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Abgaskamin zur Kühlung von Abgasen hoher Temperatur Die Erfindung
betrifft einen Abgaskamin zur Kühlung von Abgasen hoher Temperatur bei gleichzeitiger
Dampferzeugung, insbesondere für Stahlwerkskonverteranlagen, wobei das zur Dampferzeugung
verwendete Kühlmittel im Zwangumlauf durch die gesamte Kühlfläche des Kamins geführt
wird.
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Es ist bekannt, die absatzweise anfallenden Gase beim Betrieb von
Stahlwerkskonvertern beispielsweise, wobei deren Temperatur zwischen 1300 und 1700°
C liegt und diese große Mengen an Staub und Schlacke mit sich führen, Kaminen zuzuleiten,
deren Wände von einem Kühlmittel beaufschlagt sind. Die beim Durchströmen der Kamine
auf etwa 800 bis 1000° ,C abgekühlten Gase werden dann Filteranlagen zugeleitet,
möglicherweise auch weiteren Wärmeaustauschern. Die an das Kühlnnittel abgeführte
Wärme wird zur Dampf- und/oder Heißwassererzeugung nutzbar gemacht, wobei das Kühlmittel
in Rohren oder in von Blechen oder Formeisen gebildeten Kanälen geführt wird. Hierbei
wird zur Vermeidung des Anbackens von Schlacke und sonstigen Verunreinigungen an
den Wänden angestrebt, diese mit einer möglichst glatten Oberfläche zu versehen.
Zu diesem Zweck wurde bereits vorgeschlagen, die Innenwand des Kamins aus aufeinandergesetzten,
zylindrischen Blechschüssen zu bilden, mit welchen kaminaußenseitig Steig- und Fahrohrkanäle
gebildet sind, die oben in einen ringförmigen Ausdampfraum münden und unten an einen
ringförmigen Verteiler angeschlossen sind. Abgesehen von den Wärmespannungen, die
hierbei durch die Verbindung der die Kanäle bildenden und unbeheizten Profile mit
der beheizten Innenwand entstehen, treten weitere starke Wärmespannungen bei Blasbeginn
und in den Glaspausen auf. Den Blasperioden eines Konverters von etwa 15 bis 20
Minuten Dauer folgen Blaspausen von etwa 25 bis 40 Minuten Dauer. Dadurch trifft
bei Blasbeginn die frei werdende Wärme bei schlechtem Wärmeübergang auf ruhendes
Wasser und erst mit dem einsetzenden Wasserumlauf wird der Wärmeübergang besser.
Hieraus resultieren nicht nur zusätzliche, starke Materialbeanspruchungen, sondern
auch starke Schwankungen in der Dampfabscheidetrommel des Kühlsystems, die auch
als Wasserspeicher dient, und es sind demzufolge kostspielige Regeleinrichtungen
erforderlich, möglicherweise für einzelne Teile des gesamten Kamins.
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Es ist bekannt, daß bei Konverterkaminen mit Kühlung der Kaminwände
im Schwerkraftumlauf die Gefahr besteht, daß durch das unter der plötzlich einsetzenden
Beheizung auch plötzliche Auftreten von Dampfblasen auf Grund deren großen Volumens
das Wasser aus den Kühlkanälen verdrängt wird und für die Kühlung der Kaminwände
nur noch feuchter Dampf zur Verfügung steht. Diese sind dann schlecht oder gar nicht
gekühlt und damit gefährdet. Auf Grund der großen Höhe von Konverterkaminen werden
diese meist nur für einen geringen Druck ausgelegt, der häufig nicht über dem statischen
Druck der Wasserfüllung liegt. Damit vermindert sich der Dampfdruck bis zur Höhe
des Wasserspiegels im Ausdampfraum auf den freien Ausdampfdruck der Atmosphäre,
und in gleichem Maß vergrößert sich das Dampfvolumen. Während im unteren Teil des
Kamins Wasserumlaufzahlen von der vier- bis fünffachen Dampferzeugung genügen, muß
der Wasserumlauf im oberen Teil meist bei Zahlen von der fünfzigfachen Dampferzeugung
liegen, damit keine zu hohen Temperaturen in den beheizten Wandungen entstehen.
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Es wurde bereits vorgeschlagen (deutsches Gebrauchsmuster 1830 843),
bei einem im Schwerkraftumlauf gekühlten Konverterkamin in bestimmten Betriebszeiten
einen den Schwerkraftumlauf überlagernden Zwangsumlauf vorzusehen, wobei in die
am unteren Ende des Kamins angeordneten Verteiler des Naturumlaufsystems mittels
einer Pumpe vor Blasbeginn Wasser eingefördert wird. Dieser Vorschlag trägt dem
nicht Rechnung, daß mit zunehmender Höhe des Kamins und damit absinkendem Dampfdruck
das Dampfvolumen sich wesentlich vergrößert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Abgaskamin zu schaffen,
bei dem von Blasbeginn an das Kühlmittel in Bewegung ist, wobei bei gutem Wärmeübergang
eine ausreichende Wärmeabfuhr erfolgt, und bei dem die Gefahr, daß plötzlich entstehende
Dampfblasen
das Kühlmittel verdrängen, beseitigt ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird für einen Abgaskamin der eingangs genannten
Gattung vorgeschlagen, daß dem Zwangsumlauf des Kühlmittels über eine Teilhöhe ein
zum Kaminaustritt hin entsprechend dem fallenden Dampfdruck und dem steigenden Dampfvolumen
größer werdender Naturumlauf überlagert ist.
