DE102007048213A1

DE102007048213A1 - Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung bei indirekt, mit einer Mehrzahl von Strahlrohrbrennern beheizten Öfen

Info

Publication number: DE102007048213A1
Application number: DE102007048213A
Authority: DE
Inventors: Hans Runkel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-10-08
Filing date: 2007-10-08
Publication date: 2009-04-09
Anticipated expiration: 2027-10-09
Also published as: DE102007048213B4

Abstract

Dargestellt und beschrieben ist eine Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung bei indirekt, mit einer Mehrzahl von Strahlrohrbrennern beheizten Öfen. Aufgabe der Erfindung ist es, eine neue Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung bei indirekt, mit einer Mehrzahl von Strahlrohrbrennern beheizten Öfen zu schaffen, mit der auf möglichst einfache Weise ein größerer Teil der eingesetzten Energie zurückgewonnen und nutzbar gemacht werden kann. Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich daraus, dass jedem Strahlrohrbrenner ein Wärmetauscher unmittelbar nachgeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung bei indirekt, mit einer Mehrzahl von Strahlrohrbrennern beheizten Öfen, insbesondere von Härteanlagen, mit wenigstens einem, im Abgasstrom angeordneten Wärmetauscher.
Aus dem druckschriftlich nicht nachweisbaren Stand der Technik ist beispielsweise im Zusammenhang mit indirekt beheizten Öfen für Härteanlagen bekannt, dass die Abgase der einzelnen Strahlrohrbrenner in einer Abgassammelleitung zusammengeführt werden und dass am Ende dieser Abgassammelleitung vor der Einleitung in den Schornstein über einen Wärmetauscher dem Abgasstrom Energie zum Zwecke der Rückgewinnung entzogen wird.
Bei derartigen Vorrichtungen ist es häufig so, dass von den zahlreichen, am indirekt beheizten Ofen angeordneten Strahlrohrbrennern lediglich einige im Dauerbetrieb und andere jedoch nur zeitweilig in Betrieb sind. Dabei ergibt sich die Situation, dass neben den heißen Abgasen aus den einzelnen Strahlrohrbrennern im Bereich der nicht im Betrieb befindlichen Strahlrohrbrenner Luft mit Umgebungstemperatur angesaugt wird. Aus diesem Grunde liegt in der Abgassammelleitung eine Mischtemperatur vor, die bereits deutlich erniedrigt ist, wodurch es technisch aufwändig ist, im größeren Umfang die für den indirekt beheizten Ofen eingesetzte Energie zurückzugewinnen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine neue Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung bei indirekt, mit einer Mehrzahl von Strahlrohrbrennern beheizten Öfen zu schaffen, mit der auf möglichst einfache Weise ein größerer Teil der eingesetzten Energie zurückgewonnen und nutzbar gemacht werden kann.
Die Lösung der Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Patentanspruchs 1, insbesondere dem kennzeichnenden Merkmal, wonach jedem Strahlrohrbrenner ein Wärmetauscher unmittelbar nachgeordnet ist.
Die erfindungsgemäße Lösung hat den wesentlichen Vorteil, dass mit Hilfe der direkt jedem einzelnen Strahlrohrbrenner nachgeordneten Wärmetauscher es auf einfache Weise möglich ist, aus dem eine Temperatur von 400 bis 650°C aufweisenden Abgas jedes einzelnen Stahlrohrbrenners einen relativ großen Anteil an Wärme ohne großen technischen Aufwand zurückzugewinnen, da durch den Wärmetauscher jeweils eine Temperaturabsenkung des Abgasstroms auf ca. 120°C erreicht wird. Bei einer Versuchsleistung von 15 KW je Strahlrohrbrenner wird eine Energie von 12,5 KW an den Ofenraum abgegeben und die Abgase weisen einen Energieanteil von 2,5 KW auf. Aus den Abgasen können 1,5 KW durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zurückgewonnen werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind alle parallel zueinander angeordneten Wärmetauscher über einen Primärkreislauf mit einem gemeinsamen Wärmetauscher eines Sekundärkreislaufes verbunden. Dadurch ist es auf einfach Weise möglich, Wasser auf eine benötigte Temperatur zu erwärmen und dieses Wasser beispielsweise zum Betrieb einer einem Härteofen nachgeordneten Waschmaschine oder zu Heizungszwecken einzusetzen.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist der Wärmetauscher eine kompakte, aus flachen Rechteckrohren bestehende Struktur auf, die mit einer Vielzahl von Einprägungen versehen sind. Dieser spezielle Wärmetauscher hat den Vorteil großer Wärmeübertragungsflächen, wobei durch die Vielzahl von Einprägungen auf ebenfalls vorteilhafte Weise turbulente Strömungsverhältnisse im Wärmetauscher herrschen.
Beim vorgenannten Wärmetauscher ist es möglich, diesen mit einem Wasser-Glykol-Gemisch zu betreiben, welches mit großer Geschwindigkeit den Wärmetauscher durchströmt.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Wärmetauscher in einem Mantelrohr mit Übermaß angeordnet, wobei der Ringraum zwischen dem Wärmetauscher und dem Mantelrohr als Strömungsbypass fungiert. Bei dieser Ausführungsform ist als vorteilhaft anzusehen, dass für den Fall einer Blockierung des Strömungsquerschnitts des Wärmetauschers durch Fremdkörper der Ringraum als Strömungsbypass zur Verfügung steht.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Es zeigen:
