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Verfahren und Vorrichtung zum Zuführen der Verbrennungsluft an die
Brenner eines Durchlaufwärmeofens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum gleichmäßigen
Zuführen der durch Wärmeaustausch vorgewärmten Verbrennungsluft an die mindestens
auf zwei Verbrennungszonen verteilten Brenner eines Durchlaufwärmeofens und eine
zum Durchführen dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung.
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In Durchlaufwärmeöfen, wie sie als Zwischenstationen bei der Verarbeitung
von Metall in Plattenform oder anderen großen Stücken eingesetzt werden, sollen
diese Teile auf für ihre Weiterverarbeitung geeignete, über ihr ganzes Volumen gleichmäßige
Temperatur gebracht werden. Um das zu erreichen, ist es wichtig, daß die für die
Wärmebehandlung erforderlichen Heizgase und die Verbrennungsluft entsprechend genau
und gleichmäßig, und zwar möglichst ohne nennenswerte Druck- oder Temperaturunterschiede
innerhalb der einzelnen Heizzonen sowie mit möglichst geringem Strömungswiderstand
in den Zufuhrleitungen zugeführt werden.
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Der Aufbau und die Betriebsweise der in Frage kommenden Durchlaufwärmeöfen
sind ebenso bekannt wie der Einsatz von Brennern und Steuervorrichtungen, die zur
Beschickung mit abgemessenen Mengen von Verbrennungsluft und Brennstoff verwendet
werden. Wegen der wesentlich größeren Brennstoffeinspeisung bei modernen Öfen jedoch,
die für größere Kapazitäten pro Einheit der Herdfläche ausgelegt sind, und wegen
des dementsprechend größeren Bedarfs an vorgewärmter Luft, ist es vorteilhafter
und im Laufe der Zeit auch wirtschaftlich ausführbar geworden, die Wärmeaustauscher
zur Luftvorwärmung in Form einer Anzahl paralleler Einheiten statt als Einzeleinheiten
auszubilden.
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Die Herstellung von Einrichtungen zum Sammeln der vorgewärmten Luft
aus mehreren Wärmeaustauschern - vorzugsweise in Rekuperatorform - und zum anschließenden
Abgeben der Luft an jede der Wärmezonen, wobei gleichmäßig geregelter Druck gewährleistet
sein muß, hat jedoch bisher wegen der verschiedenen Widerstände in den einzelnen
Wärmeaustauschern und in dem mit ihnen verbundenen Leitungsnetz ein schwieriges
Problem dargestellt. Diese unterschiedlichen Widerstände verursachen leicht Schwankungen
hinsichtlich der Temperaturen und Drucke der vorgewärmten Verbrennungsluft, wodurch
es außerordentlich schwierig wird, den zur Aufrechterhaltung des erforderlichen
genauen Brennstoff-Luft-Verhältnisses benötigten Luftstrom zu regulieren.
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Der Erfindung hat daher die Aufgabe zugrunde gelegen, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zu dessen Durchführung zu schaffen, womit es möglich ist, den
Brennern eines Durchlaufofens mit mehreren Aufheizzonen die zuvor durch Wärmeaustauscher
geleitete Verbrennungsluft gleichmäßig zuzuführen.
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Diese Aufgabe findet ihre Lösung nach der Erfindung durch folgende
Verfahrensstufen: a) Aufteilen der von der Ansaugstelle kommenden Verbrennungsluft
in Hauptströme, die längs des Ofens geführt werden; b) Verbinden zweier Hauptströme
durch mehrere quergerichtete Ströme, die in Längsrichtung der Hauptströme Abstand
voneinander haben; c) Abgeben der Verbrennungsluft unter Einzelregulierung der Durchflußmengen
aus den quergerichteten Strömen in jeweils einer Brennergruppe zugeordnete Sammelleitungen;
d) Zuführen der Verbrennungsluft aus den Sammelleitungen unter Einzelregulierung
der Durchflußmengen über Einzelleitungen an die Brennergruppen.
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Dabei wird die Verbrennungsluft, nachdem sie durch Wärmeaustausch
vorgewärmt ist, in zwei Ströme zusammengefaßt, von denen dann die Hauptströme abgezweigt
werden. Vorher wird die angesaugte Verbrennungsluft vorteilhafterweise an zwei
Wärmeaustauscher
geleitet, von denen jeweils einer die Aufwärmung der entlang einer Ofenseite geführten
Hauptströme übernimmt. Auch hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, daß die
angesaugte Verbrennungsluft zunächst in einen Behälter geführt und dann zu beiden
Wärmeaustauschem geführt wird.