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Die gestellte Aufgabe wird damit gelöst, denn durch den im oberen
Kaminteil wirksamen Naturumlauf erfolgt eine Angleichung an die nach oben sich erhöhenden
Umlaufzahlen.
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Erfindungsgemäß ist der Kühlmittelraum in der mit überlagertem Naturumlauf
arbeitenden Teilhöhe des Abgaskamins in einzelne Schüsse unterteilt, die im wesentlichen
konzentrisch zu Innen- und Außenwand des Kamins angeordnet sind und sich einander
überlappen, und zwar an den Überlappungsstellen mit einem Abstand zueinander, so
daß hier ein Kühlmitteldurchtritt aus dem Fall- in den Steigraum möglich ist. Vorteilhafterweise
überlappt ein oberer Schuß den darunterliegenden Schuß von außen, wodurch von dem
im Steigraum aufwärts strömenden Kühlmittel eine Saugwirkung auf das Kühlmittel
im Fallraum ausgeübt wird. Durch entsprechende Bemessung der Steig- und Fallräume
kann der Wasserumlauf nach oben hin vergrößert werden.
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Die Innenwand des Kamins kann auf der Kühlmittelseite mit in Längsrichtung
verlaufenden Rippen zur Verstärkung versehen sein, die in Abständen mit quer zu
ihnen liegenden Verstärkungsringen verbunden sind. Die Rippen erhöhen die Wärmeabfuhr
an das Kühlmittel. Es kann von Vorteil sein, die Verstärkungsringe so anzuordnen,
daß sie zugleich die Trennwand mit umfassen und damit im Fallraum des Kühlmittels
liegen. Vorzugsweise werden sie hier, in Strömungsrichtung des Kühlmittels gesehen,
unterhalb der Durchtritte für das Kühlmittel vom Fall- in den Steigraum angeordnet:
Der Außenmantel erhält vorteilhafterweise Dehnungskompensatoren, die Längenänderungen
zwischen der beheizten Innenwand und der unbeheizten Außenwand ausgleichen. Diese
Kompensatoren werden vorzugsweise im Bereich der Verstärkungsringe angeordnet.
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Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes.
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F i g. 1 ist ein lotrechter Schnitt durch einen Abgaskamin, F i g.
2 ein Teilschnitt nach Linie II-II in F i g. 1. Der Abgaskamin hat einen aus mehreren
aufeinandergesetzten Abschnitten gebildeten Blechmantel 1, der eine glatte Innenwand
bildet, die von den heißen Gasen beaufschlagt wird. Mit Abstand hiervon ist ein
Außenmantel 2, ebenfalls aus Abschnitten zusammengesetzt, angeordnet. Beide Mäntel
schließen einen Kühlmittelraum 3 zwischen sich ein. Die Wände 1 und 2 gehen am oberen
Kaminende in einen Ausdampfraum 4 über, in welchem ein bestimmter Wasserstand gehalten
wird und von dem der erzeugte Dampf über Stutzen 5 abgeführt wird. Der Abstand zwischen
den Wänden 1 und 2 ist im oberen Teil des Kamins größer gehalten als im unteren,
dem Gaseintritt zunächst liegenden Teil, und es ist im oberen Teil eine Trennwand
6 angeordnet, die den Kühlmittelraum 3 in einen Steigraum 3' und Fallraum 3" unterteilt.
Die Trennwand 6 liegt im wesentlichen konzentrisch zu den Wänden 1 und 2 und ist
ebenfalls aus einzelnen Abschnitten (Schüssen) gebildet, die sich einander überlappen,
und zwar so, daß ein oberer Schuß den darunterliegenden von außen übergreift. An
der Überlappungsstelle 7 wird zwischen den einzelnen Schüssen ein Abstand eingehalten,
der einen Kühlmitteldurchtritt aus dem Raum 3" in den Raum 3' erlaubt. Mit der Innenwand
1 sind längsverlaufende Rippen 8 verbunden, die wiederum von quer zu ihnen liegenden
Verstärkungsringen 9 umschlossen sein können. Diese Ringe 9 können zugleich auch
die Trennwand 6 mit umfassen. Zur Aufnahme von Dehnungen, die auftreten, da die
Innenwand 1 beheizt, die Außenwand 2 dagegen unbeheizt ist, sind Dehnungskompensatoren
10 vorgesehen, die vorzugsweise im Bereich der Verstärkungsringe 9 und unterhalb
der überlappungsstelle 7 liegen.
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Der untere, dem Gaseintritt zunächst liegende Teil A des Kamins ist
für Zwangumlauf des Kühlmittels eingerichtet. Eine Umwälzpumpe 11 saugt über Leitung
12 Wasser aus dem Ausdampfraum 4 ab und drückt es über Leitung 13 in einen am unteren
Kaminende angeordneten Verteilerring, von dem aus das Kühlmittel in den Raum 3'
einströmt und aufwärts steigt. Der Naturumlauf ist nur im Teil B des Kamins wirksam
und überlagert den Zwangumlauf. Durch das Einleiten des im Zwangumlaufteil A erzeugten
Dampf-Wassergemisches in den Steigraum 3' des Naturumlaufteils B wird die Geschwindigkeit
in diesem Teil erhöht, die Kühlung begünstigt und die Ansaugwirkung auf das Fallwasser
an den Überlappungsstellen 7 verstärkt.