DE1012722B - Anordnung der zum Erhitzen von Verbrennungsluft erforderlichen Heizflaechen bei mitschwankender Abgasmenge arbeitenden Industrieoefen mit nachgeschaltetem Dampferzeuger - Google Patents

Description

DEUTSCHES

In vielen Fällen müssen bei Dampf kesselanlagen in ihrer Menge stark schwankende Mittel, z. B. Luft, auf eine gleichmäßige Temperatur aufgewärmt werden. Dieses gilt sowohl für die Verbrennungsluft der eigenen Feuerung als auch für etwaige mitangeschlossene andere, mit Heißluft betriebene industrielle Anlagen, wie Heizungen usw. Auch bei Dampfkesseln, die mit verschiedenen Feuerungen zum Verbrennen von z.B. Gichtgas in Kombination mit Kohlenstaub, öl oder Sulfitlaugen usw. ausgerüstet sind, treten ganz erhebliche Schwankungen in der erforderlichen Verbrennungsluft ein.

Noch erheblich komplizierter gestalten sich diese Fälle bei Abhitzekesseln hinter Industrieöfen. Die wärmeaufnehmenden Heizflächen hinter solchen öfen bestehen zumeist aus einem Dampferzeuger, einem Speisewasservorwärmer sowie einem Lufterhitzer, der die Verbrennungsluft für die Feuerung des Industrieofens erwärmt. Bei diesen öfen wird in den meisten Fällen angestrebt, die Temperatur der Feuergase konstant zu halten. Dies ist einerseits notwendig, um das eingesetzte zu schmelzende oder zu erhitzende Gut vor Schäden zu bewahren, die durch die Überhitzung oder Unterkühlung entstehen können, andererseits um die der Ofenanlage nachgeschalteten Heizflächen vor Korrosionen zu schützen, die bei Taupunktunterschreitung der meist aggressiven Feuergase auftreten können.

Die Regelung erfolgt in den meisten Fällen mittels Drittluft, d.h., zu der im Lufterhitzer erwärmten Luft wird Kaltluft beigemischt. Mit Rücksicht auf den für die Verbrennung erforderlichen Luftüberschuß muß der Anteil der Warmluft gedrosselt werden. Dieser Anteil macht oft bis zu 50% und mehr aus. Das würde bedeuten, daß in dem Lufterhitzer z. B. nur die halbe Menge aufzuwärmen wäre.

Aus den voraufgeführten Beispielen folgt, daß die Luftaufwärmung auf die gewünschte Temperatur bei der kleineren Menge nicht mehr erreicht wird, daß die Rauchgastemperatur im Aggregatende ansteigt und die Wirtschaftlichkeit der Anlage, die durch den CO₂-Gehalt und die Temperatur der Abgabe bestimmt wird, leidet.

Es wurden daher Maßnahmen erforderlich, mit denen es ermöglicht wird, stets die gleiche Heißlufttemperatur und eine gleichbleibende Abgastemperatur am Aggregatende bei veränderlicher Gasmenge und bei veränderlicher Luftmenge zu erzielen.

Es ist bereits bekannt, z. B. bei Dampfkesseln mit größerer Speicherfähigkeit die dem Wasservorwärmer zuströmenden Rauchgase teilweise zu drosseln oder sie durch einen Umführungskanal völlig abzuleiten und zugleich die dem Lufterhitzer zugeführte Rauchgasmenge beizubehalten. Diese Anordnung gestattet Anordnung der zum Erhitzen von
Verbrennungsluft erforderlichen Heizflächen bei mit schwankender Abgasmenge

arbeitenden Industrieöfen mit
nachgeschaltetem Dampferzeuger

Anmelder:

Walther & Cie. Aktiengesellschaft,
Köln-Dellbrück, Waltherstraße

Hans Jürgen Herrenberger, Köln-Dellbrück,
ist als Erfinder genannt worden

jedoch nicht, bei stark variabler Rauchgasmenge die Heißluft- und Abgastemperatur konstant zu halten.

