DE1204353B - Device for heating air and / or gas - Google Patents
Device for heating air and / or gasInfo
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- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
- F28D7/163—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with conduit assemblies having a particular shape, e.g. square or annular; with assemblies of conduits having different geometrical features; with multiple groups of conduits connected in series or parallel and arranged inside common casing
- F28D7/1669—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with conduit assemblies having a particular shape, e.g. square or annular; with assemblies of conduits having different geometrical features; with multiple groups of conduits connected in series or parallel and arranged inside common casing the conduit assemblies having an annular shape; the conduits being assembled around a central distribution tube
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Description
Einrichtung zur Erhitzung von Luft und/oder Gas Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erhitzung von Luft und/oder Gas durch mit einer Brennereinrichtung erzeugtes Rauchgas, bestehend aus einem im wesentlichen kreiszylindrischen Gehäusemantel, innerhalb dessen eine Brennkammer mit einem als Injektordüse ausgebildeten Rauchgasauslaß, der in eine Venturidüse mit anschließendem Mischraum mündet, angeordnet ist und bei der die das wärmeaufnehmende Medium führenden Wärmetauscherrohre in kreisringförmigen, zueinander und zum Gehäusemantel konzentrischen Ebenen liegen.Device for heating air and / or gas The invention relates on a device for heating air and / or gas through with a burner device generated flue gas, consisting of an essentially circular cylindrical housing jacket, inside which a combustion chamber with a smoke gas outlet designed as an injector nozzle, which opens into a Venturi nozzle with a subsequent mixing chamber, is arranged and in which the heat exchanger pipes carrying the heat-absorbing medium are arranged in circular, planes that are concentric to each other and to the housing jacket.
Heizeinrichtungen dieser Art können unter anderem für die Lieferung von Heißluft nach Kupol-oder anderen mit Verbrennungsluftvorwärmung arbeitenden Öfen verwendet werden; sie können auch zum Erhitzen von Gasen für verschiedene industrielle Zwecke dienen.Heating devices of this type can be used, among other things, for delivery from hot air to cupola or other working with combustion air preheating Ovens are used; They can also be used to heat gases for various industrial purposes Serving purposes.
Die Verbrennungsprodukte der gewöhnlich zur Anwendung kommenden Kohlenwasserstoff-Brennstoffe, wie beispielsweise Kohlegas, Ölbrennstoff, Paraffinöl, pulverisierte Kohle oder Emulsionen von pulverisierter Kohle in Öl, werden bei einem guten Verbrennungswirkungsgrad bei Temperaturen erzeugt, die so hoch liegen, daß eine Verdünnung mit kälteren Gasen geboten ist, bevor sie in Wirkberührung mit Metallteilen, wie beispielsweise den Rohren des Wärmetauschersystems, kommen dürfen. Ähnliche überlegungen können mitunter in Betracht kommen, wenn heiße Gase von einer außen gelegenen Lieferquelle her, z. B. Abgase aus industriellen Arbeitsverfahren, als Heizmedium verwendet werden.The combustion products of commonly used hydrocarbon fuels, such as coal gas, oil fuel, paraffin oil, powdered coal or Emulsions of pulverized coal in oil are found to have good combustion efficiency generated at temperatures so high that dilution with colder gases is advised before they come into operative contact with metal parts, such as the Pipes of the heat exchanger system. Similar considerations can sometimes be found come into consideration if hot gases come from an external supply source, z. B. exhaust gases from industrial work processes can be used as a heating medium.
Bei der Erfindung werden an sich bekannte Einrichtungen für die Beimischung von in einem Wärmetauscher bereits abgekühlten Rauchgasen zu beispielsweise aus einer Brennkammer kommenden heißen Rauchgasen verwendet, ähnlich wie dies bei einer bekannten Einrichtung der Fall ist, wo ein Teil des Rauchgases, welches den Wärmetauscher durchströmt hat, zu einer Kammer unterhalb dem Wärmetauscher zurückgeführt wird, in welcher es mit frischem Rauchgas gemischt wird. Damit wird letzteres durch das zugeführte, im Wärmetauscher bereits abgekühlte Rauchgas auf eine dem Gewichtsverhältnis und den Einzeltemperaturen der beiden Rauchgasteile entsprechende Mischtemperatur vor Eintritt in den Wärmetauscher abgekühlt.In the invention, known devices for admixture from flue gases already cooled in a heat exchanger to, for example hot flue gases coming from a combustion chamber are used, similar to that of a known device is the case, where part of the flue gas, which the heat exchanger has flowed through, is returned to a chamber below the heat exchanger, in which it is mixed with fresh flue gas. The latter is thus supported by the supplied, already cooled in the heat exchanger flue gas to a weight ratio and the mixed temperature corresponding to the individual temperatures of the two flue gas parts cooled before entering the heat exchanger.
