DE1096556B

DE1096556B - For preheating the wind for shaft ovens, especially cupolas, a certain recuperator, which has three concentric tubes placed vertically inside one another, which are arranged centrally in a cylindrical chamber at a distance from the wall

Info

Publication number: DE1096556B
Application number: DEF21690A
Authority: DE
Inventors: Ernst Bosshardt; Erwin Buehrer
Original assignee: Georg Fischer AG
Current assignee: Georg Fischer AG
Priority date: 1956-10-27
Filing date: 1956-11-16
Publication date: 1961-01-05

Description

Zur Vorwärmung des Windes für Schachtöfen, insbesondere Kupolöfen, bestimmter Rekuperator, der drei senkrecht ineinander gestellte konzentrische Rohre aufweist, die zentral in einer zylindrischen Kammer mit Abstand von deren Wand angeordnet sind Es. ist bekannt, für Schachtöfen, insbesondere Kupolöfen, die Abgase zur Vorwärmung des Windes zu benützen. Zu diesem Zweck wurde vorgeschlagen, den Kupolofenschacht erheblich zu verlängern und in die Verlängerung röhrenförmige Wärmeaustauscher einzubauen.For preheating the wind for shaft furnaces, especially cupolas, certain recuperator, the three vertically nested concentric tubes has, which are arranged centrally in a cylindrical chamber at a distance from the wall thereof are it. is known for shaft furnaces, especially cupolas, to preheat the exhaust gases to use the wind. For this purpose it was proposed to use the cupola shaft to extend considerably and to install tubular heat exchangers in the extension.

Ferner wurde vorgeschlagen, den Schacht mit einem konzentrischen Doppelrohr zu verlängern und dasselbe als Rekuperator zu benützen.It was also proposed that the manhole with a concentric double pipe to extend and use the same as a recuperator.

Im weiteren ist bekannt, die Abgase aus dem Kupolofen an den verschiedensten Orten abzusaugen und nach durchgeführter Nachbrennung in Rekuperatoren üblicher Konstruktion zur Vorwärmung zu benützen.In addition, it is known that the exhaust gases from the cupola of the most varied Vacuuming places and more common after afterburning in recuperators To use construction for preheating.

Ein weiterer Vorschlag geht dahin, Rekuperatoren bekannter Konstruktion wechselweise von den Abgasen mehrerer Kupolöfen zwecks Vorwärmung des Windes beaufschlagen zu lassen.Another suggestion is recuperators of known construction alternately act on the exhaust gases of several cupolas for the purpose of preheating the wind allow.

Ein anderer Vorschlag sieht vor, die heißen Gase zwischen haarnadelförmig gebogenen Rohren, welche vom vorzuwärmenden Wind durchströmt werden, zu leiten.Another suggestion is to keep the hot gases between hairpin-shaped to guide bent pipes through which the wind to be preheated flows.

Ferner wurde vorgeschlagen, durch den Ringraum eines konzentrischen Doppelrohres den vorzuwärmenden Wind im Gegenstrom zu den im Innenrohr durchströmenden Abgasen zu leiten. Dabei wurde auf die Möglichkeit hingewiesen, den vorzuwärmenden Wind mit hoher Geschwindigkeit in einer Schraubenlinie zu führen, um durch die größere Windgeschwindigkeit windseitig eine größere Wärmeübergangszahl als abgasseitig zu erzielen.It has also been proposed to use the annular space of a concentric Double pipe the wind to be preheated in countercurrent to the wind flowing through in the inner pipe To conduct exhaust gases. The possibility of preheating the Wind at high speed in a helix lead to through the larger Wind speed has a higher heat transfer coefficient on the wind side than on the exhaust side achieve.

Es ist ein Rekuperator mit ungleichen Durchströmquerschnitten mit nur zwei Ringräumen und einem Innenrohr bekannt, deren einer teilweise mit letzterem in Verbindung steht. Diese Konstruktion weist abgasseitig nicht zwei Durchströmrichtungen auf, sie arbeitet nur teilweise nach dem Gegenstromprinzip und arbeitet ferner nicht mit gleich hoher Strömungsgeschwindigkeit bei gleichem Druckabfall und nicht mit gleichem Wärmeübergangswert, verglichen mit dem Gegenstand der Erfindung. Die bekannte Vorrichtung bietet infolge eines fehlenden NTachverbrennungsraumes keine sehr weitgehende Wärmeaustauschmöglichkeit und besitzt auch keine Staubabscheidung.It is a recuperator with unequal flow cross-sections only two annuli and one inner tube known, one of which is partially with the latter communicates. This construction does not have two flow directions on the exhaust side on, it only works partially according to the countercurrent principle and furthermore does not work with the same high flow velocity with the same pressure drop and not with same heat transfer value compared with the subject matter of the invention. The well-known Due to the lack of a post-combustion chamber, the device does not offer a very extensive one Heat exchange option and also has no dust separation.