Ferner ist es bei Kesselfeuerungen bekannt, den Abgaskanal in der Breite zu unterteilen, in den breiten Teil den Lufterhitzer für den Unterwind sowie den Speisewasservorwärmer und in den schmalen Teil den Zusatzlufterhitzer einzubauen. Diese Anordnung gibt ebenfalls keine Möglickkeit, bei variabler Rauchgasmenge praktisch gleichbleibende Abgas- und Heißlufttemperaturen aufrechtzuerhalten.

Im übrigen ist es bei Dampfkraftanlagen bekannt, bei denen mit hohen Eintrittstemperaturen in dem die Heißluft- und Speisewasservorwärmer enthaltenden Zug gearbeitet wird, die Vorwärmer aufzuteilen und in bestimmter Reihenfolge anzuordnen, um möglichst den billigeren Werkstoff Gußeisen verwenden zu können. Diese Anordnung bezweckt nicht, bei stark

' schwankender Abgasmenge gleiche Abgas- und Heißlufttemperaturen aufrechtzuerhalten, sondern bei guter Wärmeausnutzung die Anlagekosten herabzudrücken. Der Erfindung liegt hingegen das Problem zugrunde, bei einer Heizanlage mit stark schwankender Luftmenge eine konstante Luftaufwärmung und konstante Abgastemperatur beizubehalten.

Der Erfindungsgedanke geht davon aus, die einzelnen Lufterhitzerpakete so in den Abgasstrom anzuordnen, daß sie gasseitig zwar hintereinander, luftseitig dagegen teilweise hintereinander oder parallel geschaltet werden können, wobei als Regelorgan ein Speisewasservorwärmer zu Hilfe genommen wird, der die in den Abgasen noch enthaltene überschüssige Wärme nutzbar macht.

Wird eine größere Luftmenge, beispielsweise 22 000 Ncbm/h, durch den Lufterhitzer geleitet, dann

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werden durch entsprechende Einstellung der Klappen jeweils zwei Luftvorwärmerpakete parallel durchströmt, dabei ist der vorgezogene Speisewasservorwärmer, der zwischen Vor- und Nachschaltteil des Lufterhitzers angeordnet ist, eingeschaltet. Der am Kesselende eingebaute Speisewasservorwärmerteil wird rauchgasseitig abgeschaltet. Wird eine kleinere Luftmenge, beispielsweise 11000 Ncbm/h, durch den Lufterhitzer gesetzt, so reicht der Vorschaltteil des werden, dann kann durch entsprechende Umstellung von Absperrklappen die zu erhitzende Luft durch hintereinandergeschaltete Lufterhitzerpakete geleitet werden, wo sie infolge des langen Weges und der hohen Geschwindigkeit eine große Wärmemenge und damit eine hohe Temperatur annimmt. Wird dagegen, trockener Brennstoff verfeuert und dementsprechend Luft von niedrigerer Temperatur benötigt, so werden die Absperrorgane so eingestellt, daß jeweils zwei

Lufterhitzers aus, um die Aufwärmung der Luft auf 10 Lufterhitzerpakete parallel arbeiten, wobei dann der die gewünschte Temperatur zu erreichen. Durch ent- Heizweg nur die Hälfte beträgt und auch die Gesprechendes Einstellen der Regelklappen werden die
einzelnen Pakete des Vorschaltluftvorwärmers hinter-

einandergeschaltet, um die Luft auf eine angemessene schwindigkeit, da es sich um die gleiche Luftmenge handelt, entsprechend geringer wird. Es wird also von der Luft eine geringere Wärmemenge aufgenommen,

Geschwindigkeit zu bringen. Der Nachschaltluftvor- 15 der Rest wird den Abgasen von dem dem Lufterhitzer

wärmer ist somit luftseitig abgeschaltet, bleibt jedoch als unbeaufschlagte Heizfläche im Rauchgasstrom liegen. Durch Einschalten des Speisewasservorwärmerteils am Aggregatende werden die Rauchgase wieder auf die gewünschte Temperatur abgekühlt. Hierbei ist eine weitere Regelbarkeit insofern vorhanden, daß bei stark schwankenden Rauchgasmengen auch nur ein Teil der Abgase vor ihrer Wiedervereinigung durch den Speisewasservorwärmer zu strömen braucht, während der andere Teil bereits k

hinter dem Lufterhitzer die Anlage verläßt.

