DE1284949B - Roehrenofen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Röhrenofen zum Erhitzen von Strömungsmitteln mit einer von dem Strömungsmittel durchströmten, durch zwei übereinander angeordnete, langgestreckte Kammern hindurchgeführten Rohrschlange, bei dem die beiden Kammern durch eine Strahlungsabschirmung voneinander getrennt sind, welche die direkte Wärmeabstrahlung auf die in der oberen Kammer verlaufenden Stränge der Rohrschlange verhindert, jedoch mit Öffnungen zum Durchlassen von aus der unteren mit Brennern ausgestatteten Kammer aufsteigenden Verbrennungsgasen in die obere Kammer versehen ist.

Es ist ein Röhrenofen bekannt, bei dem die im Feuerungsraum angeordneten, durch Strahlung zu beheizenden Stränge der Rohrschlange gegen zusätzliche Beheizung durch Wärmeleitung durch eine in ausreichendem Abstand angeordnete Ablenkvorrichtung der heißen Feuergase geschützt sind, die den gegen Strahlung geschützten Raum für die allein ao durch Wärmeleitung beaufschlagten Stränge der Rohrschlange von dem Feuerungsraum trennt. Es ist weiterhin bei Röhrenöfen bekannt, eine untere, Rohrstränge enthaltende Kammer von einer oberen Kammer, die ebenfalls Rohrstränge enthält, durch eine gewölbte Zwischendecke zu trennen, in der Öffnungen für den Durchlaß der Heizgase angeordnet sind. Diese bekannten Röhrenöfen sind jedoch nicht so ausgebildet, daß die Temperatur in den übereinander angeordneten Kammern besonders geregelt werden kann. Auch ist es bei den bekannten Röhrenöfen schwierig, die Rohrstränge der Rohrschlangen zu überprüfen, da die Kammern, in denen die Rohrstränge verlaufen, schwer zugänglich sind. Beides ist aber bei Röhrenöfen, wie sie in der chemischen und petrochemischen Industrie verwendet werden und deren Rohrschlangen oft mit sehr langen Strängen versehen sind, die in entsprechend langen, im Verhältnis zur Breite der Öfen langgestreckten Kammern verlaufen, von erheblicher Bedeutung. Bei solchen Röhrenöfen kann es z. B. notwendig sein, die Temperatur der Rohrschlangenstränge und des hindurchströmenden Strömungsmittels an verschiedenen Stellen längs der Rohrschlange verschieden regeln zu können. Einer der kritischsten Temperaturregelungsstellen ist dabei die Übergangsstelle der Rohrschlange zwischen den beiden übereinander angeordneten Kammern, an der das Strömungsmittel möglichst schnell auf die Reaktionstemperatur erhitzt werden muß. Die starke Erhitzung, der die Rohrstränge der Rohrschlange insbesondere in der Strahlungskammer ausgesetzt werden, macht es weiterhin erforderlich, die Rohrschlange häufig zu überprüfen, damit gegebenenfalls einzelne Rohrstränge rechtzeitig ausgewechselt werden können, bevor eine Beschädigung eingetreten ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Röhrenofen mit übereinander angeordneten, langgestreckten Kammern so auszubilden, daß einerseits in verschiedenen Teilen des Ofens und insbesondere an der Übergangsstelle zwischen den beiden Kammern die Temperatur genau geregelt werden kann, und andererseits ermöglicht ist, die in der Strahlungskammer angeordneten Teile der Rohrschlange zur Untersuchung und gegebenenfalls Instandsetzung leicht zugänglich zu machen.

Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung bei einem solchen Röhrenofen darin, daß die auf einer mittleren Tragvorrichtung in der unteren Kammer angeordneten Stränge der Rohrschlange durch die Strahlungshitze von in dieser Kammer an den Seitenwänden in Reihen angeordneten Brennern erhitzbar sind, und daß in der oberen Kammer eine Einrichtung zur Änderung der Temperatur der durch die Öffnungen bzw. Öffnung der Strahlungsabschirmung hindurchströmenden Gase angeordnet ist.

Bei einem in dieser Weise ausgebildeten Röhrenofen verlaufen die Reihen der die untere Kammer beheizenden Brenner etwa entsprechend dem Verlauf der auf der mittleren Tragvorrichtung angeordneten Stränge der Rohrschlange, so daß diese Stränge bei entsprechender Einstellung der Brenner an verschiedenen Stellen auf verschiedene Temperaturen erhitzt werden können, falls dies notwendig ist. Außerdem ist durch die Anordnung der mittleren Tragvorrichtung für den in der unteren Strahlungskammer angeordneten Teil der Rohrschlange die Voraussetzung geschaffen, daß dieser Teil der Rohrschlange mit der mittleren Tragvorrichtung bei entsprechender Ausbildung der Wände und des Bodens des Röhrenofens leicht aus der unteren Kammer ausgebaut und nachgeprüft bzw. instandgesetzt werden kann.

