DD263785A1

DD263785A1 - ROEHRENOFEN

Info

Publication number: DD263785A1
Application number: DD30363787A
Authority: DD
Inventors: Peter Johst; Erhard Herzog
Original assignee: Schwermasch Liebknecht Veb K
Priority date: 1987-06-10
Filing date: 1987-06-10
Publication date: 1989-01-11

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Roehrenofen der chemischen Industrie zur Aufheizung und/oder chemischen Umwandlung von in den Rohren eines Rohrsystems gefuehrten Mediums. Erfindungsgemaess wird eine Erhoehung und Vergleichmaessigung des Waermeueberganges von dem heissen Rauchgas auf das Rohrsystem dadurch erreicht, dass die Strahlungszone nach oben durch eine feuerfeste Decke verschlossen ist. Die senkrechten Waende der feuerfesten Einmauerung sind mit einer Vielzahl kleiner Oeffnungen versehen, die in ein Kanalsystem in der feuerfesten Einmauerung muenden. Das Kanalsystem ist mit einem oder mehreren Abzuegen in Richtung der Konvektionszone oder eines Schornsteines versehen. FigurThe invention relates to a tube furnace of the chemical industry for heating and / or chemical conversion of guided in the pipes of a pipe system medium. According to the invention, an increase and comparison of the heat transfer from the hot flue gas to the pipe system is achieved in that the radiation zone is closed at the top by a refractory ceiling. The vertical walls of the refractory masonry are provided with a multiplicity of small openings which pass into a channel system in the refractory lining. The duct system is provided with one or more drawers in the direction of the convection zone or a chimney. figure

Description

Titel der Erfindung RöhrenofenTitle of the Invention Tube furnace

Field of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf einen Röhrenofen für die 'chemische Industrie« der zur Aufheizung und/oder chemischen Umwandlung von in den Rohren eines Rohrsystem geführton Medien dient» Die Aufheizung und/oder chemische Umwandlung erfolgt dabei durch Verbrennung eines Brennstoffes in der Strahlungszone des Röhrenofens·The invention relates to a tube furnace for the 'chemical industry' which serves for heating and / or chemical conversion of media conveyed in the tubes of a pipe system. The heating and / or chemical conversion takes place by combustion of a fuel in the radiation zone of the tube furnace.

Characteristic of the known state of the art

In Röhrenöfen sind allgemein Rohrsysteme in verschiedener Anordnung in einer oder mehreren Reihen an den Wänden oder in der Nähe der Wände in der Strahlungszone angeordnet· Durch die Verbrennung eines Brennstoffes im zentralen Teil der Strahlungszone werden heiße Rauchgase erzeugt, die ihre Wärme überwiegend durch Strahlung an die Rohre und damit an das darin geführte Medium abgeben· Diese heißen Rauchgase werden eus dem oberen Teil der Strahlungszone direkt nach oben oder seitlich, vorzugsweise durch eine Konvektionszone, dom Schornstein zugeführt· Die Aueführung von Röhrenöfen hat aber den Nachteil, daß die Wärmebelastung des Rohrsyatems - auf den Umfang der einzelnen Rohre gesehen - sehr unterschiedlich ist· Die dem Strahlungsraum zugewandte Seite der Rohre ist thermisch hochbelascet und die der Wand zugewandte Rückseite unterliegt einer weit geringeren Wärmebelastung· Weiterhin besteht eine unterschiedliche Wärmebeaufschiagung der Rohre in Abhängigkeit von deren Abstand von den Brennern· Dadurch ergibt sich eine ungleichmäßige Aufheizung des in den Rohren geführten Mediums.In tubular furnaces, pipe systems are generally arranged in various arrangements in one or more rows on the walls or in the vicinity of the walls in the radiation zone. The combustion of a fuel in the central part of the radiation zone generates hot flue gases which dissipate their heat predominantly by radiation Pipes and thus to the medium guided therein · these hot flue gases are fed from the upper part of the radiation zone directly upwards or laterally, preferably through a convection zone, to the chimney · The execution of tubular furnaces has the disadvantage, however, that the heat load of the pipe system - seen on the circumference of the individual tubes - is very different · The radiation chamber facing side of the tubes is thermally highly loaded and the wall facing the rear side is subject to a much lower heat load · Furthermore, there is a different Wärmeaufschiagung the tubes as a function of their distance from the burners · This results in an uneven heating of the guided in the tubes medium.

