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Anlage zur Abwärmeverwertung und Luftvorwärmung an Industrieöfen Die
Erfindung betrifft die Anordnung von Abhitzekesseln und Luftvorwärmeranlagen bei
regenerativ beheizten Industrieöfen mit zweiseitig wechselweisen Ein- bzw. Austritt
für die Verbrennungsluft bzw. für die Abgase. Derartige Anlagen kommen insbesondere
in Stahlwerken (Siemens-Martin-Öfen), aber auch in Glashütten usw. vor.
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Es ist bekannt, bei derartigen Öfen jeden der beiden Kanäle bzw. »Kamine«
mittels eines umkehrbaren Gebläses (insbesondere eines Propeller- bzw. Axialgebläses,
das durch einen polumschaltbaren Elektromotor angetrieben wird) selbständig arbeitend
auszuführen, sie mit den üblichen Regeneratoren für die Lufterhitzung und mit denselben
in Strömungsrichtung der Abgase nachgeschalteten Abhitzekesseln auszurüsten.
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Es wurde auch bereits vorgeschlagen, die in den beiden Kaminen angeordneten
Abhitzekessel dampf-und wasserseitig miteinander zu verbinden und vorzugsweise mit
einer gemeinsamen Kesselwasserumwälzpumpe und mit einer gemeinsamen Ausdampftrommel
auszurüsten, so daß diese beiden Kessel nunmehr insgesamt zusätzlich zu einem Regenerativ-Wärmeaustauscher
mit umlaufendem flüssigem Wärmeträger zwischen Abgasen und Verbrennungsluft werden.
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Bei dieser Ausführung ist jedoch - insbesondere bei den immer mehr
auch für Abhitzekessel angestrebten höheren Dampfdrücken - die verhältnismäßig hohe
Abgastemperatur hinter denAbhitzekesseln nachteilig, so daß gemäß der vorliegenden
Erfindung vorgeschlagen wird, den beiden Abhitzekesseln - in Richtung der Abgasströmung
- je einen Speisewasservorwärmer nachzuschalten und gegebenenfalls auch Überhitzerheizflächen
vorzuschalten. Dadurch wird - auch ohne Anwendung zusätzlicher Rekuperativ-Luftvorwärmer
- eine noch bessere Luftvorwärmung und eine stärkere Abgasausnutzung erzielt.
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Darüber hinaus ist es bei dem für die Abhitzekessel ebenfalls schon
vorgeschlagenen Zwangumlauf vorteilhaft, die Verdampferheizflächen der beiden Kessel
einander wasserseitig parallel zu schalten, so daß sie also von derselben Wasserumwälzpumpe
gespeist werden und das Kesselwasser bzw. Kesselwasser-Dampf-Gemisch in die gemeinsame
Ausdampf- und Speisetrommel abführen.
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Durch diese Schaltung wird zwangläufig dem jeweils von derVerbrennungsluft
gekühltenVerdampferelement mehr heißes Kesselwasser zugeführt als dem zur gleichen
Zeit wirklich Dampf erzeugenden Eleinent, da der Strömungswiderstand des letzteren
größer ist als der des zuerst genannten. Dadurch wird die Beheizung der Luft wesentlich
erhöht, ohne daß - bei geeigneter Bemessung der Heizflächengrößen und der Verteilerdüsen
- eine zu geringe Wasserversorgung des dampferzeugenden Elements zu befürchten wäre.
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Den Verdampferheizflächen der beiden Abhitzekessel werden in Weiterentwicklung
des Erfindungsgegenstandes je zwei Gruppen von Speisewasservorwärmern in Richtung
des Abgasstromes derart nachgeschaltet, daß je einer Vorwärmergruppe in dem einen
Kamin eine Gruppe im anderen Kamin wasserseitig nachgeschaltet ist und daß die beiden
Speisewasserhauptstränge einander zwischen Speisepumpe und Kesseltrommel parallel
geschaltet sind.
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In jedem der beiden Kamine wird vorteilhaft jeweils die »Frischwassergruppe«
des einenVorwärmerhauptstranges von den Abgasen zuletzt berührt und ist mit der
»Warmwassergruppe« des anderen Speisewasserhauptstranges abgasseitig in Reihe geschaltet.
Hierbei gilt für jeden Speisewasserhauptstrang als »Frischwassergruppe« die vom
Speisewasser zuerst durchströmte Vorwärmergruppe, der die zugehörige, sogenannte
»Warmwassergruppe« jeweils wasserseitig nachgeschaltet ist. Damit sind also die
jeweils in demselben Kamin untergebrachten Heizflächengruppen .des Speisewasservorwärmers
abgasseitig hintereinander angeordnet, so daß die vom Speisewasser an zweiter Stelle
durchströmte Heizflächengruppe von den Abgasen zuerst berührt wird.
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Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß erstens eine Umschaltung
der beiden Vorwärmerstränge wasserseitig überflüssig wird und daß weder eine unzulässig
hohe Beheizung und Dampfbildung im Vorwärmer auftreten kann, noch die im Speisewasser
vorhandene Wärme der Luftvorwärmung entzogen wird.
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Der von den beiden Abhitzekesseln erzeugte Dampf kann aus der gemeinsamen
Ausdampftrommel entnommen und nacheinander in ein- oder mehrfachem Wechsel durch
je eine oder mehrere - den beiden Kesseln
abgasseitig vorgeschaltete
- Überhitzergruppen ge-' führt werden.