nachgeschalteten Speisewasservorwärmer entzogen, um die Temperatur der Abgase beim Verlassen der Anlage konstant zu halten. Hierbei ist auch wiederum eine weitere Regelbarkeit insofern vorhanden, als nur ein Teil der Abgase vor ihrer Wiedervereinigung durch den Speisewasservorwärmer zu strömen braucht, während der andere Teil bereits direkt hinter dem Lufterhitzer die Anlage verläßt. Der hinter dem Lufterhitzer angeordnete Speisewasservorwärmer direkt 25 dient somit nur als Regelorgan für die Abgastemperatur, für die eigentliche Wasservorwärmung .,dient

Die vorstehend vorgeschlagene Schaltung kann ein zwischen zwei Lufterhitzern angeordneter, ständig

auch für folgende Verhältnisse Anwendung finden: von Rauchgasen beaufschlagter Speisewasservor-

Bei Kesselanlagen mit verschiedenen Feuerungen, wärmer, der die Aufwärmung des Speisewassers auf

beispielsweise für die Verbrennung von Kohle oder 30 die notwendige Mindesttemperatur vornimmt.

Öl in Kombination mit Gichtgas, strebt man mit Rücksicht auf die Gasfeuerung eine hohe Luftaufwärmung von 400 bis 500° an. Bei bestimmten Feuerungen, z. B. einer Ölfeuerung, ist wegen der Verkokungsgefahr nur eine Lufttemperatur von höchstens 300° gestattet. Hieraus ergibt sich, daß es für die Wirtschaftlichkeit einer Anlage von Vorteil ist, auch die Temperatur der Verbrennungsluft zu variieren.

Ähnliche Forderungen werden auch oft an Abhitzekessel hinter Industrieöfen gestellt.

Da die Feuerungsleistung eines solchen Ofens in starkem Maße je nach der Größe der eingesetzten Charge oder der Intensität des Schmelzprozesses erheblich schwankt, sind auch die durch die Feuerung entwickelten Rauchgasmengen sehr verschieden, so daß die Wärmeaufnahme der nachgeschalteten Heizflächen ebenfalls starken Schwankungen unterworfen ist. Dadurch wird die Temperatur der vorgewärmten Luft sehr unterschiedlich, es mußten daher Möglichkeiten gesucht werden, die Lufttemperatur in bestimmtem Umfang zu beeinflussen.

Die Ofentemperatur wird ferner in weitem Maße von dem Feuchtigkeitsgehalt des zu verfeuernden Brennstoffes beeinflußt, insbesondere dann, wenn Die Zeichnung zeigt in

Abb. I einen Längsschnitt durch einen Abhitzekessel mit nachgeschalteten Heizflächen, Abb. II einen Querschnitt durch den Abhitzekessel,

Abb. III einen Querschnitt durch die Nachheizflächen,

Abb. IV die Anordnung der Nachheizflächen im Abgasstrom und

Abb.'V und VI die jeweiligen Schaltmögliclikeiten.

Die aus dem Rauchgaskanal 1 aus dem Industrieofen austretenden heißen Rauchgase gelangen zunächst in die mit Rohren ausgekleidete Strahlkammer 2, die durch eine Zwischenwand 3 in einen auf- und einen abwärts gehenden Zug unterteilt ist. Nach Verlassen dieser Strahlkammer treten die Rauchgase in das die Obertrommel 4 mit der Untertrommel 5 verbindende Röhrenbündel 6 ein, das ebenfalls, und zwar durch die Zuglenkwand 7, in zwei Züge unterteilt ist. Die Nachschaltheizfläche besteht im ersten Teil aus den Luftvorwärmerpaketen 8, denen ein Speisewasservorwärmerpaket 9 folgt. Dieses Paket dient zur ständigen Vorwärmung des Speisewassers für den Dampferzeuger und ist nicht aus dem Rauchgasstrom abschaltbar. Es folgen dann im zweiten Teil

Brennstoffe mit hohem Wassergehalt, z. B. Braun- 55 abermals Lufterhitzerpakete 10, denen wiederum ein

kohle, zur Verfeuerung gelangen. Es ist, sofern die Schmelztemperatur konstant gehalten werden soll, notwendig, die Temperatur der Luft zu variieren, und zwar so, daß bei hohem Feuchtigkeitsgehalt mit hochtemperierter Luft gefahren wird, während bei trockener Kohle die Feuerung bereits mit Luft geringerer Temperatur ihr Auskommen findet.