Bekannt ist ein Röhrenofen, bei dem ein Rohrsystem wandfern in der Strahlungszone angeordnet ist. Dazu sind in den Seitenwänden der Strahlungszone wechselseitig gegenüber Brenner dicht über dem Boden angeordnet, deren Achsen spitzwinklig auf den Boden gerichtet sind. Durch diese Anordnung soll eine Erhöhung der Oberflächentemperatur dee Ofenbodene und der Seitenwände erzielt werden, um so den Wärmeübergang auf das Rohrsystem zu erhöhen, eine verstärkte Zirkulation der heißen Rauchgase in der Strahlungszone zu erreichen und damit den Wärmeübergang auf den Rohrumfang gesehen zu vergleichmäßigen. Die Strahlungszone geht dabei ohne Unterbrechung in die Konvektionszone über, (SU-PS 384 857)A tube furnace is known in which a pipe system is arranged away from the wall in the radiation zone. For this purpose, in the side walls of the radiation zone mutually opposite burners are arranged close to the ground, whose axes are directed at an acute angle to the ground. By this arrangement, an increase in the surface temperature dee furnace floors and the side walls should be achieved, so as to increase the heat transfer to the pipe system, to achieve increased circulation of the hot flue gases in the radiation zone and thus to equalize the heat transfer to the pipe circumference. The radiation zone passes without interruption into the convection zone, (SU-PS 384 857)

Der Nachteil der Erfindung liegt aber gerade in der starken Erwärmung des Ofenbodens und des unteren Teiles der Seitenwände, die zu einer stark ungleichen Strahlungsbelastung des unteren Rohrsystembereiches in der Strahlungszone führen· Weiterhin ergibt sich der Nachteil, daß diese Ausführung zu großen Unterschieden zwischen den Wandtemperaturen und gleichzeitig auch der Strömungsintensität der heißen Rauchgase zwischen dem unteren Strahlungszonenbereich verglichen mit dem oberen Bereich führt.However, the disadvantage of the invention lies precisely in the strong heating of the furnace bottom and the lower part of the side walls, which lead to a greatly uneven radiation load of the lower pipe system area in the radiation zone · Furthermore, there is the disadvantage that this design to large differences between the wall temperatures and at the same time also the flow intensity of the hot flue gases between the lower radiation zone area leads compared to the upper area.

Nachteilig bei dieser Ausführung ist es auch, daß für das wandferne Rohrsystem eine umfangreiche zunderfreie Stützkonstruktion erforderlich ist. Hinzu kommt als weiterer Nachteil, daß für die besonders stark erhitzten Teile der Strahlungszone (Boden und untere Seitenwände) zusätzliche Maßnahmen zur Wärmeisolation getroffen werden müssen.A disadvantage of this design, it is also that an extensive scale-free support structure is required for the remote wall pipe system. In addition, as a further disadvantage that additional measures for heat insulation must be taken for the particularly heavily heated parts of the radiation zone (bottom and lower side walls).

Bekannt ist ferner aus dem Metallurgieofenbau das Prinzip der inneren Rekuperation der Wärme, das den Effekt der Erhöhung der Oberflächentemperatur des Einmauerungsmaterials durch Abzug der Rauchgase durch perforierte Wände nutzt. Dabei sind im Rekuperationsoferi in den Wänden und in der Decke Abgasöffnungen vorgesehen, durch die das Abgas in darunterliegende Kanäle oder Gewölbe strömt und aus diesen anschließend in den Schornstein geleitet wird. (Buch: Brunklaus; "Industrieöfen-Bau und Betrieb", Vulkan-Verlag, Essen, 1979, S. 728)It is also known from the Metallurgieofenbau the principle of internal recuperation of heat, which uses the effect of increasing the surface temperature of the Einmauerungsmaterials by deducting the flue gases through perforated walls. Exhaust ports are provided in Rekuperationsoferi in the walls and in the ceiling, through which the exhaust gas flows into underlying channels or vaults and then passed from these into the chimney. (Book: Brunklaus, "Industrial Furnaces Construction and Operation", Vulkan-Verlag, Essen, 1979, p. 728)

Dieses Prinzip der inneren Rekuperation iet xwar för Metallurgie-Öfen ohne innere Einbauten durchaus verwendbar; eine Anwendung im Röhranofenbau konnte jedoch bisher nicht erfolgen« da die Anordnung einee produktdurchströmten Rohrsystem», das mit Hilfe von durch die Einmauerung geführten Halterungselementen befestigt 1st, der Gestaltung einee rauchgasseitig geschlossenen Strahlungsraumes hindernd entgegensteht.This principle of internal recuperation was perfectly applicable to metallurgy furnaces without internal internals; However, an application in Röhranofenbau could not be done so far "because the arrangement of a product flow through the pipe system", which is fixed by means of guided by the Einmauerung support elements, the design of a smoke-gas side closed radiation chamber precludes hindering.

