DE1139601B - Keramischer Rekuperator - Google Patents

Keramischer Rekuperator

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DE1139601B
DE1139601B DEW28158A DEW0028158A DE1139601B DE 1139601 B DE1139601 B DE 1139601B DE W28158 A DEW28158 A DE W28158A DE W0028158 A DEW0028158 A DE W0028158A DE 1139601 B DE1139601 B DE 1139601B
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DE
Germany
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recuperator
pipe
columns
flanges
tubular
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DEW28158A
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English (en)
Inventor
Wilhelm Sommerer
Hellmut Venus
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Westofen GmbH
Original Assignee
Westofen GmbH
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21BMANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B9/00Stoves for heating the blast in blast furnaces
    • C21B9/10Other details, e.g. blast mains
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/04Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of ceramic; of concrete; of natural stone

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Description

  • Keramischer Rekuperator Die Erfindung beizeht sich auf einen keramischen Rekuperator, bei dem im Abstand voneinander angeordnete senkrechte Rohrsäulen zur Führung des einen Strömungsmittels, überlicherweise der Flugasche mitführenden Abgase, und die zwischen diesen Rohrsäulen vorhandenen Durchlässe zur Führung des anderen Strömungsmittels, der vorzawärmenden Verbrennungsluft, dienen, wobei die Rohrsteine zur Bildung der Durchlässe mit an ihren Enden angeordneten ein Sechseck bildenden Auskragungen aneinanderstoßen. Ein solcher Rekuperator ist insbesondere für Industrieöfen, beispielsweise Siemens-Martin-Öfen, geeignet.
  • Zum Aufbau solcher Rekuperatoren dienten bisher für die Rohrsäulen Rohrsteine mit an ihrem einen Ende vorgesehenen Muffen, in die sich das andere glatte Ende des nächsthöheren Steines einschob. Für die Einhaltung des Abstandes dieser Säulen voneinander bzw. für die Schaffung der Durchlässe zur Führung des anderen Strömungsmittels und auch zum Stützen der Säulen wurden auf die Muffenvorsprünge waagerechte Platten aufgelegt. Diese Platten bildeten gleichzeitig die Leitwände für das Führen des wärmeaufnehmenden Mittels durch den Rekuperator. An Stelle der mit einem Rohrende fest verbundenen Muffe hat man auch selbständige muffenförmig ausgebildete Rohrstücke vorgeschlagen, in deren Ausnehmungen sich die glatten Enden zweier übereinanderstehender Rohrsteine einschoben. Die als Stütz- und Leitwände dienenden Platten wurden zwischen diese Muffenstücke in hierzu vorgesehene Ausnehmungen eingelegt.
  • Auch hat man schon die selbständigen muffenförmigen Rohrstücke oder nach einem anderen Vorschlag die mit den Enden eines Rohrsteines fest verbundene Muffe mit einer wabenförmigen (sechseckigen) äußeren Begrenzung versehen, wobei diese Muffen gleichzeitig Abstandshalter für die Rohrsäulen und Leitflächenbildner in den Durchlässen zwischen den Rohrsäulen waren.
  • Die bei diesen Rekuperatoren bisher als Dichtung für die Rohrsteine der Rohrsäulen dienenden Muffen wiesen aber für die Bauweise und die Leistungsfähigkeit solcher Rekuperatoren eine Reihe wesentlicher Nachteile auf.
  • Die Vielzahl von einzelnen Bauelementen, nämlich die Muffenrohre und die waagerechten Platten oder die in den einzelnen Rohrsäulen zwischen Rohrsteinen eingelegten muffenförmigen Rohrstücke mit ihren waagerechten Platten, erschwert den Aufbau des Rekuperators und gefährdet seine Standfestigkeit.
