CH641552A5 - Vorrichtung zum kuehlen heisser abgase, insbesondere aus industrieoefen. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen heisser Abgase, insbesondere aus Industrieöfen, mit einem Abgasleitungsabschnitt, dessen Wand aus mit Flüssigkeit oder Dampf 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 Elektrostrahlherstellung, allgemein bekannt. Sie ermöglichen sowohl eine Nachverbrennung der verbrennbaren Abgasbestandteile als auch eine Kühlung der Abgase, was bereits in der prioritätsgleichen luxemburgischen Patentanmeldung 80034 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 Länge, etwa in der Grössenordnung von 15 m, nicht überschreiten. Andererseits wird auf dieser Strecke bzw. Länge des Abgasleitungsabschnittes eine Abkühlung der Abgase um mindestens 400° C angestrebt.

Daraus ergibt sich, dass aus energetischen Gründender Anteil an Kühlwirkung des wassergekühlten Abgasleitungsabschnittes 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 ggf. einen nutzbaren Energierückgewinn ermöglichen. Solche Kühlelemente stellen beispielsweise die Wandrohre des Abgasleitungsabschnittes dar.

Nun geschieht jedoch die Zufuhr der relativ kühlen Frischluft an der Peripherie der Abgasleitung an der Stelle des Eintrittes der Abgase in den Abgasleitungsabschnitt. Es bildet sich deshalb in letzterem eine Art von Schlauch, d. h. eine periphere Schicht von kühler Frischluft, aus, in welchem sich ein heisser Abgaskern befindet. Diese Strömungskonfiguration hat den doppelten Nachteil, dass die Durchmischung Luft/ Gas nur unvollkommen ist und deshalb unverhältnismässig grosse Luftmengen zur Abgasnachverbrennung notwendig sind, und dass die heissen Abgase entgegen dem angestrebten Zweck durch den Luftschlauch von der kühlenden Rohrwand des Abgasleitungsabschnittes ferngehalten 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 Gemischvolumen auf dem verhältnismässig kurzen Weg durch den Abgasleitungsabschnitt mit der kühlenden Wandung desselben optimal in Kontakt gebracht werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Kühlen heisser Abgase der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der infolge besserer Durchmischung von Zusatzluft und Abgasen sowohl eine Nachverbrennung bei verringerter Menge an Zusatzluft als auch eine bessere Abkühlung der Abgase erreicht wird und bei der der Anteil der aus den Abgasen rückgewonnenen Wärmeenergie vergrössert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass im Abgasleitungsabschnitt quer zur Abströmungsrichtung eingesetzte Register aus mehreren nebeneinanderliegenden Rohrschlangen angeordnet sind, und dass die Rohrschlangen der in Strömungsrichtung aufeinanderfolgenden Register in Querrichtung zueinander versetzt angeordnet sind.

Neben der gekühlten Rohre der Wandung des Abgasleitungsabschnittes sind also zusätzliche Kühlrohrregister vorgesehen, deren Rohrschlangen quer zur Abgasströmungsrichtung im Abgasleitungsabschnitt nebeneinanderliegen. Derartige Register aus Rohrschlangen sind als Wärmetauscher in einem Abgaskanal an sich zwar bekannt, z. B. aus US-PS 1853 684, US-PS 3134430 und DE-OS 2629612. 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 Register also allein als Wärmetauscher. Beim Anmeldungsgegenstand dagegen bewirken die Register zusätzlich eine bessere Durchmischung von Abgasen und Zusatzluft im Abgasleitungsabschnitt, so dass die ursprüngliche Strömungskonfiguration zerstört wird. Dadurch wird einerseits der Wärmeübergang zur gekühlten Wand des Abgasleitungsabschnittes wesentlich verbessert und andererseits eine effektivere Nachverbrennung mit weniger Zusatzluft erreicht. Gleichzeitig wird der Anteil der rückgewonnenen Wärmeenergie wesentlich gesteigert. Dieser Gesamteffekt wird darüber hinaus noch dadurch verstärkt, dass die Rohrschlangen der in Strömungsrichtung aufeinanderfolgenden Register in Querrichtung zueinander versetzt angeordnet sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 die Vorderansicht eines Abgasleitungsabschnittes mit in die Leitung eingeführten Registern,

Fig. 2 die Seitenansicht eines Schnittes A-B in Fig. 1.