Nachstehend sind zwei Ausführungsformen der Erfindung an Hand der Zeichnung als Beispiele beschrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen senkrechten Schnitt durch den Röhrenofen nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 der F i g. 1 und

F i g. 3 einen senkrechten Teilschnitt durch eine abgeänderte Ausführungsform der Erfindung.

Der Röhrenofen nach der Erfindung ist in der üblichen Weise aus feuerfestem Material aufgebaut, das durch ein Stützgerüst aus Metall, z. B. aus Stahl, abgestützt ist. Er weist zwei übereinander angeordnete, langgestreckte Kammern 4 und 8 auf, durch die eine von dem zu erhitzenden Strömungsmittel durchströmte Rohrschlange 21 hindurchgeführt ist. Die untere, auch als Strahlungskammer bezeichnete Kammer 4 ist im Bereich der Stiele 3 des Stützgerüstes zwischen zwei parallelen Seitenwänden 1 und 2 sowie einer Stirnwand ausgebildet. Diese Wände sind mit Wandaufsätzen 5 und 6 versehen, die durch obere Stielansätze 7 des Stützgerüstes eingefaßt sind und die obere Kammer 8 umschließen, in der der Teil 23 der Rohrschlange 21 verläuft und die eine obere Konvektionskammer bildet. Oberhalb der Kammer 8 werden die Abgase über einen oder mehrere Kamine 9 abgeführt.

Die Kammern 4, 8 haben eine etwa rechteckige Querschnittsform und weisen im Verhältnis zu ihrer großen Länge eine geringe Breite auf. Die untere Kammer 4 ist an dem der erwähnten Stirnwand gegenüberliegenden Ende mit zwei Türenil versehen, die bei 12 mit den Seitenwänden 1 und 2 drehbar verbunden sind. Diese Türen sind normalerweise geschlossen, doch können sie geöffnet werden, um das betreffende Ende der unteren Kammer 4 zugänglich zu machen. Außerdem ist der auf Trägern 14 aufliegende Boden 13 der unteren Kammer 4 unter Zwischenfügung von Hubvorrichtungen 15 auf einem auf Schienen 18 bewegbaren Wagen 16 abgestützt und mittels der Hubvorrichtungen zum Herausnehmen aus der unteren Kammer 4 absenkbar und zum Wiedereinsetzen anhebbar. Der Wagen 16 ist mittels Laufrädern 17 auf Schienen 18 verfahrbar,

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die sich parallel zu den Seitenwänden des Röhrenofens erstrecken und über das mit den Türen 11 versehene Ende des Röhrenofens hinausreichen.

An dem herausnehmbaren Boden 13 der unteren Kammer 4 ist eine aus mehreren Stielen bestehende mittlere Tragvorrichtung 19 befestigt, auf der die verschiedenen Stränge der Rohrschlange 21 angeordnet sind. Zum Erhitzen des die Rohrschlange 21 durchströmenden Strömungsmittels in der unteren Kammer 4 sind in die Seitenwände 1 und 2 mehrere senkrechte Reihen von Brennern 22 angeordnet, die auf die übereinander verlaufenden Stränge der Rohrschlange gerichtet sind. Der obere Strang der Rohrschlange 21 ist durch einen Anschluß bekannter Art mit dem unteren Ende von Rohrschlangensträngen 23 verbunden, die in der oberen Kammer bzw. der Konvektionskammer 8 des Röhrenofens angeordnet sind.

Die untere Strahlungskammer 4 und die obere Konvektionskammer 8 sind durch eine Strahlungsabschirmung 24 getrennt, welche die direkte Wärmeabstrahlung auf die in der oberen Kammer 8 verlaufenden Stränge 23 verhindert, jedoch mit mehreren Öffnungen 25 versehen ist, durch welche die Verbrennungsgase aus der unteren Kammer 4 aufsteigen können. Diese Abschirmung kann in verschiedener Weise ausgebildet sein, soll aber ermöglichen, daß Strahlungswärme in der auf einer höheren Temperatur befindlichen unteren Strahlungskammer 4 im wesentlichen vollständig zurückgehalten wird, so daß die obere Kammer 8 nur durch die heißen Verbrennungsgase erhitzt wird, welche die Öffnungen 25 hindurchströmen. Die Temperatur dieser Gase bei ihrem Eintritt in die obere Kammer 8 kann mit Hilfe mehrerer, in den Seitenwänden 5, 6 der Kammer über der Strahlungsabschirmung 24 angeordneter Brenner 26 variiert werden. Hierzu kann ferner eine Lufteinlaßvorrichtung 27 mit mehreren, die Seitenwände 5 und 6 der oberen Kammer 8 des Röhrenofens oberhalb der Strahlungsabschirmung 24 durchsetzenden Lufteinlässen angeordnet sein. Die Lufteinlaßvorrichtungen 27 und die Brenner 26 werden zweckmäßig abwechselnd in den gegenüberliegenden Seitenwänden 5, 6 der oberen Kammer 8 angeordnet. Gemäß F i g. 2 ist jeweils zwischen zwei benachbarten Brennern 26 ein Lufteinlaß der Vorrichtung 27 derart angeordnet, daß jeweils einem in der einen Seitenwand eingebauten Brenner 26 jeweils ein in der anderen Seitenwand angeordneter Lufteinlaß gegenüberliegt.