  • Die Leistungsfähigkeit des Rekuperators hängt von der dichten Verbindung zwischen den in den Rohrsäulen übereinanderstehenden Rohrsteinen und weiter von der Erzielung möglichst geringer Durchlaßquerschnitte zwischen den Rohrsäulen ab. Von den bei der bisherigen Muffenverbindung vorhandenen mehreren treppenförmig angeordneten Dichtungsflächen besitzt überlicherweise nur eine, dabei schmale Fläche praktische Bedeutung für die Dichtung. Bei den hier erforderlichen keramischen Rohrsteinen bringt es der Formufigs- und Brennprozeß der Rohrsteine und die infolge der Betriebstemperatur des Rekuperators sich ergebende Wärmedehnung mit sich, daß die Rohrsteine nur an einer der beiden gleichlaufenden (waagerechten) Flächen aneinanderstoßen. Für die zwischen diesen beiden Flächen liegende senkrechte Muffenfläche muß, materialbedingt, ein Spielraum belassen bleiben, für den als Dichtungsmittel Mörtel vorgesehen ist. Diese Mörteldichtung wird aber durch das ständige Arbeiten des keramischen Materials infolge der periodisch wechselnden Betriebsternperatur frühzeitig gelockert. Zudem können bei Verformungen, die sich während des Betriebes in den Rohrsäulen ergeben, Seitenkräfte auftreten, die den Muffenrand aussprengen.
  • Diese Nachteile werden bei dem erfindungsgemäßen Rekuperator dadurch vermieden, daß die gesamte Stirnfläche an den beiden Enden der Rohre aus einer in einer Ebene liegenden Planffäche in Form von Flanschen unter Vermeidung von zylindrischen Zentrierungsflächen besteht. In den Planflächen ist lediglich eine zentrische Rille ausgespart, in die eine elastische Dichtung eingelegt werden kann. Diese Flansche dienen in bekannter Weise, an ihrer äußeren Begrenzung als Sechseck ausgebildet, gleichzeitig als Abstandshalter für die Rohrsäulen und als Leitflächen für das zwischen den Rohrsäulen strömende Medium, üblicherweise die vorzuwärmende Verbrennungsluft.
  • Mit diesen im Verhältnis zur Wandstärke der Rohre um ein Vielfaches größeren, in, einer Ebene liegenden Planflächen (Flanschen) ist eine breite, vollflächige, unter der Wirkung des Gewichtsdruckes der Rohrsäule stehenden Dichtfläche geschaffen, die mit der zusätzlichen, in die zentrische Rille eingelegten elastischen Dichtung eine absolute Dichte der Rohrsäule an den Stößen der Rohrsteine gewährleistet. Auftretende seitliche Kräfte können sich frei auswirken. Die eingelegte Dichtung vermag sich infolge ihrer Elastizität auch bei auftretenden seitlichen Kräften so weit zu verformen, daß sie radiale Verschiebungen der Rohre gegeneinander zuläßt, ohne auf die Rohre oder ihr Verbindungsglied zerstörende Kräfte ausüben zu können.
  • Die vollflächige Dichtung der Planflächen ermöglicht, die Breite des Flansches gegenüber den Muffen gering zu halten, so daß die Rohrsäulen sehr nahe, nur geringe Durchlaßquerschnitte frei lassend,nebeneinandergestellt werden können.
  • Mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Rekuperator können gegenüber den Muffenrohren wesentlich mehr Rohrsäulen auf der gleichen Rekuperatorgrundfläche untergebracht werden. Der erreichte geringe Durchlaßquerschnitt zwischen den Rohrsäulen ermöglicht aber eine weitgehende Nutzung der Rohrheizfläche für das wärmeaufnehmende Mittel. Infolge der Verringerung der Durchlaßquerschnitte kann die Strömungsgeschwindigkeit der für den zugehörigen Ofen benötigten Luftmenge wesentlich erhöht werden, womit infolge der sich ergebenden turbulenten Strömung eine wirksame Steigerung des Wärmeüberganges an die die Rohrflächen bestreichende Luft erreicht wird. Diesen überhöhten Druck in dem die Rohrsäulen umgebenden Raum läßt die große Dichtfläche der Rohrenden zu.
  • Mit dieser Rekuperatorbauweise wird somit eine weit höhere Nutzung der Abgaswärine auf geringerer Rekuperatorgrundfläche unter vollkommener Dichte der Rohrsäulen bei einem im Vorwärmraum herrschendenhöherenDruck des Strömungsmittels gegenüber dem in den Rohrsäulen herrschenden Druck der abzuführenden Abgase erreicht.
