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Verdampfungs-Kühleinrichtung für Industrieöfen, insbesondere für Siemens-Martin-öfen
Die einer großen thermischen und mechanischen Inanspruchnahme ausgesetzten Teile
der Industrieöfen, insbesondere der Siemens-Martin-öfen, werden bekanntlich aus
gekühlten Stahlkonstruktionen hergestellt. Für die Kühlung der einzelnen Teile wird
neuerdings die Verdampfungskühlung bevorzugt, bei .welcher die Kühlwirkung nicht
nur durch das* Erwärmen des durchströmenden Wassers, sondern auch durch die Verdampfung
desselben erreicht wird.
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. Bei der praktischen Verwirklichung der Verdampfungskühlung
werden meistens zwei Systeme angewendet, und zwar die Kühlung mit Naturumlauf und
diejenige mit Zwangsumlauf. Bei dem ersten System entsteht der Umlauf durch den
Unterschied im spezifischen Gewicht zwischen dem Wassergehalt des Fallrohres und
dem Dampfwasser-Gemisch im Steigrohr. Die FaHrohre und die Steigrohre mehrerer gekühlter
Teile des Ofens werden in einer gemeinsamen Trommel vereinigt, die oberhalb
des Ofens angeordnet ist und zur Abscheidung des Dampfes vom Wasser dient.
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. Beim Zwangsumlauf kann die Abscheidetrornmel an einem beliebigen
Ort angeordnet werden, da die Wasserzirkulation mit Hilfe einer Pumpe aufrechterhalten
wird.
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, Von diesen beiden Systemen ist die mit Naturumlauf arbeitende
betriebssicherer, da bei dieser Anordnung keine Pumpe nötig ist und dabei noch berücksichtigt
werden muß, daß die Betriebssicherheit bei derartigen Anlagen von ausschlaggebender
Wichtigkeit ist. Der Naturumlauf ist also vorteilhafter, der Bau derartiger Anlagen
ist jedoch erfahrungsgemäß kostspielig, in gewissen Fällen sogar unmöglich, da die
ziemlich große und schwere Abscheidetrommel oberhalb des Ofens und in vielen Fällen
sogar auf der Dachkonstruktion der Ofenhalle angeordnet werden muß.
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Bei alten und oft sehr niedrig gebauten Hallen kann man die einen
großen Wasserraum aufweisende Trommel nicht anbringen, und da diese mit einem beträchtlichen
Innendruck arbeitet, ist die Anordnung der Trommel innerhalb des Gehäuses und oberhalb
des Ofens aus Sicherheitsgründen unerwünscht. Falls man dagegen die Abscheidetrommel
auf der Dachkonstruktion des Gebäudes anordnen will, wird zwar die Sicherheit verbessert,
die Kosten jedoch stark erhöht.
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Unter diesen Umständen kann behauptet werden, daß die Vorteile des
Naturumlaufs durch die obenerwähnten Nachteile zunündest ausgeglichen werden, wodurch
man in vielen Fällen gezwungen ist, die weniger betriebssichere Kühlung mit Zwangsumlauf
zu bevorzugen.
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Das mit Naturumlauf arbeitende Kühlsystem kann verbessert werden und
seine Teile, insbesondere die Abscheidevorrichtung kann an beliebigen Stellen ohne
Schwierigkeiten angeordnet werden, wenn der in den einzelnen gekühlten Teilen entstehende
Dampf im separaten Abscheider vom Wasser abgesondert wird; in diesem Falle weisen
die Abscheider einen nur kleinen Wasserraum auf und können im allgemeinen mit kleinen
Abmessungen hergestellt werden. Einem jeden der gekühlten Teile wird daher ein besonderer
Abscheider zugeordnet, der unmittelbar oberhalb des gekühlten Teiles auf der Armatur
des Ofens angeordnet werden kann.
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Bei der erfindungsgemäßen Anordnung benützt man die Ableitung der
in den einzelnen Teilen entstehenden Dampfmenge ein Sammel ohr, in welchem eine
Wasserabscheidevorrichtung angeordnet wird. Der gesättigte Dampf wird also unmittelbar
neben dem gekühlten Bestandteil abgesondert, und dann werden die im Dampf eventuell
zurückbleibenden Wasserteile in einem gemeinsamen Abscheider abgesondert.
Zur
Wasserversorgung der Abscheider dient ein gemeinsames Wasserverteilerrohr, wodurch
in diesem Abscheider das erforderliche Wasserniveau gesichert ist. Aus Sicherheitsgründen
ist ein Wasservorrat nötig, wozu ein mit gleichem Wasserniveau arbeitender, örtlich
jedoch auch unabhängig vom Ofen anzuordnender Wasserbehälter angewendet wird. In
diesem Behälter wird ein mit dem Innendruck der gekühlten Teile gleicher. Druck
aufrechterhalten, was durch die Verbindung der Wasserräume, ferner auch dadurch
gesichert ist, daß dieser Wasserbehälter mit der Sammel-Dampfleitung verbunden ist.
Auf diese Weise wird erreicilt, daß sowohl im Wasserbehälter wie auch in den auf
gleichem Druck gehaltenen Abscheidem - zufolge des Gesetzes der kommunizierenden
Gefäße - das gleiche Wasserniveau aufrechterhalten wird. Falls man die Strömungswiderstände
der Sn-rnmel-Dampfleitung und der Wasserverteilungsleitungen in Betracht zieht,
kann nötigenfalls der Vorratsbehälter auch in einer größeren Entfernung vom Ofen
angeordnet werden.
