklappe 43 so ausgeführt und ausgestattet ist, dass sie bei Verpuffungen automatisch aufspringt bzw. bei den Umschaltungen von den auf Wind gestandenen Regeneratoren vorübergehend geöffnet wird. Da die ganze Regeneratorenanlage und die Rekuperatoren z.
B. bei der Erhitzung des Windes für Hochöfen für einen hohen Druck gebaut sind, ist es naheliegend, auch den Verteiler und die zusätzlichen Leitungen für die Abgase zu den Rekuperatoren entsprechend dicht bzw. druckfest auszuführen, so dass damit der Betrieb mit entsprechendem Überdruck beim Aufheizen möglich ist.
Da die Druckerhöhung der kalten Brennluft und eine etwa erforderliche kleine zusätzliche Druckerhöhung der Brennstoffes (Gas oder Öl), der normalerweise mit Überdruck anfällt, weniger Energie verbraucht als eine gleich hohe Druckerhöhung der heissen Abgase hinter den Rekuperatoren durch Saugzugeinrichtungen oder hohe Essen, ist in der Beschreibung und in den Ansprüchen auf eine solche Betriebsweise Rücksicht genommen.
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Man kann auch bei jeder der vorgesehenen Ausführungsarten beim Anfahren einer kalten Anlage bzw. eines kalten Regenerators und beim Umschalten eines auf Wind gestandenen Regenerators die Regelklappe 43 offnen und gegebenenfalls auch die zusätzlichen Strömungswege schliessen, so dass die ganzen Abgase über den Reserve- bzw. Notweg abströmen können. Ein weiterer Vorteil der erfin- dungsgemÅassen Einrichtung ist der, dass das Zusammenarbeiten von Regeneratoren und Rekuperatoren ermöglicht wird und dass dabei ein Speicherbetrieb, der z. B. in Hüttenwerken zur Unterbringung von Gasüberschüssen sehr erwünscht ist, ohne weiteres möglich ist. Es können nämlich die dabei auftretenden Abgasüberschüsse über den Reserve- bzw. Notweg abströmen.
Für die Rekuperatorenanlage besteht grössere Betriebssicherheit hinsichtlich zu hoher Eintrittstemperaturen der Abgase, da etwa auftretende Temperaturspitzen durch Umwälzen von gekühlten Abgasen abgefangen bzw. die Rekuperatoren jederzeit ohne Störung des Betriebes (Hochofenbetriebes) abgeschaltet werden können.
Es sei noch bemerkt, dass man auch nach Abschaltung der Rekuperatoren mit den Regeneratoren allein, die bei der erfindungsgemässen Einrichtung kleiner bemessen werden können, auf gleich hohe Temperaturen des zu erhitzenden Mediums kommen kann, wenn man dabei die Regeneratoren stärker heizt, die Umschaltzeiten kleiner hält und höhere Abgastemperaturen bzw. einen schlechteren thermischen Wirkungsgrad in Kauf nimmt. Es kann also der Betrieb auch ohne die Rekuperatoren weitergeführt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zum Erhitzen von Gasen und Dämpfen auf hohe Temperaturen mittels Regeneratoren und einem oder mehreren nachgeschalteten Rekuperatoren, wobei die eine ständig in Betrieb stehende Regeneratorenanlage, die beliebig viele, gegebenenfalls im phasenverschobenen Betrieb arbeitende Regeneratoren enthält, durchströmenden Abgase in einen Abgassammler bzw. Abgasverteiler geleitet werden, an den ein Strömungsweg angeschlossen ist, der über einen Rekuperator ins Freie führt, da-
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sind, von denen einer als Reserve- bzw. Notweg direkt ins Freie führt, während der oder die andern Strömungswege Rekuperatoren enthalten, und dass die gesamte Abgasmenge oder ein Teil davon aus dem Abgassammler wahlweise über den oder die einen Rekuperator enthaltenden Strömungsweg bzw.
Wege ins Freie geführt oder, zumindest teilweise, im Kreislauf in den Abgassammler zurückgeführt und über die Rekuperatoren umgewälzt oder-insbesondere im Störungsfall - direkt ins Freie geführt werden.
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