  • Die Zeichnung veranschaulicht die erfindungsgemäße Rekuperatorbauweise an Hand eines Ausführungsbeispieles. Es zeigt Fig. 1 einen senkrechten Längsschnitt durch einen solchen Rekuperator nach der Linie a-b der Fig. 3, Fig. 2 einen senkrechten Querschnitt durch den Rekuperator nach der Linie c-d der Fig. 3, Fig. 3 einen waagerechten Schnitt durch den Rekuperator nach der Linie e-f der Fig. 1 und Fig. 4 und 5 je einen Längs- und Querschnitt durch das erfindungsgemäß ausgebildete Rekuperatorrohr. Bei diesem Rekuperator dienen in an sich bekannter Weise die senkrechten Rohrsäulen zur Führung der Flugasche mitführenden heißen Abgase, während die Verbrennungsluft die Durchlaßquerschnitte zu den Rohrsäulen in waagerecht angeordneten Zügen durchströmt.
  • Der erfindungsgemäße Rckuperator wird ausschließlich aus den Rohrsteinen 1 gebildet, die wie Fig. 4 und 5 in großem Maßstab zeigen, an ihren beiden Enden aus einer in einer Ebene liegenden Planfläche bestehende Flansche 2 besitzen. In den Planflächen ist die zur Aufnahme einer elastischen Dichtung dienende zentrische Rille 4 ausgespart. Die äußeren senkrechten Begrenzungsflächen3 der Flansche 2 bilden ein Sechseck. Als elastische Dichtung kann beispielsweise Asbestschnur dienen. Der Querschnitt des rohrförmigen Teiles 5 der Rohre 1 ist kreisförmig; er kann auch vieleckig, beispielsweise sechs- oder achteckig sein. Beim Aufbau des Rekuperators werden die Rohre 1 schichtweise mit den senkrechten Begrenzungsflächen ihrer Flansche 2, wie Fig. 3 veranschaulicht, aneinandergestellt. Das einer Muffe gegenüber wesentlich geringere Ausmaß der Flansche ermöglicht eine größere Anzahl von Rohren auf einer geringen Rekuperatorfläche unterzubringen bzw. infolge des geringen Flanschenausmaßes den günstigsten Durchlaßquerschnitt für das wärmeaufnehmende Mittel zu bestimmen.
  • Das einfache Aneinanderreihen der Flanschenrohrsteine in den einzelnen Schichten vereinfacht den Aufbau des Rekuperators. Die in einer Ebene liegende breite Flanschenfläche und die zusätzliche Dichtung der Rille 4 schaffen unter der Wirkung des Gewichtsdruckes der Rohrsäule die angestrebte absolute Dichte dieser Säulen; sie ermöglicht, die Strömungsgeschwindigkeit des wärmeaufnehmenden Mittels zu erhöhen. Durch den mit der Flanschendichtung erzielten geringen Abstand der Rohrsäulen voneinander kann Luftmenge und Strömungsgeschwindigkeit aufeinander abgestimmt werden.
  • Eine unterhalb der Flansche 2 zum Flansch hin sich erstreckende Querschnittsverstärkung der Rohrwand stützt die Flansche sowohl während des Herstellungsprozesses (formen, trocknen, brennen) der Rohrsteine als auch während ihres Transportes und gegen Temperaturbeanspruchungen bei Verwendung der Rohrsteine im Rekuperator.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Keramischer Rekuperator mit im Abstand voneinander angeordneten senkrechten Rohrsäulen für das eine Strömungsmittel und zwischen diesen Säulen vorhandenen, zur Führung des anderen Strömungsmittels dienenden Durchlässen, wobei die Rohrsteine zur Bildung der Durchlässe mit an ihren Enden angeordneten, ein Sechseck bildenden Auskragungen aneinanderstoßen, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Stirnfläche an den beiden Enden der Rohre (1) aus einer in einer Ebene liegenden Planfläche in Form von Flanschen (2) unter Vermeidung von zylindrischen Zentrierungsflächen besteht, wobei in den Planflächen eine zur Aufnahme einer elastischen Dichtung dienende zentrische Rille (4) ausgespart ist.
  2. 2. Rekuperator nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (1) unterhalb ihrer Flansche (2) eine zum Flansch hin sich erstrekkende Querschnittsverstärkung des Rohr-Wandquerschnittes besitzen. In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 249 919.
DEW28158A 1960-07-09 1960-07-09 Keramischer Rekuperator Pending DE1139601B (de)

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GB23766/61A GB923690A (en) 1960-07-09 1961-06-30 Improvements in and relating to the construction of recuperators
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GB249919A (en) * 1924-12-31 1926-03-31 Theodor Teisen Improvements in apparatus for effecting the transfer of heat between gases

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