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Eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens
bei einem Durchlaufwärmeofen, der eine längliche Heizkammer mit mehreren im Abstand
voneinander angeordneten Verbrennungszonen mit je einer Brennergruppe aufweist,
denen die Verbrennungsluft über ein Leitungssystem zugeführt wird, ist nach der
Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungssystem mehrere, längs des Ofens
verlaufende und mit der Ansaugseite in Verbindung stehende Hauptrqhre-umfaßt, von
denen jeweils zwei sich gegenüberliegende Hauptrohre durch Querrohre verbunden sind,
an die sich Verbindungsrohre anschließen, an denen Einrichtungen zur Regulierung
der Durchftußmenge angeordnet sind und. die in Sammelleitungen münden, von denen
zu den Brennern führende Einzelleitungen abgezweigt sind, an denen Regulierventile
vorgesehen sind. Im Zusammenhang mit der Anordnung der Wärmeaustauscher zum Aufheizen
der Verbrennungsluft ist diese Vorrichtung weiterhin gekennzeichnet' durch einen
dieAnsaugluft aufnehmendenBehälter, an dem die Kammern zweier Wärmeaustauscher über
gleichartige Leitungswege angeschlossen sind, durch jedem Wärmeaustauscher nachgeschaltete
Heißluftsammelleitungen und durch mit den Heißluftsammelleitungen in Verbindung
stehende Staubehälter, an welche die Hauptrohre unmittelbar oder über Verbindungsrohre
angeschlossen sind. An jeder Heißhiftsammelleitung ist ein Luftablaßventil vorgesehen,
das bei Überschreiten der zulässigen Temperatur der Wärmeaustauscher vorzugsweise
selbsttätig öffnet. Bei Öfen mit in verschiedenen Höhen liegenden Verbrennungszonen
können auf jeder Seite des Ofens mehrere übereinanderliegende Hauptrohre vorgesehen
sein, von denen jeweils zwei gegenüberliegende Hauptrohre und die daran angeschlossenen
weiteren Teile des Leitungssystems den Brennzonen einer Höhenlage zugeordnet sind.
Damit jede der Sammelleitungen, an die die einzelnen Brenner angeschlossen sind,
über ihre ganze Länge und an jedem Auslaß zu den einzelnen Brennern hin praktisch
einen gleichen Druck hält, weisen die Sammelleitungen an der Anschlußstelle der
Verbindungsleitungen einen maximalen Querschnitt auf, der zu ihren Enden hin gleichmäßig
abnimmt. Schließlich sind in den Verbindungsleitungen Durchflußmeßeinrichtungen,
beispielsweise mit Meßblenden, vorgesehen, die in Strömungsrichtung vor zugehörigen
Regulierventilen angeordnet sind.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
In dieser zeigt F i g. 1 einen vertikalen Längsschnitt durch einen Durchlaufwärmeofen
üblicher Bauart und F i g. 2 eine perspektivische Ansicht des Verbrennungsluft-Verteilungssystems
für die Brennergruppen, die gemäß F i g. 1 in Ofenlängsrichtung mit Abstand voneinander
angeordnet sind.
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In F i g. 1 ist der im Längsschnitt gezeichnete und allgemein' mit
1 bezeichnete Ofen mit einer Vor wärmzone 2, einer Aufheizzone 3 und einer Ausgleichzone
4 eingerichtet. In Längsrichtung durch die Ofenzonen hindurch verlaufen üblicherweise
mit Abstand voneinander angeordnete Schienen 5, auf denen die (nicht gezeichneten)
zu erwärmenden Platten bewegt werden. In F'i g. 1 rechts ist ein Auslaß 6 für Verbrennungsgase
gezeiQhn.et, wovon auf jeder Seite des Ofens einer vorgesehen ist, der zwecks Abfuhr
der Verbrennungsgase aus dem Ofen zum Schornstein. 7 führt, Innerhalb der
jeweiligen Heizzonen sind in geeigneter Weise die oberen und unteren Brerinergruppen
8 und 9 der Vorwärmzone 2 sowie die Brennergruppen 10 und 11 der Aufheizzone
3 und eine einzelne Brennergruppe 12 in der Ausgleichzone 4 angeordnet.
Anschließend an die Vorwärmzone 2 und -die Verbrennungsgasauslässe 6 -sind Wärmeaustauscher
13 vorgesehen, durch die die Verbrennungsabgase hindurch zum Schornstein 7 strömen,
wobei die Rekuperativ-Luftkammern 14 der Wärmeaustauscher benachbart liegen.