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Der Vorteil. der Erfindung besteht hauptsächlich darin, daß die Anlage
auch in niedrigen, gedrängten Gebäuden oder Hallen, ohne Schwierigkeiten errichtet
werden kann. Die kleinen Abscheider, die Sammelrohre und die Wasserableitungsrohre
können auf der Armatur des Ofens leicht angebracht werden, wobei der den Wasservorrat
enthaltende Behälter an einer beliebigen Stelle in kleiner Höhe angeordnet werden
kann. Die unter Druck stehende Wasservorratsmenge kann also verhältnismäßig
groß sein, wodurch die Betriebssicherheit erhöht wird.
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Die Verdampfungs-Kühlanlagen arbeiten bekanntlich mit enthärtetem,
entgastem und vorgewärintein Wasser. Da bei der Erfindung das einströmende Wasser
im Vorratsbehälter auf Sättigkeitstemperatur erwärmt wird, werden die kesselsteinbildenden
Stoffe schon in diesem Behälter ausgeschieden, dessen großer Wasserraum und das
ruhige Verhalten des Wassers das Ausscheiden erleichtert. Durch ein Ab-
schlämmen
dieses Behälters während des Betriebes, oder bei der Anwendung von zwei Behältern
können die Probleme der Kesselsteinbildung durch eine innere Reinigung des außer
Betrieb gesetzten Behälters leicht gelöst werden.
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Unter den oben geschilderten Umständen ist es möglich, die erfmdungsgemäße
Anlage nötigenfalls auch mit kohwasser zu speisen, welches vorzugsweise mit Hilfe
des in der Kühlanlage hergestellten Dampfes und mittels einer Dampfstrahlpumpe eingespritzt
wird. Auf diese Weise wird das Wasser gleichzeitig auch vorgewärmt. Durch die Möglichkeit
einer solchen Notspeisung mit Rohwasser wird die Betriebssicherheit noch weiter
erhöht.
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In der Zeichnung ist eine beispielsweise angegebene Ausführungsform
der Erfindung schematisch dargestellt.
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Der schematisch angedeutete Siemens-Martin-Ofen:t weist als Beispiel
der zu kühlenden Teile einen Kühlrahmen 2 und einen Widerlagbarren 3 auf.
Unmittelbar oberhalb dieser zu kühlenden Teile ist je ein mit Doppelrohr
und mit Anschlag wirkender Abscheider 4 angeordnet. Da bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
zwei Teile gekühlt werden, wurden in der Zeichnung auch zwei Abscheider dargestellt,
die zur Absonderung des Wassers von in den Steigrohren 5 nach oben strömenden
Wasserdampf-Gemischen dienen. Dieses Gemisch entsteht in den gekühlten Teilen 2
und 3 und wird durch die Auftriebskraft in die Abscheider gefördert, wo eine
eventuell unvollständige Abscheidung erfolgt. Infolge des Anpraffens und der Richtungsänderungen
der Strömung strömt der von einem großen Teil. seines Wassergehaltes befreite Dampf
durch eine'Sarnmelleitung 6 in einen weiteren Abscheider 7, der ebenfalls
durch Anprallen oder zyklonartig arbeitet. Der aus diesem Abscheider 7 austretende
Dampf ist schon praktisch trocken und wird durch eine Leitung 8 dem Verbrauch
zugeführt.
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Die Wasserversorgung der Abscheider 4 erfolgt durch Abzweigrohre
10 des Wasserverteilungsrohres 9. Infolge der Ableitung einer gewissen
Dampfmenge wird also die zur Ergänzung des Wasservorrates zugeleitete Wassermenge
den Abscheidern 4 zugeführt, wo diese Wassermenge mit dem Wassergehalt des Abscheiders
vermengt wird. Das Wasser fließt von den Abscheidern durch die FaHrohre
U
den zu kühlenden Teilen zu.
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Der für die Betriebssicherheit nötige Wasservorrat befindet sich in
einem Wasserbehälter 12, der unabhärigig vom Ofen angeordnet werden kann und mit
den zu kühlenden Teilen mittels des Wasserverteilungsrohres 9 in Verbindung
steht. Das Wasserniveau im Vorratsbehälter 1-2 ist mit dem Niveau des in den Abscheidern
4 enthaltenen Wassers praktisch gleich, was in der Zeichnung auch angedeutet wurde.
Für die Sicherung dieses gleichen Wasserniveaus ist der Vorratsbehälter 12 mit der
Hauptdampfleitung 8
verbunden, und zwar mit Hilfe einer Heizdampfleitung
13. Diese Heizleitung sorgt dafür, daß im Vorratsbehälter 12 und in den Abscheidern
4 praktisch der gleiche Druck herrscht. Die Leitung 13 ist auch deswegen
vorteilhaft, weil das durch das Rohr 14 in den Vorratsbehälter 12 strömende Speisewasser
durch die Dampfzuleitung auf die Sättigungstemperatur erwärmt wird.
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Das im Abscheider 7 vom Naßdampf abgesonderte Wasser fließt
durch eine Rohrleitung 15 in den Behälter 12 zurück.
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Das Speisewasser wird mit Hilfe einer Kreiselpumpe 16 dem Vorratsbehälter
zugeführt und falls diese Pumpe aus irgendeinem Grunde außer Betrieb gesetzt werden
muß, oder die Zuführung des enthärteten Wassers aus anderen Gründen aufhört, kann
mit Hilfe des in der Anlage entstandenen Dampfes mittels einer Dampfstrahlpumpe
18 Rohwasser von der Leitung 19 entnommen werden. Dieser Strahlpumpe
wird der Dampf durch eine Leitung 17 zugeführt. Im Falle der Einführung des
kalten Rohwassers in den Behälter 12, wird dort die Kesselsteinbildung größer, und
es muß dann das Abschlammen öfter vorgenommen werden.