Die Erfindung bezweckt, gewisse Mängel bekannter Konstruktionen zu beheben. Gegenstand der Erfindung ist ein zur Vorwärmung des Windes für Schachtöfen, insbesondere Kupolöfen, bestimmter Rekuperator, der drei senkrecht ineinandergestellte konzentrische Rohre aufweist, die zentral in einer zylindrischen Kammer mit Abstand von deren Wand angeordnet sind, wobei an den oberen Enden der Rohre Öffnungen für den Ein- und Austritt des Windes vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß in ein konzentrisches Doppelrohr, dessen vom Wind durchströmter Ringraum am unteren Ende geschlossen ist, ein weiteres nicht bis zum Abschluß des Doppelrohres reichendes Rohr in den vom Wind durchströmten Ringraum des Doppelrohres eingebaut ist.The invention aims to remedy certain shortcomings of known constructions remedy. The invention relates to a preheating of the wind for shaft furnaces, in particular cupolas, certain recuperators, of the three vertically nested Has concentric tubes spaced centrally in a cylindrical chamber from the wall are arranged, with openings for at the upper ends of the tubes the entry and exit of the wind are provided, characterized in that in a concentric double pipe, whose annulus, through which the wind flows, is at the bottom The end is closed, another one that does not extend to the end of the double tube Tube is installed in the annulus of the double tube through which the wind flows.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den nachfolgenden Zeichnungen dargestellt. Es zeigt Fig. 1 einen Vertikalschnitt gemäß Linie I-I in Fig. 2, Fig. 2 einen Horizontalschnitt gemäß Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 einen horizontalen Teilschnitt gemäß Linie III-III in Fig. 1, Fig. 4 einen horizontalen Teilschnitt gemäß Linie IV-IV in Fig. 1.An embodiment of the invention is shown in the drawings below shown. 1 shows a vertical section along line I-I in FIG. 2, FIG. 2 shows a horizontal section along line II-II in FIG. 1, FIG. 3 shows a horizontal section Partial section along line III-III in Fig. 1, Fig. 4 is a horizontal partial section according to line IV-IV in FIG. 1.