Diese bekannte Einrichtung ist jedoch in ihren baulichen Abmessungen groß und aufwendig.However, this known device is in its structural dimensions large and complex.
Der Hauptzweck der Erfindung ist die Schaffung eines sehr kompakten Aufbaus, welcher gleichzeitig einen genügend langen Mischraum liefert, um ein vollständiges Mischen des frischen Rauchgases mit dem rezirkulierten Rauchgas zu gewährleisten, da Nachforschungen ergeben haben, daß für diesen Zweck für die Mischstrecke ein Verhältnis zwischen Länge und Durchmesser von mindestens 7 zu 1 erforderlich ist.The main purpose of the invention is to create a very compact one Structure, which at the same time provides a sufficiently long mixing space to create a complete To ensure mixing of the fresh flue gas with the recirculated flue gas, since research has shown that for this purpose the mixing line is one Ratio between length and diameter of at least 7 to 1 is required.
Bei der bekannten Einrichtung wird die Energie für die Zirkulation durch Injizieren des gekühlten Rauchgases in das frische Rauchgas erhalten. Dagegen wird gemäß der Erfindung die umgekehrte Anordnung vorgezogen, da sie leistungsfähiger ist. Hier wird nämlich das frische Rauchgas in die Mischkammer injiziert und das gekühlte Rauchgas durch ein Venturirohr angesaugt. Dieses Merkmal wird aber nicht als an sich neu beansprucht.In the known device, the energy is used for circulation obtained by injecting the cooled flue gas into the fresh flue gas. Against it the reverse arrangement is preferred according to the invention, since it is more efficient is. Here the fresh flue gas is injected into the mixing chamber and that cooled flue gas sucked in through a venturi tube. But this feature will not as newly claimed in itself.
Die erfindungsgemäße Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Wärmetauscherrohre in an sich bekannter Weise parallel zur Achse der Brennereinrichtung, die sich mit ihrem Mischraum bis nahe an einen einen Ringraum begrenzenden Rohrboden erstreckt, verlaufen und daß eine Zumischeinrichtung für die Rauchgasrückführung bei der Brennereinrichtung im wesentlichen innerhalb des die Rauchgase führenden Ringraumes konzentrisch zu den Wärmetauscherrohren angeordnet ist.The device according to the invention is characterized in that the Axes of the heat exchanger tubes in a manner known per se parallel to the axis of the Burner device with its mixing chamber close to an annular chamber limiting tube sheet extends, and that an admixing device for the flue gas recirculation in the burner device essentially within the the annular space leading the flue gases arranged concentrically to the heat exchanger tubes is.
Das rohrförmige Wärmetauschersystem arbeitet nach dem Gegenstromsystem, wodurch ein Rekuperativ -Wärmeaustausch erreicht wird; jedoch kann gemäß einem Merkmal der Erfindung die zu erwärmende Luft oder das Gas, bevor sie oder es in das eigentliche rohrförmige Wärmetauschersystem eintritt, durch ein Mantelstück hindurchgeschickt werden, welches die Injektor-Düsen-Heißgas-Generator-oder -Aufnahme-Kammer zwecks Kühlung der letzteren umgibt, wobei die so abgeführte Wärme dazu dient, diese Luft oder das Gas vorzuwärmen, bevor sie bzw. es in das rohrförmige Wärmetauschersystem eintritt.The tubular heat exchanger system works according to the counterflow system, making a recuperative -Heat exchange is achieved; however can according to a feature of the invention, the air to be heated or the gas before it or it enters the actual tubular heat exchanger system through a jacket piece be sent through, which the injector-nozzle-hot gas generator or receiving chamber for the purpose of cooling the latter, the heat so dissipated serving to this Preheat the air or gas before it enters the tubular heat exchanger system entry.