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Gemäß F i g. 2, die eine perspektivische Ansicht des Verbrennungsluftverteilungsaystems
darstellt, sind die Luftkammern 14 auf den Abgaswärmeaustauschern 13 so aufgebaut,
daß Wärmeübergang möglich ist. Die Kammern 14. bestehen aus hohlen geschlossenen
Teilen mit mehreren Leitungen 15; die das Innere der Kammern mit dem Inneren einer
Kaltluftsammelleitung 16 verbinden, die einen Einlaß 17 hat, der an ein (nicht
gezeichnetes) geeignetes Ventilatorgebläse angeschlossen ist. Das eine Ende 18 der
Sammelleitung 16 ist geschlossen, so daß die vom Einlaß 17 her eintretende und sich
stauende Kaltluft gleichförmig durch die Leitungen 15 auf jeder Seite in die mit
Abstand voneinander angeordneten Luftkammern 14 strömt. Aus jederKammer 14
strömt die Luft durch Leitungen 19 in eine benachbarte Heißluftsammelleituug 20,
die an beiden ein, ander entgegengesetzten Enden mit Abdeckungen 21, 22 versehen
ist. Die durch die Luftkammern strömende Luft wird über eine Anzahl von Rekuperator=
röhren 14A (F i g. 1) umgeleitet, die in die Wärmeaustausehkammexn 13 hinein hängen.
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An jede Abdeckung 22 der Sammelleitungen 20 ist ein Druckablaßventil23
angeschlossen, damit er= wärmte Luft in die Atmosphäre abgelassen werden kann, wenn
die Sicherheitstemperaturen der metallischen Bestandteile der Wärmeaustauscher überschritten
werden. Weitere Ausführungen zu den Ab,
laßventilen folgen weiter unten.
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Von jeder Sammelleitung 20 ragt nach unten hin ein Staubehälter
mit einem Oberteil 24, das Luft zu den Brennern oberhalb der Schienenbahn 5 liefert
und einem Unterteil 25, das Luft zu den Brennern unterhalb der Kufenbahn
5 liefert. Von jedem S.tau7 behälterteil 24 ragt nach vorne hin eine Leitung 26,
während sich unterhalb jeder Leitung 26, eine nach vorne hin laufende Leitung
27 befindet, die mit dem jeweiligen Staubehälterteil 25 verbunden ist. Die äußeren
Enden der Leitungen 26 sind durch eine Querleitung 28 miteinander verbunden. Zwischen
der Querleitung 28 und dem Staubehälter ist eine zweite Querleitung 29 vorgesehen,
die die beiden Leitungen 26 miteinander verbindet. Mitten zwischen den Enden der
Querleitung 29 liegen in Ofenlängsrichtung Leitungen 30. Jede Leitung 30 verbindet
den Mittelteil der Querleitung 29 mit dem Mittelteil einer Brennersammelleitung
31 und 31A, wobei zwischen den Enden jeder Leitung 30 eine. Strömungsmeßöffnung,
beispielsweise eine Meßblende, und relativ dazu: stromabwärts eine geeignete Form
eines Luft
regelventils 36A oder 36B vorgesehen ist. Jede Sammelleitung31
und 31A ist in ihrem Mittelteil dort, wo sich der Anschluß an die Leitung 30 befindet,
von maximalem Querschnitt und verjüngt sich davon ausgehend in einander entgegengesetzten
Richtungen bis auf einen minimalen Querschnitt an ihren Endabdeckungen 32. Der Mittelteil
der Querleitung 28 ist mit einer Leitung 35 verbunden, die zum Mittelteil der Sammelleitung
31B hin, läuft. Die Leitung 35 enthält neben der Sammelleitung ein geeignetes Luftregelventil
36. Die äußeren Enden der unteren Leitungen 27 sind durch eine quer angeordnete
Verbindungsleitung 33 miteinander verbunden. Auf einander gegenüberliegenden Seiten
verlaufen Leitungen 34 in Ofenlängsrichtung und verbinden den Mittelteil der Querleitung
33 mit den Brennersammelleitungen 31 C und 31 D. Jede der Verbindungsleitungen
30,34 und 35 ist mit einer Strömungsmeßöffnung versehen, die zwischen dem Luftregelventil
in der Leitung und dem Anschluß der Leitung an die zugeordnete Sammelleitung liegt.
Die Strömungsmeßöffnungen sind nicht gezeichnet, zumal solche öffnungen und ihre
Wirkungsweise in Verbindung mit Luftregelventilen allgemein bekannt sind.