Bei dem Röhrenofen nach der Erfindung wird das zu erhitzende Strömungsmittel wie üblich in die Rohrschlange der oberen Kammer 8 eingeleitet, in der die Stränge 23 der Rohrschlange in Längsrichtung abwechselnd in der einen und der anderen Richtung verlaufen und durch U-förmige Krümmer miteinander verbunden sind. Das zu erhitzende Strömungsmittel durchströmt diese Stränge und wird hierbei auf eine Temperatur gebracht, die etwas niedriger ist als die Reaktionstemperatur. Hierauf gelangt das Strömungsmittel über den erwähnten Anschluß in die in der unteren Kammer 4 angeordneten Stränge der Rohrschlange 21, in denen es schnell weiter auf die Reaktionstemperatur erhitzt wird. Die untere Kammer 4 bzw. die Strahlungskammer des Ofens kann mit Hilfe von Brennern 22 beheizt werden, die gemäß der USA.-Patentschrift 3 076 498 ausgebildet sind. Diese Brenner erhitzen die Wände des Ofens und bringen die Wände zum Glühen, so daß diese Strahlungswärme auf die in der unteren Kammer angeordneten Rohrstränge leiten. Wenn die verschiedenen waagerechten Reihen der Brenner 22 in unterschiedlicher Weise mit Brennstoff versorgt werden, können somit die verschiedenen Rohrstränge der Rohrschlange 21 in der unteren Kammer mit Hilfe der Strahlungswärme verschieden stark beheizt und die Temperatur jedes Rohrstranges oder jeder Gruppe von Rohrsträngen auf einem bestimmten

ίο Wert gehalten werden, so daß die Temperaturgradienten des durch die Rohrschlange fließenden Strömungsmittels genau geregelt werden können. Eine gewisse Wärmemenge wird hierbei auch durch die heißen Verbrennungsgase der Brenner 22 erzeugt.

Diese Verbrennungsgase strömen von der unteren Kammer 4 aus nach oben durch die öffnungen 25 der Abschirmung 24, 28, 29 und dienen dazu, die in der oberen Kammer 8 angeordneten Stränge 23 der Rohrschlange zu erhitzen, bevor sie über den bzw. die Kamine 9 abgeführt werden. Bei manchen chemischen Reaktionen ist es erforderlich, das zu erhitzende Strömungsmittel auf eine bestimmte Temperatur unterhalb der Reaktionstemperatur vorzuwärmen und danach die Temperatur des Strömungsmittels schnell und um ein erhebliches Maß zu erhöhen. Die Übergangstemperatur bzw. die Temperatur des Strömungsmittels beim Übertreten aus den oberen Rohrsträngen 23 in die Stränge der Rohrschlange 21 in der unteren Kammer 4 ist in vielen Fällen von erheblicher Bedeutung. Aus diesem Grund ist gemäß der Erfindung ermöglicht, die Temperatur in der oberen Kammer 8 genau zu regeln. Hierzu können bei dem Röhrenofen nach der Erfindung die durch die Öffnungen 25 der Abschirmung 24 aus der unteren Kammer 4 in die obere Kammer 8 übertretenden Verbrennungsgase mit Hilfe der Verbrennungsgase der Brenner 26 weiter beheizt und/oder über die Lufteinlaßvorrichtung 27 zugeführt werden. Wenn z. B. die Temperatur der Verbrennungsgase aus der unteren Kammer 4 gesenkt werden soll, kann über die Einlasse 27 kühle Luft in der erforderlichen Menge zugeführt werden. Wenn dagegen in der oberen Kammer 8 des Ofens zusätzliche Wärme benötigt wird, weil die Wärmemenge aus den Verbrennungsgasen der unteren Kammer 4, die über die Öffnungen 25 aufsteigen, nicht ausreicht, können die Brenner 26 in Betrieb genommen werden, um der Kammer 8 zusätzlich heiße Verbrennungsgase zuzuführen und so die Gase aus der Kammer 4 weiter zu erhitzen.