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Wenn es die räumlichen Verhältnisse gestatten, werden die dem Ofen
zugeordneten beiden Kamine tunlichst nahe am Ofen derart zusammengeführt, daß sie
einen gemeinsamen, durch- eine gemeinsame Kaminwand unterteilten Kanalblock bilden.
In diesem Falle werden die verschiedenen Heizflächenarten, d. h. also jeweils der
Verdampfer, der Speisewasservorwärmer und der Überhitzer für beide Abhitzekessel,
in je einem durchlaufenden, gemeinsamen Strang hintereinandergeschaltet, der in
ein- oder mehrfachem Wechsel die beiden Kamine derart durchsetzt, daß jeweils einer
Beheizung durch die Abgase eine Abkühlung durch die Verbrennungsluft folgt, und
umgekehrt.
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Die Anlage wird dadurch Wasser- bzw. dampfseitig erheblich verbilligt
und besser übersichtlich. Darüber hinaus ist der Gesamtwärmeaustausch zwischen den
Abgasen und der Verbrennungsluft des Ofens wesentlich erleichtert.
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Da die Wände der beiden Abgas- bzw. Luftkanäle (Kamine) vorzugsweise
aus Blech hergestellt sind, die innen mit einer Hochtemperatur-Isolierschicht und
außen mit einer Tieftemperatur-Isolierung - gegebenenfalls mit weiterer Blechaußenabdeckung
-versehen sind, empfiehlt es sich, die Wände auf der Innenseite in an sich bekannter
Weise mit wasser-bzw. dampfdurchströmten Rohren der Abhitzekessel zu belegen, um
sie vor Temperaturschwankungen und gegebenenfalls vor zu hohen Temperaturen zu schützen.
Dies erscheint besonders für die obenerwähnte gemeinsame Trennwand zwischen den
beiden zu einem Kanalblock vereinigten Kamine notwendig.
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Die Zeichnung stellt in zwei Abbildungen zwei verschiedene Ausführungen
des Erfindungsgegenstandes schematisch dar. In Abb. 1 ist eine übliche Anlage mit.
getrennten Kaminen und in Abb.2 eine solche mit zu einem gemeinsamen Kanalblock
zusammengezogenen Kaminen dargestellt. Für beide Abbildungen gelten folgende Bezeichnungen
gemeinsam: Es sind zwei Kamine 1 und 2 vorhanden, von denen Kamin 1 in .der Darstellung
-gerade die Verbrennungsluft zuführt, während Kamin 2 das Abgas abführt. Der Industrieofen
ist (in -Abb. 1) mit 3 bezeichnet. Durch den Kanal 4 tritt, die Verbrennungsluft
in den Ofen ein, und die Abgase verlassen denselben durch den Kanal 5. In diese
beiden Kanalstücke sind .die Hochtemperatur-Regenerätoren 4 a .und 5 a schematisch
eingezeichnet. .
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Die Abhitzekesselanlage besteht zunächst aus der gemeinsamen Ausdampftrommel6
und der Kesselwasserumwälzpumpe 7 sowie der Speisepumpe B. Die Verdampfungsheizflächen
sind allgemein mit 9 bezeichnet, während die Frischwassergruppen des Speisewasservorwärmers
mit 10 und dieWarmwassergruppen mit 11 markiert sind. Die Überhitzer-Heizflächengruppen
tragen die Bezeichnung 12. Aus den Abbildungen geht die Schaltung völlig eindeutig
hervor, so daß eine nähere Beschreibung nicht erforderlich ist. -Die Leitungen für
Wasser und Dampf sind folgendermaßen bezeichnet: Die- Speisewasserdruckleitung mit
13, die Heißwasserverbindungsleitung zwischen Vorwärmer und Kesseltrommel mit 14.
Beide Leitungen verzweigen sich auf die beiden vorhandenen Wasserhauptstränge. Die
Verbindungsleitungen zwischen der Frischwassergruppe 10 und der Warmwassergruppe
11 sind für beide- Hauptstränge mit 20 bezeichnet und kreuzen einander. In der Abb.
2 fallen sie naturgemäß weg. Die Verdampfergruppen 9 werden durch die Umwälzpumpe
7 über die Falleitung 15 von der Kesseltrommel her mit Kesselwasser versorgt und
geben das abgekühlte Kesselwasser (in der Zeichnung: links) bzw. das Dampfwassergemisch
(in der Zeichnung: rechts) zur Kesselausdämpftrommel 6 ab. Die Sattdampfentnahmeleitung
17 aus der Kesseltrommel führt zur ersten Überhitzergruppe, die ihrerseits mit der
zweiten Gruppe durch die Verbindungsleitung 18 verbunden ist. Der Heißdampf strömt
durch die Leitung 19 zur Verbrauchsstelle bzw. gegebenenfalls zu einem besonders
beheizten Nachüberhitzer (S ammelüberhitzer) .
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In der Abb. 2 ist die gemeinsame Trennwand zwischen .den beiden von
den Kaminen gebildeten Kesselgehäusen mit 21 bezeichnet. Die in der Abb.2 dargestellten
Schlangenformen sind natürlich nicht für die wirkliche Ausführung maßgeblich. In
Wahrheit wird ein Durchtritt durch -die Trennwand 21 - bzw. durch die Kanalwände
überhaupt - immer erst nach mehrfachem Hin- und Hergang der Rohrschlangen in einem
der beiden Kamine und gegebenenfalls auch erst nach der Zusammenfassung mehrerer
parallel geschalteter Rohre durchgeführt werden.