Auf dem Schmelzereiboden 1 stützt sich ein Hohlkörper 2 ab, an dem ein konischer Abschluß 3, der ein Ablaufrohr 4 trägt, befestigt ist. Auf dem Setzboden 5 stützt sich ein zweiter Hohlkörper 6 ab, der den Hohlkörper 2 überlappt und überdeckt. Die Überlappungsnaht 7 ist mit Asbestzöpfen abgedichtet. Profilsäulen 8, die sich auf den Setzboden 5 abstützen, tragen sowohl ein Stützelement 9 als auch ein Stützelement 10. Am Stützelement 9 ist der Eihtrittsringraum 11 und am Stützelement 10 der Austrittsringraum 17 befestigt. Der vorzuwärmende Wind wird in Pfeilrichtung 12 durch den Stutzen 13 tangential in den Ringraum 11 eingeführt. Am oberen Baden 20 des Ringraumes 11 ist das Innenrohr 14 befestigt, das bis in die Nähe des konischen Abschlusses 3. reicht und dort über einen horizontalen Verbindungsteil 15 mit dem Außenrohr 16 verbunden ist, das in -den unteren Boden 21 des Ringraumes 17 übergeht. Der untere Ringraum 17 weist einen Stutzen 18 auf, durch den der vorgewärmte Wind in Pfeilrichtung 19 aus dem Rekuperator austritt. Am unteren Boden 22' des Ringraumes 11 wächst das Rohr 23 an, das über das Verbindungstei124 mit dem Rohr 25 und mit dem oberen Boden 26 des Ringraumes 17 verbunden ist. . Im Hohlkörper 6 ist ein Stutzen 27 angeordnet, durch welchen die Abgase eines Schachtofens in Pfeilrichtung 28 in den Nachverbrennungsraum 29 eintreten. Im Hohlkörper 6 ist ein Luftzuführrohr 30, durch das die Luft in Pfeilrichtung 32 eintreten kann und ein Gaszuführrohr 31, durch welches das Gas in Pfeilrichtung 33 strömen kann, angeordnet. Ein weiteres Rohr 34 dient als Zündloch. Die Verbrennung einer sehr kleinen Gasmenge hat lediglich den Sinn einer Zündflamme. Ein geschlossener Zylinder 35, der als Strahlkörper dient, ist über ein Flacheisenkreuz 36 am Stützgebälk 9 befestigt. Um eine konzentrische Lage sämtlicher Rohre zu gewährleisten, sind Gleitführungen 37 zwecks Zentrierung vorgesehen. Der Ringraum zwischen den Rohren 23 und 25 ist mit einer Isolierung 38 ausgefüllt. Der gesamte Raum über dem Hohlkörper 6 ist mit einer Isolierung 39 ausgestopft, um das Abstrahlen der Wärme aus den Ringräumen 11 und 17 zu hindern.A hollow body 2 is supported on the smelting floor 1, to which a conical closure 3, which carries a drain pipe 4, is attached. A second hollow body 6, which overlaps and covers the hollow body 2, is supported on the set base 5. The overlap seam 7 is sealed with asbestos braids. Profile columns 8, which are supported on the set base 5, carry both a support element 9 and a support element 10. The entry annular space 11 is attached to the support element 9 and the exit annular space 17 is attached to the support element 10. The wind to be preheated is introduced tangentially into the annular space 11 in the direction of the arrow 12 through the nozzle 13. The inner tube 14 is attached to the upper bath 20 of the annular space 11 and extends as far as the vicinity of the conical end 3. The lower annular space 17 has a connecting piece 18 through which the preheated wind exits the recuperator in the direction of the arrow 19. The tube 23, which is connected to the tube 25 and to the upper floor 26 of the annular space 17 via the connecting part 124, grows on the lower base 22 ′ of the annular space 11. . In the hollow body 6 there is a connector 27 through which the exhaust gases from a shaft furnace enter the post-combustion chamber 29 in the direction of the arrow 28. An air supply pipe 30 through which the air can enter in the direction of arrow 32 and a gas supply pipe 31 through which the gas can flow in the direction of arrow 33 are arranged in the hollow body 6. Another tube 34 serves as an ignition hole. The combustion of a very small amount of gas only serves the purpose of a pilot flame. A closed cylinder 35, which serves as a radiating body, is attached to the supporting framework 9 via a flat iron cross 36. In order to ensure a concentric position of all tubes, sliding guides 37 are provided for the purpose of centering. The annular space between the tubes 23 and 25 is filled with insulation 38. The entire space above the hollow body 6 is filled with insulation 39 in order to prevent the heat from radiating out of the annular spaces 11 and 17.