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

Die Figur 1 zeigt einen Abgasleitungsabschnitt, z.B. eines elektrischen Lichtbogenofens, bestehend aus einem Rohrendstück 4, welches z. B. die stromwärtsseitige Extremität des Ofenkrümmers sein kann, einer Zusatzluftregelung 6 gemäss luxemburgischer Patentanmeldung 80 034 sowie einen dampf-oder wassergekühlten Abgasleitungsabschnitt 8, dessen Wand aus mit Kühlmitteln beschickten Rohren besteht, in welchen Register 10,12,14,16 in Form von dampf- oder flüssigkeitsge-kühlten Rohrschlangen 14k, 16k, 14k +1,16k + 1 aus aneinander anliegenden Rohren eingebaut sind, und zwar in Strömungsrichtung 18' der Gase mit hintereinander angeordneten Rohren und mit Abstand senkrecht zu dieser Richtung. Ein Luftspalt als Zusatzlufteinlass 18 gewährleistet die ständige Zufuhr eines Mindestquantums von Zusatzluft aus der Umgebung.

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Eine Regelung der Zusatzluft kann vorteilhafterweise durch das Regelorgan 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 in den Zusatzlufteinlass 18 einströmenden Kaltluft im Innern des Abgasleitungsabschnittes 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 Register 10,12,14,16 mit den dampf-, vorzugsweise wassergekühlten Rohrschlangen aus jeweiligen aneinander anliegenden Rohren. Jedes dieser Register besitzt einen Einlauf 26 und einen Auslauf 28, zwischen welchen das Kühlwasser mehrmals in den Rohrschlangen auf und ab (Fig. 1) zirkuliert. Eine Anzahl dieser Rohrschlangen sind bei jedem Register, z.B. dem Register 10, parallel an einen separaten Einlauf 10' und einen separaten Auslaufwasserkasten 10" angeschlossen. Diese parallele Anordnung einzelner Rohrschlangen ist auch aus Fig. 2 zu ersehen. Zweckmässig sind die Rohrschlangen zweier in Gasflussrichtung hintereinanderliegender Register

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versetzt angeordnet, wie dies aus den Bezeichnungen 14k, 16k, 14k + 1,16k + 1 einzeln herausgegriffener Rohrschlangen der Register 14 und 16 zu ersehen ist. Durch diese versetzte Anordnung wird der Kontakt der heissen Abgase mit den Kühlrohren 5 der Register optimiert.

Ausser einer direkten Kühlwirkung auf die durchströmenden Abgase wird auch eine gewisse Durchwirbelung der Gase angestrebt, wodurch nicht nur der Kontakt mit den Kühlrohren der Register selbst, sondern auch derjenige mit der Rohrwandung 10 des gekühlten Abgasleitungsabschnittes 8 verbessert wird, indem der weiter oben erwähnte Kaltluftschlauch durch Verwirbelung zerstört wird.

Wie aus den Zeichnungen ersichtlich ist, sind die Register einzeln, zweckmässigerweise von oben, in den Abgasleitungsab-15 schnitt 8 eingelassen und an einer gemeinsamen Grundplatte 30 befestigt. Eine Demontage der Register zwecks Wartung oder Reparatur, oder zwecks Reinigung des Abgasleitunsabschnittes 8 von Staubablagerungen kann somit problemlos durchgeführt werden. Zweckmässigerweise entsprechen die Register einer 20 Modul-Bauart und können je nach Abkühlungsanforderungen in der Einbauanzahl variiert werden. Bei Entfernung eines Registers ist eine Blinddeckel-Schliessung der Registeröffnung möglich.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

641 552 PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zum Kühlen heisser Abgase, insbesondere aus Industrieöfen, mit einem Abgasleitungsabschnitt, dessen Wand aus mit Flüssigkeit oder Dampf 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 mehreren nebeneinanderliegenden Rohrschlagen (14k, 16k, 14k +1,16k +1) angeordnet sind, und dass die Rohrschlangen der in Strömungsrichtung aufeinanderfolgenden Register in Querrichtung zueinander versetzt angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Register (10,12,14,16) einen separaten Wassereinlauf (10', 12', 14', 16') und einen separaten Wasserauslaufkasten (10", 12", 14", 16") aufweist, an welche die aus aneinander anliegenden Rohren bestehenden Rohrschlangen parallel angeschlossen sind.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Register (10,12,14,16) an einer gemeinsamen Grundplatte (30) befestigt sind, welche mit dem Abgasleitungsabschnitt (8) eine konstruktive Einheit bildet.