Eine solche Anordnung ist, wenn sie bei einem Luft- oder Gaserhitzer mit einer Rauchgas erzeugenden Brennkammer zur Anwendung kommt, geeignet, die Gefahr des Schmelzens der Innenseite der Refraktions-Innenauskleidung der Brennkammer herabzusetzen, welche auftreten könnte, wenn die Innenauskleidungswandung stark genug wäre, um die Wärmeverluste von der Brennkammer her auf vernachlässigbare Verhältnisse herabzusetzen, wobei darauf hingewiesen sei, daß es nicht beabsichtigt ist, Verdünnungsluft in überschuß zu derjenigen, welche für vollständige Verbrennung notwendig ist, nach der Brennkammer zu leiten. Dadurch, daß eine ,dünnere Refraktionswandung vorgesehen wird, welche einen beabsichtigten kleinen Wärmeverlust von der Brennkammer her zuläßt, kann ein genügender Temperaturabfall in der Refraktionswandung aufrechterhalten werden, so daß ein Schmelzen an ihrer Innenseite verhindert wird.Such an arrangement is when it comes to an air or gas heater with a flue gas generating combustion chamber is used, suitable the danger reduce the melting of the inside of the refractive inner lining of the combustion chamber, which could occur if the inner liner wall were strong enough to reduce the heat losses from the combustion chamber to negligible proportions, it should be noted that it is not intended to use dilution air in excess to that which is necessary for complete combustion to direct the combustion chamber. In that a, thinner refraction wall is provided which allows an intended small heat loss from the combustion chamber, can maintain a sufficient temperature drop in the refraction wall so that melting on their inside is prevented.
Die Erfindung soll nunmehr ausführlicher an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung erläutert werden, und zwar zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Luft- oder Gaserhitzer, F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in F i g. 1, F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in F i g. 1, während F i g. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in F i g. 1 wiedergibt.The invention will now be described in more detail with reference to it, for example reproducing drawing are explained, namely shows F i g. 1 shows a longitudinal section by an air or gas heater according to the invention, FIG. 2 a longitudinal section the line II-II in F i g. 1, Fig. 3 shows a section along the line III-III in F. i g. 1, while F i g. 4 shows a section along the line IV-IV in FIG. 1 reproduces.
Gemäß den F i g. 1 bis 4 weist der Luft- (oder Gas-) Erhitzer ein zylindrisches Gehäuse 10 auf, in dessen einer Endplatte ein Auslaß 11 für erhitzte Luft (oder Gas) - im folgenden der Einfachheit halber als »Luft« bezeichnet - vorgesehen ist. In dem anderen Ende des Gehäuses ist gleichachsig eine zylindrische Brennkammer 12 vorgesehen, welche mit Refraktions- oder Wärmeaufnahme-Werkstoff 13 ausgekleidet und mit den üblichen, nicht dargestellten Mitteln zum Einbringen und Verbrennen eines gasförmigen oder flüssigen Brennstoffs in atmosphärischer oder sauerstoffangereicherter Luft versehen ist, wobei die Verbrennungsluft vorteilhaft unter überatmosphärischen Druck zugeführt wird.According to FIGS. 1 to 4, the air (or gas) heater has a cylindrical housing 10, in one end plate of which an outlet 11 for heated air (or gas) - hereinafter referred to as "air" for the sake of simplicity - is provided. In the other end of the housing a coaxial cylindrical combustion chamber 12 is provided, which is lined with refraction or heat absorption material 13 and is provided with the usual, not shown, means for introducing and burning a gaseous or liquid fuel in atmospheric or oxygen-enriched air, with the combustion air is advantageously supplied under superatmospheric pressure.
Das Gehäuse ist weiterhin versehen mit einem Einlaß 14 für zu erhitzende Luft und einem Auslaß 15 für verbrauchte heiße gasförmige Verbrennungsprodukte aus der Verbrennungskammer sowie mit Explosions- (oder Über-) Druck-Entlastungs-Ventilen 16 und 17.The housing is further provided with an inlet 14 for air to be heated and an outlet 15 for spent hot gaseous combustion products from the combustion chamber and with explosion (or over) pressure relief valves 16 and 17.