Der Rekuperator gemäß der Erfindung arbeitet wie folgt: Die Abgase eines Schachtofens treten ungereinigt in Pfeilrichtung 28 in den Nachverbrennungsraüm29 ein. Durch den tangentialen Eintritt kreisen die Abgase mehrmals im Nachverbrennungsraum 29 und werden durch die Gasflamme am Ende des Gaszuführrohres 31 entzündet. Aus dem Nachverbrennungsraum 29 strahlt die Wärme gegen den oberen Teil des Außenrohres 16, während der Hohlkörper 6 infolge der wärmedämmenden Ausmauerung nur unbedeutende Wärmemengen nach außen abstrahlen läßt. Nach dem Verlassen des Nachverbrennungsraumes 29 durchströmen die heißen Abgase unentstaubt, aber voll verbrannt den Ringraum 40 zwischen dem Hohlkörper 2 und dem Außenrohr 16 mit hoher Geschwindigkeit und infolge der kreisenden Bewegung im Nachverbrennungsraum 29 in einer Schraubenlinie. Beim Eintritt in den Raum 41 werden die Abgase ähnlich wie in einem Zyklon abgelenkt und strömen durch den Ringraum 42, der durch das Innenrohr 14 und den Zylinder 35 gebildet wird, nach oben. Bei der Umlenkung im Raum 41 erfolgt eine Entstaubung, wobei der Staub durch das Ablaufrohr 4 aus dem Rekuperator austritt. Die heißen Abgase geben ihre Wärme demnach zuerst an das Außenrohr 16 und anschließend an den Verbindungsteil 15 und das Innenrohr 14 ab. Die rückgekühlten Abgase treten in Pfeilrichtung 43 aus dem Rekuperator aus und werden durch einen nicht gezeichneten Abgasventilator abgesaugt. Der vorzuwärmende Wind tritt durch den Stutzen 13 in Pfeilrichtung 12 in den Ringraum 11 ein. Er durchströmt anschließend den Ringraum 44, der durch das Innenrohr 14 und das Rohr 23 gebildet wird, nach unten und durch den kingraum45, der durch das Rohr 25 und das Außenrohr 16 gebildet wird, nach oben, um durch den Ringraum 17 in Pfeilrichtung 19 auszutreten. Die Wärmeaufnahme erfolgt hierbei über das Innenrohr 14 und anschließend über das Außenrohr 16. Die Isolierung 38 soll einen Übertritt der Wärme der höher erwärmten Luft des Ringraumes 45 in die kältere Luft des Ringraumes 44 hindern.The recuperator according to the invention works as follows: The exhaust gases from a shaft furnace enter the post-combustion room 29 uncleaned in the direction of arrow 28. As a result of the tangential entry, the exhaust gases circulate several times in the post-combustion chamber 29 and are ignited by the gas flame at the end of the gas supply pipe 31. The heat radiates from the post-combustion chamber 29 towards the upper part of the outer tube 16, while the hollow body 6 only allows insignificant amounts of heat to be radiated to the outside due to the heat-insulating lining. After leaving the post-combustion chamber 29, the hot exhaust gases flow through the annular space 40 between the hollow body 2 and the outer tube 16 without dust but fully burned at high speed and as a result of the circular movement in the post-combustion chamber 29 in a helical line. When entering the space 41, the exhaust gases are deflected similarly to a cyclone and flow upwards through the annular space 42, which is formed by the inner tube 14 and the cylinder 35. During the deflection in space 41, dust is removed, the dust emerging from the recuperator through the drain pipe 4. The hot exhaust gases therefore first give off their heat to the outer pipe 16 and then to the connecting part 15 and the inner pipe 14. The recooled exhaust gases exit the recuperator in the direction of arrow 43 and are sucked off by an exhaust gas fan (not shown). The wind to be preheated enters the annular space 11 through the nozzle 13 in the direction of the arrow 12. It then flows through the annular space 44, which is formed by the inner tube 14 and the tube 23, downwards and through the kingraum45, which is formed by the tube 25 and the outer tube 16, upwards to exit through the annular space 17 in the direction of arrow 19 . The heat is absorbed via the inner tube 14 and then via the outer tube 16. The insulation 38 is intended to prevent the heat from the more highly heated air in the annular space 45 from being transferred into the colder air in the annular space 44.

Wird der Rekuperator in Betrieb genommen, so können sich das Außenrohr 16 und das Innenrohr 14 gemeinsam beliebig nach unten ausdehnen. Die Differenz der Wärmeausdehnungen dieser beiden Rohre 14 und 16 wird vom unteren Boden 21 und vom oberen Boden 26 aufgenommen, die hierbei als Membranen wirken. Gleichfalls können die Rohre 23 und 25 sich gemeinsam frei nach unten ausdehnen. Die Dehnungsdifferenz der beiden Rohre 23 und 25 wird vom oberen Boden 20 und vom unteren Boden 22 membranenartig aufgenommen. Für das Reinigen des Innenrohres 14, was selten notwendig ist, kann das Rohrstück 46 entfernt werden, worauf das glatte Innenrohr 14 zugänglich wird und beim Reinigen der Staub durch den konischen Abschluß 3 in das Ablaufrohr 4 abgeleitet wird. Muß das Außenrohr 16 gereinigt werden, was in der Praxis nur nach langen Betriebsabständen notwendig wird, so kann zu diesem Zwecke der konische Abschluß 3 weggenommen werden, worauf der Ringraum 45 von unten zugänglich wird.If the recuperator is put into operation, the outer pipe can 16 and the inner tube 14 together expand as desired downwards. The difference in Thermal expansion of these two tubes 14 and 16 is from the lower floor 21 and from added upper bottom 26, which act as membranes. Likewise can the tubes 23 and 25 extend freely downwards together. The difference in elongation of the two tubes 23 and 25 becomes membrane-like from the upper floor 20 and from the lower floor 22 recorded. For cleaning the inner tube 14, which is seldom necessary, can the pipe section 46 can be removed, whereupon the smooth inner pipe 14 is accessible and during cleaning, the dust is discharged through the conical end 3 into the drain pipe 4 will. The outer tube 16 has to be cleaned, which in practice only takes place after long periods of operation becomes necessary, the conical closure 3 can be removed for this purpose, whereupon the annular space 45 is accessible from below.