Zur Verbeeeerung der Wärmeverteilung auf das Rohrsystem und einer VergleichmäSigung der Wärmebelaetung auf den Rohrurafa/ig wurden Vergrößerungen des Rohrabetandes der Rohre untereinander oder in Bezug auf den IVandabstand realisiert oder ee wurde eine Strömuncj8b.eeinflusöung in der Strahlungezone in Verbindung mit enteprechender Brenneranordnung vorgesehen« Sc ist auch ein Röhrenofen bekannt, bei dem zontr:lsch in der Strahlungszone eine Vielzahl von Rohren vertikal und parallel zu den Seitenwänden angeordnet ist· In der Nähe des Bodens und gegebenenfalls in den Seitanwänden sind Brenner so angeordnet, daß sie das Heizgas aufwärts in die Strahlungszcne führen· Dadurch soll das Heizgas in der Strahlungszone intensiv verwirbalt werden und die zentrischen Rohre allseitig gleichmäßig umströmen· Anschließend wird das Heizgas aus der Strahlungszone frei durch einen Kanal großen Querschnittes in die Konvektionszone geleitet· (OD-PS 200 677)To augment the heat distribution to the pipe system and to compare the heat load on the pipe armature, enlargements of the pipe cross-section of the pipes with each other or with respect to the distance between them were realized or a flow in the radiation zone was provided in connection with the burner arrangement Also known is a tube furnace in which a plurality of tubes are arranged vertically and parallel to the sidewalls in the radiation zone. In the vicinity of the bottom and optionally in the side walls, burners are arranged so that they lead the heating gas upwards into the radiation zone This should intensify the heating gas in the radiation zone and circulate the centric tubes uniformly on all sides. Subsequently, the heating gas from the radiation zone is conducted freely through a channel of large cross-section into the convection zone (OD-PS 200 677).

Diese Ausführung hat aber den Nachteil, daß der insgesamt für die Wärmebehandlung des Rohrmediums zur Verfügung stehende Rohr·· querschnitt im Verhältnis zur Gesamtfläche der Strahlungszone sehr ungünstig ist· Diese Ausführung erfordert also sehr hohe Investkosten für die Anlage· Hinzu kommt auch bei dieser Lösung, daß trotz der Verwirbelung des Heizgases in der Strah«·· lungszone eine ungleiche Strahlungsbelastung der unteren und oberen Bereiche des Rohrsystems gegeben ist·However, this embodiment has the disadvantage that the overall pipe cross-section available for the heat treatment of the pipe medium is very unfavorable in relation to the total area of the radiation zone. This embodiment therefore requires very high investment costs for the installation. that, despite the turbulence of the heating gas in the radiation zone, there is an unequal radiation load on the lower and upper regions of the pipe system.

Object of the invention

Ons Ziel der Erfindung ist es, einen Röhrenofen zu schaffen, der bei gleichbleibender Brenner- bzw« Heizleistung eine erhöhte Wärmeausbeute für das aufzuheizende Rohrraummedium in der Strahlungszone gestattet und damit zu einer Brennstoffeinsparung führt.Ons object of the invention is to provide a tube furnace, which allows a constant heat output for the heated pipe space medium in the radiation zone with constant burner or «heating power and thus leads to a fuel saving.

Dabei ist es weiterhin das Ziel der Erfindung, die Wärmebelastung des Rohrraaterials aller Rohrsystemabschnitte zu vergleichmäßigen und zur Schonung des aufzuheizenden Produktes die Erreichung bzw* Einhaltung der vorgeschriebenen Aufheiztemperatur für das Rohrmedium zu verbessern·It is further the object of the invention to equalize the heat load of Rohrraaterials all pipe system sections and to protect the product to be heated to achieve or * compliance with the prescribed heating temperature for the pipe medium to improve ·

Explanation of the essence of the invention

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine möglichst gleichmäßige und erhöhte Oberflächentemperatur der umgebenden Wände der fStrahlungszone zu erreichen und den Wärmeübergang durch Strahlung auf die Rohre des Rohrsy3tems auf dem gesamten Rohrumfang gleichmäßig zu gestalten.An object of the invention is to achieve the most uniform and increased surface temperature of the surrounding walls of the f radiation zone and to make the heat transfer by radiation to the tubes of the Rohrsy3tems on the entire pipe circumference uniform.