Die Brennkammer 12 läuft in eine Injektordüse 18 aus, welche gasförmige Verbrennungsprodukte von hoher Temperatur in das Einlaßende eines gleichachsigen Venturirohres 19 ausstößt, dessen Auslaßende mit einem langen Ansatzrohr 20 (Mischraum) versehen ist. Die Brennkammer und die Düse sind von einem gleichachsigen Rohr 21 umgeben, welches eine ringförmige Hülse rund um die Verbrennungskammer und die Düse bildet. Der Teil dieser Hülse, welcher die Düse umgibt, steht über Öffnungen 22 mit einem Luft-Sammelraum 23 in Verbindung, welcher mit dem Lufteinlaß 14 verbunden ist und von Schottwänden 24 und 25 begrenzt wird, während das Ende der Hülse, welches der Düse abgewandt ist, über Öffnungen 26 mit einem zweiten nachgeschalteten Luft-Sammelraum 27 in Verbindung steht, welcher die Verbrennungskammer umgibt und durch eine Gehäuse-Endplatte 28, einen Rohrboden 29 und eine innere zylindrische Wand 30 begrenzt ist. Zwischen der zweiten Schottwand 25 und dem Rohrboden 29 und zwischen dem äußeren Gehäuse 10 und der zylindrischen Wand 30 ist ein Sammelraum 31 vorgesehen, welcher mit dem Auslaß 15 für abgekühltes Rauchgas in Verbindung steht.The combustion chamber 12 runs out into an injector nozzle 18 which ejects gaseous combustion products of high temperature into the inlet end of an equiaxed Venturi tube 19, the outlet end of which is provided with a long extension pipe 20 (mixing chamber). The combustion chamber and the nozzle are surrounded by an equiaxed tube 21 which forms an annular sleeve around the combustion chamber and the nozzle. The part of this sleeve which surrounds the nozzle communicates via openings 22 with an air collecting space 23 which is connected to the air inlet 14 and is delimited by bulkheads 24 and 25 , while the end of the sleeve which faces away from the nozzle , communicates via openings 26 with a second downstream air collecting space 27 which surrounds the combustion chamber and is delimited by a housing end plate 28, a tube sheet 29 and an inner cylindrical wall 30 . Between the second bulkhead wall 25 and the tube sheet 29 and between the outer housing 10 and the cylindrical wall 30 , a collecting space 31 is provided which is in communication with the outlet 15 for cooled flue gas.
Der Heißluftauslaß 11 ist mit einem Luftauslaß-Sammelraum 32 verbunden, welcher durch eine Endplatte 33, eine zylindrische Wand 34 und einen Rohrboden 35 begrenzt ist, welcher hinter dem Rauchgasauslaß des Mischraums 20 angeordnet ist.The hot air outlet 11 is connected to an air outlet collecting space 32 which is delimited by an end plate 33, a cylindrical wall 34 and a tube sheet 35 which is arranged behind the smoke gas outlet of the mixing space 20.
Der ringförmige Raum 39, der innerhalb des das Venturirohr 19 umgebenden Gehäuses und dem Mischraum 20 liegt und durch die Schottwand 24 und den Rohrboden 35 begrenzt ist, bildet den Heißgas-Umlaufraum (Ringraum) des rohrförmigen Wärmetauschers. In diesem Raum sind Rohre 36 angeordnet, welche zur Achse des Gehäuses 10 parallel sind und vom Rohrboden 29 zum Rohrboden 35 führen. Der Mischraum 20 ist in Schott- oder Querwänden 37 abgestützt, welche Öffnungen zur Durchführung der Rohre 36 aufweisen. Jedes Rohr 36 ist dort, wo es durch den Luft-Sammelraum 23 hindurchführt, von einem gleichachsigen größeren Rohr 38 ummantelt, welches von der Schottwand 25 zu der Schottwand 24 führt und eine Verbindung zwischen dem Ringraum 39 und dem Rauchgas-Sammelraum 31 für abgekühltes Rauchgas herstellt.The annular space 39, which lies within the housing surrounding the Venturi tube 19 and the mixing space 20 and is delimited by the bulkhead 24 and the tube sheet 35, forms the hot gas circulation space (annular space) of the tubular heat exchanger. Pipes 36 are arranged in this space, which are parallel to the axis of the housing 10 and lead from the tube sheet 29 to the tube sheet 35 . The mixing space 20 is supported in bulkheads or transverse walls 37, which have openings for the pipes 36 to pass through. Each pipe 36 is encased where it passes through the air plenum 23 by a coaxial larger pipe 38 which leads from the bulkhead 25 to the bulkhead 24 and a connection between the annular space 39 and the flue gas plenum 31 for cooled flue gas manufactures.