1 eine schematische Frontdarstellung einer Ofenanlage,
2 eine Querschnittsdarstellung der Ofenanlage gemäß 1,
3 eine vergrößerte Teilquerschnittsdarstellung gemäß 2,
4 eine Seitenansicht eines Mantelrohres eines Wärmetauschers,
5 eine Stirnansicht gemäß 4 und
6 eine vergrößerte Teildarstellung eines Rechteckrohres des Wärmetauschers mit Einprägungen.
In den Zeichnungen ist ein Ofen, beispielsweise eine Härteanlage, insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.
In den 1 und 2 ist ein derartiger Ofen 10 in Front- und Querschnittdarstellung schematisch dargestellt.
Man erkennt, dass an einer Vorderseite 11 des Ofens 10 eine Vielzahl von Strahlrohrbrennern 12 angeordnet sind, die in einen Ofenraum 13 (s. 2) hineinragen und an der Rückseite 14 des Ofens 10 zusätzlich gelagert sind. Je nach Bedarf des nachgeschalteten Verbrauchers eines derartigen Ofens 10 ist die Anzahl der in Betrieb befindlichen Strahlrohrbrenner 12 variabel.
Jeder Strahlrohrbrenner 12 wird – wie insbesondere 3 zeigt – aus einem Gasbrenner 15 und einem rohr- bzw. lanzenförmigen Flammrohr 16, welches in den Ofenraum 13 hineinragt, gebildet. Am Gasbrenner 15 ist eine Gaszuführung 17, eine Luftzuführung 18 und eine Abgasleitung 19 angeordnet.
Das durch die Gaszuführung 17 strömende Gas erreicht zunächst ein mittiges, im Gasbrenner 15 angeordnetes Rohr 20, welches parallel mit einem Luftkanal 21 verläuft. Die Verbrennungsluft im vorgenannten Luftkanal 21 wie auch das im Rohr 20 strömende Gas treten im Bereich 22 aus dem Gasbrenner 15 aus, wobei das Gas im selben Moment – wie die Flamme 23 zeigt – verbrennt.
Die heißen Verbrennungsgase V₁ strömen zunächst durch ein Zentralrohr 24 des Flammrohres 16 bis zu dessen Endbereich 25 und werden dann durch einen Ringraum 26 des Flammrohres 16 zurückgeleitet (s. Verbrennungsgase V₂).
Im Bereich 22 des Verbrennungsprozesses werden Temperaturen von ca. 1.300°C erreicht. Zum Zeitpunkt des Umlenkens der Verbrennungsgase im Endbereich 25 des Flammrohres 16 weisen diese noch eine Temperatur von ca. 1.100°C auf. Nach dem Durchströmen des Ringraumes 26 sinkt die Temperatur auf ca. 400 bis 650°C.
Durch die Parallelität der Strömungskanäle für die Luftzuführung 18 und Abgasrückführung 19 wird darüber hinaus die im Gegenstrom einströmende Verbrennungsluft (s. Luftkanal 21) vorgewärmt. Die noch eine Temperatur von 400 bis 650°C aufweisenden Abgase strömen dann jeweils in einen Wärmetauscher 27, der Teil eines Primärkreislaufes 28 (s. 1) ist. Im Wärmetauscher 27 wird der Abgasstrom auf eine Temperatur von ca. 120°C abgekühlt und dann an eine zentrale Abgasleitung Z weitergeleitet.
Bei dem Wärmetauscher 27 handelt es sich um sehr kleinbauende, kompakte Einheiten, die aus einer Vielzahl von flach rechteckförmigen Strömungskanälen 29 gebildet werden, welche mit Einprägungen 30 versehen sind, wodurch sich in den Wärmetauscherrohren 28 eine turbulente Strömung ergibt. Die Wärmetauscher 27 sind in einem Mantelrohr 31 zentral angeordnet. Die Mantelrohre 31 sind aus Halbschalen 32 zusammengesetzt. Ein Ringraum 33 zwischen dem Mantelrohr 31 und einer Außenumfangsfläche 34 des Wärmetauschers 27 dient als Bypass für den Fall, dass sich die Strömungswege des Wärmetauschers 27 zusetzen.
Der Primärkreislauf 28 wird mit einem Wasser-/Glykolgemisch betrieben, welches mit großer Geschwindigkeit die Wärmetauscher 27 durchströmt. Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass der Primärkreislauf 28 zusätzlich einen Flüssigkeitsbehälter 35 sowie eine Pumpe 36 und letztlich auch einen Wärmetauscher 37 aufweist, mit dem die aufgenommene, den Abgasen der einzelnen Wärmetauscher 27 entzogene Energie an einen Sekundärkreislauf 38 abgegeben wird. Letztlich weist auch dieser zusätzlich eine Pumpe 39 und einen Flüssigkeitsbehälter 40 auf.
Mit Hilfe dieser zurückgewonnenen Energie können beispielsweise bei einer Härteanlage die notwendigen Waschmaschinen betrieben werden. Auch kann diese Energie zu Heizzwecken oder dergleichen genutzt werden.

Claims

Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung bei indirekt, mit einer Mehrzahl von Strahlrohrbrennern beheizten Öfen, insbesondere von Härteanlagen, mit wenigstens einem, im Abgasstrom angeordneten Wärmetauscher, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Strahlrohrbrenner (12) ein Wärmetauscher (27) unmittelbar nachgeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle parallel zueinander angeordneten Wärmetauscher (27) über einen Primärkreislauf (28) mit einem gemeinsamen Wärmetauscher (37) eines Sekundärkreislaufes (38) verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (27) eine kompakte, aus flachen Rechteckrohren (29) bestehende Struktur aufweist, die mit einer Vielzahl von Einprägungen (30) versehen sind.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (27) mit einem Wasser-Glykol-Gemisch betrieben wird, welches mit großer Geschwindigkeit die Wärmetauscher (27) durchströmt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (27) in einem Mantelrohr (31) mit Übermaß angeordnet ist und dass ein Ringraum (33) zwischen dem Wärmetauscher (27) und dem Mantelrohr (31) als Strömungsbypass fungiert.