Der Erfindung liegt gleichzeitig die technische Aufgabe zugrunde, einen Röhrenofen zu schaffen, bei dem in der Strahlungszone eine gleichmäßige Rauchgasgeschwindigkeitsverteilung erreicht wird ohne eine Strömungsbeeinflussung durch Impuls oder Rezirkulation vornehmen zu müssen.The invention is also the object of the invention to provide a tube furnace, in which a uniform flue gas velocity distribution is achieved in the radiation zone without having to make a flow control by impulse or recirculation.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß die Strahlungszone oben durch eine feuerfeste Decke verschlossen ist und die senkrechten Wände der feuerfesten Einmauerung mit einer Vielzahl kleiner öffnungen versehen sind, die in ein Kanalsystem in der feuerfesten Einmauerung münden und das Kanalsystem mit einem oder mehreren Abzügen in Richtung der Konvektionszone oder eines Schornsteines versehen ist.According to the invention this is achieved in that the radiation zone is closed at the top by a refractory ceiling and the vertical walls of the refractory lining are provided with a plurality of small openings which open into a channel system in the refractory lining and the channel system with one or more prints in the direction the convection zone or a chimney is provided.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Offnungen mit anschließendem Kanalsystem nur in rohrbelegten Wänden vorgesehen sind.In a further embodiment of the invention it is provided that the openings are provided with subsequent channel system only in tubular walls.

Nach einer anderen Ausbildung der Erfindung kann die feuerfeste Decke teildurchläeeig ausgeführt sein« Eine besondere Ausfuhrung der Erfindung ergibt sich dadurch, daß oberhalb der feuerfesten Decke ein vorzugsweise unberohrter Abgas-Sammelraum vorgesehen ist·According to another embodiment of the invention, the refractory ceiling can be carried out teilildurchläeeig «A special embodiment of the invention results from the fact that above the refractory ceiling, a preferably non-vented exhaust gas collecting space is provided ·

Durch die erfindungegemöße Gestaltung eines Röhrenofens ergeben sich folgende hauptsächliche Vorteile:The inventive design of a tube furnace results in the following main advantages:

- verstärkte Aufheizung der feuerfesten Einmauerungsoberfläche und damit verstärkte Rückstrahlung von Wärme auf die der 'feuerfesten Einmauerung zugewandte Seite der Rohre des Rohrsystems,- Increased heating of the refractory masonry surface and thus increased re-radiation of heat on the 'refractory Einmauerung facing side of the pipes of the pipe system,

- gleichmäßiger Abzug der Rauchgase über die Gesamtfläche der senkrechten Wände der feuerfesten Einsäuerung und damit vergleichmäßigte Temperaturverteilung und Wärmeübertragung durch Strahlung und Konvektion auf die Rohre des Rohrsystems in der Strahlungszone,uniform evacuation of the flue gases over the total area of the vertical walls of the refractory acidification and thus uniform temperature distribution and heat transfer by radiation and convection to the tubes of the pipe system in the radiation zone,

- Einsparung von Energie für den Betrieb des Röhrenofens bei gleicher oder verbesserter Heizleistung,- saving energy for the operation of the tube furnace with the same or improved heating power,

- Einsparung von material für das Rohrsystem infolge der verbesserten Auslastung- Saving material for the pipe system due to the improved utilization

embodiment

Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment.

Die zugehörige Zeichnung zeigt einen Vertikalschnitt durch einen Röhrenofen mit erfindungsgemäß gestalteter Strahlungszone·The accompanying drawing shows a vertical section through a tube furnace with radiation zone designed according to the invention.