Die Düse 18 und das Venturirohr 19 bilden eine Saugeinrichtung nach Art einer Wasserstrahlpumpe, bei der die mit hoher Geschwindigkeit aus der Düse 18 austretenden heißen Rauchgase aus dem Ringraum 39 bereits an den Wärmetauscherflächen der Rohre 36, durch die das zu erwärmende Medium strömt, abgekühltes, vom Mischraum 20 zum Rauchgasaustritt 15 rückströmendes Rauchgas ansaugen. Diese Rauchgase sind in dem Mischraum 20 mit den heißen Rauchgasen des Düsenstrahls gemischt worden und an dessen Auslaß in den Ringraum 39 ausgetreten. Somit ist durch das Venturirohr 19, den Mischraum 20 und den Ringraum 39 des Wärmetauschers ein fortlaufender Umlauf von gasförmigen Verbrennungsprodukten hergestellt worden, dessen Massestrom größer und dessen Durchschnittstemperatur niedriger als derjenige des Düsenstrahles ist. Dagegen ist die Wärmemenge der Verbrennungsprodukte, die zur Übertragung auf die zu erhitzende Luft zur Verfügung steht, erhalten geblieben. Würde man dagegen zum Zwecke der Temperaturabsackung der direkt aus der Brennkammer 12 über die Düse 18 austretenden heißen Rauchgase diesen anstatt bereits im Wärmetauscher rückgekühltes Rauchgas atmosphärische Luft beimischen, so würde dies eine Vergeudung an Wärme bedeuten, und zwar in der Größenordnung der Wärmemenge, die erforderlich wäre, um die atmosphärische Luft von ihrer Ausgangstemperatur auf die Temperatur zu erhöhen, die die abströmenden Rauchgase in der Zone der Eintrittsöffnung der Venturidüse 19 aufweisen.The nozzle 18 and the Venturi tube 19 form a suction device in the manner of a water jet pump, in which the hot flue gases exiting at high speed from the nozzle 18 from the annular space 39 are already cooled on the heat exchanger surfaces of the tubes 36 through which the medium to be heated flows. suck in backflowing flue gas from the mixing chamber 20 to the flue gas outlet 15. These flue gases have been mixed in the mixing space 20 with the hot flue gases of the nozzle jet and emerged into the annular space 39 at its outlet. Thus, through the venturi 19, the mixing chamber 20 and the annular chamber 39 of the heat exchanger, a continuous circulation of gaseous combustion products has been established, the mass flow of which is greater and the average temperature of which is lower than that of the nozzle jet. In contrast, the amount of heat from the combustion products that is available for transfer to the air to be heated has been retained. If, on the other hand, one were to add atmospheric air to the temperature of the hot flue gases exiting directly from the combustion chamber 12 via the nozzle 18 instead of the flue gas already cooled in the heat exchanger, this would mean a waste of heat, in the order of magnitude of the amount of heat required would be in order to increase the atmospheric air from its initial temperature to the temperature that the outflowing smoke gases have in the zone of the inlet opening of the Venturi nozzle 19 .
Die zu erhitzende Luft gelangt in den Einlaß-Sammelraum 23, wo sie über die Rohre 38 hinwegstreicht, durch welche teilweise abgekühlte gasförmige Verbrennungsprodukte von dem Ringraum 39 nach dem Verbrauchsgas-Sammelraum 31 strömen, wodurch eine Luftvorwärmung erzielt wird. Dann strömt die Luft durch die Hülse 21, wobei sie zum Kühlen der Verbrennungskammer 12 und der Düse 18 dient und dabei selbst weiter erhitzt wird, in den Zwischen-Luftsammelraum 27. Von dort strömt die Luft durch die Rohre 36 des Haupt-Wärmetauschersystems in den Luftauslaß-Sammelraum 32, und zwar im Gegenstrom zu den heißen Verbrennungsprodukten, welche durch den Ringraum 39 und die Rohre 38 strömen. Hierbei wird die Luft auf die erforderliche Temperatur erhitzt.The air to be heated enters the inlet plenum 23, where it sweeps over the pipes 38 through which partially cooled gaseous combustion products flow from the annular space 39 to the consumable gas plenum 31, thereby preheating the air. The air then flows through the sleeve 21, where it serves to cool the combustion chamber 12 and the nozzle 18 and is itself further heated, into the intermediate air plenum 27. From there, the air flows through the tubes 36 of the main heat exchanger system into the Air outlet plenum 32, countercurrent to the hot combustion products flowing through annulus 39 and tubes 38. Here the air is heated to the required temperature.
Claims (2)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB1204353X | 1953-08-21 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1204353B true DE1204353B (en) | 1965-11-04 |
Family
ID=10882211
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEF15514A Pending DE1204353B (en) | 1953-08-21 | 1954-08-19 | Device for heating air and / or gas |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1204353B (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US1083345A (en) * | 1912-07-08 | 1914-01-06 | John F Wolvin | Furnace. |
DE478137C (en) * | 1924-09-23 | 1929-06-18 | Brown Broveri & Cie Ag | Underfiring for overheaters, steam generators, water preheaters, etc. Like. With return of flue gases from the exhaust duct into the combustion chamber |
FR885217A (en) * | 1941-10-04 | 1943-09-08 | Mont Kessel | Steam boiler hearth |
-
1954
- 1954-08-19 DE DEF15514A patent/DE1204353B/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US1083345A (en) * | 1912-07-08 | 1914-01-06 | John F Wolvin | Furnace. |
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