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Die Brennersammelleitungen 31, 31A, 31B, 31C und 31D erzeugen von
jeweils beiden Sammelleitungsenden her einen Rückdruck, weil der lichte Innenquerschnitt
in der Mitte, wo die Verbindungsstelle mit der Verbindungsleitung liegt, maximal
ist und nach den beiden geschlossenen Endteilen hin abnimmt.
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Jede Brennersammelleitung weist in einer ihrer Flächen, mehrere in
Längsrichtung im gegenseitigen Abstand voneinander angeordnete öffnungen auf, wobei
von jeder dieser Öffnungen eine hohle Leitung 37 ausgeht, die mit einem Brenner
der mit Luft von der Sammelleitung versorgten Brennergruppe verbunden ist und diesem
Brenner Verbrennungsluft zuführt. Wegen des besonderen, sich ändernden Querschnitts
jeder Sammelleitung und wegen der dadurch während der Luftströmung erzeugten Druckverteilung
kann der Luftstrom an praktisch ein und demselben, für mehrere längs der Sammelleitung
mit Abstand angeordnete Leitungen 37 vorgesehenen Ventil geregelt werden. Jede Leitung
37 enthält vorzugsweise ein Ventil 38 für separate Regelung des zum Brenner gelieferten
Verbrennungsluftvolumens. Wie F i g. 2 zeigt, hängen die Leitungen 37 von den Sammelleitungen
31, 31A und 31B, die Luft zu den Brennern oberhalb der Bewegungsbahn der
Platten durch den Ofen liefern, herab. Die Sammelleitungen 31D und 31.C, die Luft
zu den Brennern unterhalb der genannten Bewegungsbahn liefern, sind umgekehrt angeordnet,
und die Leitungen 37 ragen von den Sammelleitungen aufwärts.
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Die Erfindung ist hier in bezug auf einen Ofen beschrieben, der fünf
Verbrennungszonen hat, wobei jede der fünf Brennergruppen eine Verbrennungszone
bestimmt. Das Luftvorwärme- und Verteilungssystem gemäß der Erfindung kann aber
auch leicht für Ofen passend ausgestaltet werden, die eine größere oder kleinere
Anzahl Verbrennungszonen haben, indem eine geeignete Abwandlung hinsichtlich der
Anzahl der Querleitungen, Sammelleitungen und Brennergruppen vorgenommen wird, wie
es erforderlich ist.
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Die Lage und Anordnung der Leitungen und. der anderen Systemteile
wird überwiegend durch die Ofenkonstruktion bestimmt. Wie F i g. 1 zeigt, liegt
die Strömungsrichtung der Verbrennungsabgase im Gegenstrom zu der Bewegungsrichtung
des Metalls durch den Ofen hindurch. So bestimmt die Anordnung der Abgaszüge zweckmäßig
die Anordnung der Wärmeaustauscher 13, 14 und 14A. Die Leitungen 26, die Luft zu
den Brennern in den oberen Teilen der Vorwärmzone, Aufheizzone und Ausgleichszone
liefern, sind oberhalb des Ofens angeordnet, wobei die Sammelleitungen 31, 31A und
31B längs der Mittellinie des Ofens mit Abstand voneinander vorgesehen sind. In:
ähnlicher Weise sind die Sammelleitungen 31C und 31D, die Luft zu den Brennern
in den unteren Teilen der Vorwärmzone und Wärmezone liefern, unterhalb der Wärmezone
des Ofens vorgesehen.
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Gemäß F i g. 2 liefert die einzige Einlaßleitung 17 von einem geeignet
angeordneten Gebläse Kaltluft zu einer Kaltluftsammelleitung, die auf der in Längsrichtung
verlaufenden Mittellinie des Ofens angeordnet ist. Der Druck der in das System gelieferten
Luft wird an einer Stelle reguliert, z. $. durch ein Klappenventil oder durch eine
Gruppe beweglicher Jalousien. Die Jalousien können entweder im Einlaß oder im Auslaß
des Gebläseventilators vorgesehen sein, während das Klappenventil in der Leitung
17 vorgesehen sein: kann, Regelvorrichtungen (die nicht gezeichnet, aber allgemein
bekannt sind) betätigen die Jalousien oder das Klappenventil, um automatisch Druck
und Menge der in der Leitung 17 strömenden Luft zu regeln. Aus der Sammelleitung
16 strömt die zu erwärmende Luft in gleichen Mengen in die jeweiligen Rekuperatorkammern
14 und durch Röhren 14A und sodann in die benachbarte Ileißluftsammelleitung 20.