Es wurde bereits vorgeschlagen, die im Lufterhitzer erwärmte Luft durch Mischen mit Kaltluft auf die gewünschte Temperatur zu bringen. Dieses hat aber den Nachteil, daß entweder die Verbrennungsluftmenge unterschiedlich ist oder, falls diese gleichgehalten wird, die Abgastemperatur Werte verschiedener Höhe aufweist. Soll z. B. feuchter Brennstoff Speisewasservorwärmerpaket 11 nachgeschaltet ist. Letzteres ist aus dem Rauchgasstrom abschaltbar, und zwar durch Schließen der Rauchgasklappen 12 und öffnen der Rauchgasklappen 13. Die Lufterhitzerpakete, die durch Verbindungsleitungen 14 miteinander verbunden sind, können durch wechselseitiges Umstellen der Klappen 15 so geschaltet werden, daß die bei 16 einströmende zu erhitzende Luft entweder paketweise parallel oder einzeln hintereinandergeschaltete Heizflächenpakete durchströmt. Es kann auch so geschaltet werden, daß die Lufterhitzerpakete 10 überhaupt nicht von der zu erhitzenden Luft durchströmt werden, sondern daß diese nur durch die Lufterhitzerpakete 8 geleitet werden, je nachdem, wie groß

p g , j g

bei hoher Temperatur der Verbrennungsluft verfeuert 7° die zu erhitzende Luftmenge ist. Ist dieses der Fall,

so muß die überschüssige Wärme durch den nunmehr einzuschaltenden Speisewasservorwärmerteil übernommen werden, damit die Abgastemperatur konstant bleibt.

In Abb. IV ist die Anordnung der Nachheizflächen vereinfacht dargestellt; Abb. V gibt die Schaltung bei großer Luftmenge und Abb. VI die Schaltung bei kleinerer Luftmenge wieder. Bei der Schaltung bei großer Luftmenge, beispielsweise bei 22000 Ncbm/h, sind beide Gruppen des Lufterhitzers und der ständig beaufschlagte Speisewasservorwärmer 9 eingeschaltet, während der andere Speisewasservorwärmerteil 11 aus dem Rauchgasstrom abgeschaltet ist. Bei der Schaltung für kleinere Luftmengen, nämlich 12000 Ncbm/h, ist eine Gruppe des Lufterhitzers abgeschaltet, dafür ist aber auch der zweite Speisewasservorwärmerteil 11 in den Rauchgasstrom einbezogen worden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Anordnung der zum Erhitzen von Verbrennungsluft erforderlichen Heizflächen bei mit schwankender Abgasmenge arbeitenden Industrieöfen mit nachgeschaltetem Dampferzeuger, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Erzielung einer konstanten Luft- und Abgastemperatur die zur Erhitzung der Luft dienenden Heizflächen in mehrere Gruppen (8,10) aufgeteilt sind, die entweder hintereinander oder paarweise parallel geschaltet werden können, und daß diesen ein im Abgasstrom liegender zu- und abschaltbarer Speisewasservorwärmer (11) nachgeschaltet ist, der je nach Erfordernis von Rauchgasen verschiedener Menge durchströmt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei Lufterhitzerhälften ein rauchgasseitig nicht regelbarer Speisewasservorwärmer (9) angeordnet ist, der zur Erwärmung des Speisewassers für den Dampferzeuger dient.

3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei eingeschaltetem Regelspeisewasservorwärmer (11) das Speisewasser zuerst ihn und anschließend den nicht regelbaren Speisewasservorwärmer (9) durchfließt.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Lufterhitzergruppe (10) aus dem Luftstrom abschaltbar ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 558 731, 455 104, 619;

Zeitschrift »Elektrizitätswirtschaft«, 1938, Heft 6

vom 25. 2. 1938, S. 140 bis 142.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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