Der Röhrenofen wird in seinen Hauptteilen gebildet aus einer Strahlungszone 1 mit einer darüber angeordneten Konvektionszone 2 und anschließendem Schornstein 3. Die Sfahlungszone ist an ihren Wänden mit einer feuerfusten Einmauerung 4 und oben mit einer feuerfesten Decke 5 versehen. Die feuerfeste Einmauerung 4 ist an ihrer Innensaite mit einer Vielzahl kleiner Öffnungen 6 versehen, die in ein Kanalsystem 7 innerhalbThe tube furnace is formed in its main parts of a radiation zone 1 with a convection zone 2 arranged above and subsequent chimney 3. The Sfahlungszone is provided on its walls with a fire-resistant lining 4 and above with a refractory ceiling 5. The refractory lining 4 is provided on its inner string with a plurality of small openings 6, which in a channel system 7 within

der feuerfesten Einmauerung 4 münden· Dieses Kanalsystem 7 besitzt Abzüge 8, die in einen Abgae-Sammelraum 9 oberhalb der feuerfesten Decke 5 münden. Vom Abgas-Sameieiraum 9 erfolgt die Abgasableitung über die Konvektionszone 2 in den Schornstein 3.the refractory lining 4 open · This channel system 7 has deductions 8, which open into a Abgae-collecting space 9 above the refractory ceiling 5. From the exhaust gas seedling chamber 9, the exhaust gas is discharged via the convection zone 2 into the chimney 3.

I_n der Strahlungszone 1 sind an den Wänden vor der feuerfesten Einmauerung 4 die Rohre des Rohrsystems 10 und am Boden ein oder mehrere Brenner 11 angeordnet·I _n the radiation zone 1, the tubes of the tube system 10 and at the bottom are on the walls before the refractory walling 4 or more burners disposed · 11

Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Röhrenofens ist folgende:The operation of the tube furnace according to the invention is the following:

Durch die Brenner 11 werden Flammen und in Folge davon wird heißes Rauchgas erzeugt· Infolge der Abdeckung der Strahlungezone 1 mit der feuerfesten Decke 5 wird das heiße Rauchgas gezwungen, unter konvektiver Wärmeabgabe vorbei an den Rohren des Rohrsystems 10 durch die gleichmäßig verteilten Offnungen 6 in das Kanalsystem 7 in der feuerfesten Einmeuerung 4 zu strömen· Dieses Kanalsystom 7 mündet über Abzüge 8 in den Abgas-Sammelraum 9· Von hier strömt das Rauchgas in die Konvektionszone 2 und danach in den Schornstein 3.As a result of the covering of the radiation zone 1 with the refractory ceiling 5, the hot flue gas is forced, convective heat dissipation past the pipes of the pipe system 10 through the evenly distributed openings 6 in the This channel system 7 discharges via fume hoods 8 into the exhaust gas collecting chamber 9. From here, the flue gas flows into the convection zone 2 and then into the chimney 3.

Dabei erwärmen sich alle inneren Oberflächenberaiche der Strahlungszone 1 und geben verstärkt Wärme durch Strahlung an das Rohrsystem 10 ab* Gleichzeitig wird dabei eine vergleichmäßigte Strömung der heißen Rauchgase im gesamten Bereich des Rohrsystems 10 durch die dahinterliegenden Öffnungen 6 und eine entsprochende konvektive Wärmeübertragung erreicht.At the same time a uniform flow of the hot flue gases in the entire region of the pipe system 10 through the underlying openings 6 and a corresponding convective heat transfer is achieved.

Dieser Effekt tritt in beschriebener Weise in Röhrenöfen mit einer Strahlungszone ©in. I_n einer dich anschließenden Konvektionszone kann die weitere Nutzung der Wärme des Rauchgases erfolgen, dessen Temperatur bereits vergleichsweise niedriger liegt ale bei Ofen ohne innere Rekuperation.This effect occurs in the manner described in tube ovens with a radiation zone © in. I _n an up subsequent convection further use of the heat of the flue gas can be carried out, the temperature is already relatively low ale at oven without internal recuperation.

Claims

claims

1 »tube furnace with a Strahlunge- and possibly a convection zone for heating and / or chemical conversion of a medium flowing in a pipe system and heating primarily by gas or oil burners, the pipe system is arranged in front of the walls of the radiation zone and the Abgasabfuhrunq by» openings in the walls, characterized in that the radiation zone (1) is closed at the top by a fireproof ceiling (5), that the vertical walls of the refractory lining (4) are provided with a multiplicity of small openings (6) into a channel system (7) in the refractory lining (4), and that the channel system (7) is provided with one or more fume hoods (8) in the direction of the convection zone (2) or a chimney (3)

2. tube furnace according to claim 1, characterized in that the openings (5) with subsequent channel system (7) are provided only in rohrbelegtert walls.

3. tube furnace according to claim 1 or 2, characterized in that the refractory dock (5) is made partially permeable.

4. tube furnace according to claim 1, 2 or 3, characterized in that above the refractory ceiling (6) a preferably unaffected exhaust-collecting space (9) is provided

- This includes 1 sheet of drawings -