In. dieser Weise werden regulierte Volumina erwärmter Luft aus den Sammelleitungen
20 zu den Stauleitungen 24, 25 geliefert. In ähnlicher Weise liefern die längs verlaufenden
Leitungen 26 und 27 erwärmte Luft in praktisch gleichen Volumina und Drucken zu
den einander entgegengesetzten Enden der Querleitungen 28, 29 bzw. 33,. die damit
verbunden sind, und aus denen wiederum Luft unter gleichen Drucken zu jeder der
Sammelleitungen 31, 31A, 31B, 31C und 31D geliefert wird.
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Das Luftvolumen, das von jeder der Sammelleitungen zu deren zugeordneter
Brennergruppe geliefert wird,' wird natürlich variiert gemäß den Feuerungsleistungen
der fünf Verbrennungszonen des Ofens, die wiederum bestimmt sind sowohl durch die
Metallsorte innerhalb des Ofens, wie auch durch die Metallmasse, die in einem bestimmten
Zeitintervall den Ofen durchläuft.
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Die automatisch betätigte Jalousievorrichtung oder das Klappenventil
stellt eine einzige Steuervorrichtung dar, die Druck und Volumen der in das System
gelieferten Luft reguliert, während die einzeln gesteuerten Ventile 36, 36.A, 36B,
36C und 36D den Druck der Luft in der jeweiligen Querleitung 28, 29 und 33 insgesamt
regeln.
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Es ist bei der Verarbeitung von Metallen, insbesondere Stählen, sowohl
beim Walzen als auch beim Schmieden bekannt,, daß eine Gleichförmigkeit der Erwärmung
durch die gesamte Masse des Werkstücks erwünscht ist und auch, daß Stähle verschiedenen
Kohlenstoffgehaltes und Legierungen verschiedene Bearbeitungstemperaturen erfordern.
Dementsprechend sind die einzelnen Brenner jeder-Brennergruppe mit einzelnen einstellbaren
Regelorganen sowohl für Brennstoff wie auch für Verbrennungsluft
ausgerüstet.
Das Verbrennungsluftverteilungssystem gemäß der Erfindung gewährleistet auf Grund
seiner Querleitungen, deren jede Luft an entgegengesetzten Enden aufnimmt und die
Luft dann durch Steuerventile zu den Sammelleitungen liefert, daß die Luft unter
reguliertem Druck zu jeder Sammelleitung geliefert wird. Weil jede Sammelleitung,
die Luft aus einer Verbindungsleitung 30, 34 und 35 zu einer Brennergruppe liefert,
ihren größten Querschnitt an der Anschlußstelle der Verbindungsleitung 30, 34 bzw.
35 hat und dieser Querschnitt von dort aus zu den geschlossenen Enden der Sammelleitung
hin abnimmt, hält jede Sammelleitung praktisch gleichen Druck über ihre ganze Länge
und an jedem Luftauslaß zu den einzelnen Brennern hin.
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Wenn die Feuerungsleistung des Ofens reduziert wird, wird das Volumen
der.im System strömenden Verbrennungsluft. entsprechend reduziert, was einen Anstieg
der Temperatur der Luft und der metallischen Bestandteile der Wärmeaustauscher zur
Folge hat. Falls und wenn dieser Tempeiaturanstieg einen vorbestimmten Punkt erreicht,
oberhalb dessen die Teile der Wärmeaustauscher gefährdet sind, öffnen die Ablaßventile
23 und erlauben eine verstärkte Kaltluftströmung-'»durch die Wärmeaustauscher und
schützen diese so vor gefährlicher Überhitzung. Thermostatvorrichtungen (die nicht
gezeichnet, aber allgemein bekannt sind) sind vorgesehen, um die Ablaßventile zu
öffnen und um sie so lange offen zu halten, wie die Temperatur der Luft und der
Wärmeaustauscherteile übermäßig hoch ist. Wenn solch eine überhöhte Temperatur wieder
auf sichere Werte abfällt, schließen die Ablaßventile.
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Wengleich die Erfindung insbesondere für Durchlaufwärmeöfen vorgesehen
ist, deren Verbrennungsluft in zwei Wärmeaustauschern vorgewärmt wird, ist es auch
möglich, daß die erfindungsgemäßen Verbesserungen bei Öfen angewendet Werden, die
entweder mit einem einzigen Wärmeäustäuscher oder mit mehr als zwei Wärmeaustauschem
ausgerüstet sind. Diese und andere Abwandlungen sollen von der Erfindung mit umfaßt
sein.