Der Rekuperator gemäß vorliegender Erfindung hat gegenüber den bekannten Konstruktionen unter anderem folgende Vorteile: Weil das Innenrohr 14 und das Außenrohr 16 ineinandergebaut sind und beide Wärmeaustauschflächen darstellen, wird die Baulänge des Rekuperators, verglichen mit üblichen Konstruktionen, stark verkürzt. Im gleichen Sinn wirkt sich aus, daß nicht nur windseitig, sondern auch abgasseitig mit hohen Geschwindigkeiten - also mit großen Wärmeübergangskoeffizienten und demgemäß kleinen Wärmeaustauschflächen - gearbeitet werden kann. Dies ist deshalb möglich, weil der aerodynamisch günstigen Durchströmverhältnisse wegen auch bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten ein relativ kleiner Druckabfall entsteht.The recuperator according to the present invention has over the known Constructions include the following advantages: Because the inner tube 14 and the outer tube 16 are built into each other and represent both heat exchange surfaces, the overall length of the recuperator, compared to conventional constructions, significantly shortened. In the same Sense has the effect that not only on the wind side, but also on the exhaust side with high Velocities - with large heat transfer coefficients and accordingly small ones Heat exchange surfaces - can be worked. This is possible because of the aerodynamically favorable flow conditions due to high flow velocities there is a relatively small pressure drop.

Da die konzentrisch angeordneten Rohre sich frei ausdehnen können, sind sie nicht rißgefährdet.Since the concentrically arranged tubes can expand freely, they are not at risk of cracking.

Weil der Nachverbrennungsraum direkt in den Rekuperator eingebaut werden kann, benötigt er sehr wenig Raum, und die Wärmeverluste werden sehr klein.Because the post-combustion chamber is built directly into the recuperator can be, it requires very little space and the heat losses are very small.

Infolge der im Rekuperator eingebauten Staubabscheidung kann in vielen Fällen auf eine weitere Entstaubung der Kupolofengase verzichtet werden.As a result of the dust separation built into the recuperator, many In some cases, further dedusting of the cupola furnace gases can be dispensed with.

Weil die glatten, senkrechten Rohre der hohen Durchgangsgeschwindigkeiten der Abgase wegen nur wenig verschmutzen, muß die Reinigung selten ausgeführt werden und ist der Bauart wegen leicht durchführbar.Because the smooth, vertical pipes of high passage speeds pollute only a little because of the exhaust gases, cleaning rarely needs to be carried out and is easy to implement because of the design.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. For preheating the wind for shaft furnaces, in particular Cupolas, certain recuperators, the three concentric vertically placed one inside the other Has tubes that are centrally located in a cylindrical chamber spaced apart from them Wall are arranged, with openings for entry and exit at the upper ends of the tubes Exit of the wind are provided, characterized in that in a concentric Double pipe (14, 16), whose annular space through which the wind flows at the lower end (15) is closed, another not reaching to the end (15) of the double tube Tube (23, 24, 25) into the annular space (44, 45) of the double tube through which the wind flows (14, 15, 16) is installed.

2. Recuperator according to claim 1, characterized in that that the openings for the entry and exit of the wind are arranged at the top of the double tube are that the wind to be preheated in the inner annular space (44) of the double pipe (14, 23) from top to bottom and in the outer annular space (45) of the double tube (16, 25) of flows upwards.

3. Recuperator according to Claims 1 and 2, characterized in that that the upper part of the cylindrical cavity (2) as an enlarged annular space (29) is designed for the afterburning of the heating gases.

4. recuperator according to claim 1, characterized in that the cylindrical cavity (2) below for the purpose of dust separation from the heating gases through a conical part (3/41) which opens into a drain pipe (4), is completed.

5. Recuperator according to Claims 1 and 2, characterized in that that inside the double tube (14) a cylindrical radiating body (35) concentrically is arranged.

6. Recuperator according to claim 1, characterized in that the tube (23, 25) arranged within the double tube is double-walled at least over part of its length and is filled with insulating material (38). Documents considered: French Patent No. 541015.