Die Brenner 26 und die Lufteinlässe der Lufteinlaßvorrichtung 27 sind über die Länge der oberen Kammer 8 so an den Seitenwänden angeordnet, daß die Temperatur der die Kammer 8 durchströmenden Gase von einem Ende der Kammer zum anderen auf den gleichen Wert eingeregelt werden kann.

Bei der modernen Hitzebehandlung von Kohlenwasserstoffen in Röhrenofen werden hohe Anforderungen bezüglich der Temperatur und des Drucks gestellt, so daß die Rohrschlangen häufig untersucht werden müssen, um festzustellen, wann sie erneuert werden müssen. Wegen der Länge der Rohrschlangen sowie wegen der kleinen Abstände zwischen den Rohrsträngen und den Brennern sind solche Untersuchungen bei bekannten Röhrenofen nur schwierig durchführbar und beanspruchen viel Zeit. Bei dem Röhrenofen nach der Erfindung ist es jedoch zur Durchführung einer solchen Untersuchung nur erforderlich, die Türen 11 zu öffnen und den Boden 13

des Ofens mit Hilfe der Hubvorrichtungen 15 abzusenken. Wenn die Verbindung zwischen den Strängen 23 der oberen Kammer 8 und den in der unteren Kammer 4 angeordneten Strängen der Rohrschlange gelöst ist, kann der gesamte Boden 13 mit dsr Tragvorrichtung 19 und dem unteren Teil der Rohrschlange 21 nach dem öffnen der an dem einen Stirnende der unteren Kammer 4 angebrachten Türen 11 aus dem Ofen ausgefahren werden, so daß es ohne Schwierigkeiten möglich ist, die Rohrschlange zu untersuchen und erforderlichenfalls Teile der Rohrschlange auszuwechseln. Hierbei ist es nicht erforderlich zu warten, bis sich der ganze Ofen abgekühlt hat. Diese Anordnung erweist sich insbesondere dann als vorteilhaft, wenn empfindliche Rohre verwendet werden, denn die Rohre werden gegenüber ihren Unterstützungen nicht bewegt. Um den Röhrenofen wieder betriebsfähig zu machen, ist es nur erforderlich, den Wagen 16 auf den Schienen 18 so zu verfahren, daß der Boden 13 wieder die zu seinem ao Einsetzen zwischen den Ofenwänden 1, 2 erforderliche Lage einnimmt, worauf er mittels der Hubvorrichtungen 15 angehoben und in seine Betriebsstellung eingesetzt wird. Nachdem dann die Verbindung der unteren und oberen Stränge der Rohrschlange wieder hergestellt ist, wozu ein normales Rohrverbindungsstück dienen kann, werden die Türen 11 wieder geschlossen.

Bei der etwas abgeänderten Ausführungsform der Erfindung nach F ig. 3 ist die Strahlungsabschirmung durch nach innen vorspringende Ansätze 28 und 29 der Seitenwände 1 und 2 des Ofens gebildet. Die Ansätze 28 und 29 begrenzen einen sich über die ganze Länge des Ofens zwischen ihnen verlaufenden Spalt 31, durch den hindurch die Verbrennungsgase aus der Kammer 4 in die Kammer 8 übertreten können. Dieser Spalt befindet sich direkt oberhalb der Tragvorrichtung 19 und den auf dieser aufliegenden Strängen der Rohrschlange 21, so daß praktisch keine direkte Strahlung von den Wänden der unteren Kammer 4 zu den oberen Strängen 23 der Rohrschlange gelangen kann. Wenn die Verbrennungsgase über den Spalt 31 in die Kammer 8 eintreten, kann ihre Temperatur in der gleichen Weise wie bei der ersten Ausführungsforrn mit Hilfe der Brenner 26 und der Lufteinlässe 27 geregelt werden.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Röhrenofen zum Erhitzen von Strömungsmitteln mit einer von dem Strömungsmittel durchströmten, durch zwei übereinander angeordnete, langgestreckte Kammern hindurchgeführten Rohrschlange, bei dem die beiden Kammern durch eine Strahlungsabschirmung voneinander getrennt sind, welche die direkte Wärmeabstrahlung auf die in der oberen Kammer verlaufenden Stränge der Rohrschlange verhindert, jedoch mit Öffnungen zum Durchlassen von aus der unteren, mit Brennern ausgestatteten Kammer aufsteigenden Verbrennungsgasen in die obere Kammer versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die auf einer mittleren Tragvorrichtung (19) in der unteren Kammer (4) angeordneten Stränge der Rohrschlange (21) durch die Strahlungshitze von in dieser Kammer an den Seitenwänden in Reihen angeordneten Brennern (22) erhitzbar sind, und daß in der oberen Kammer (8) eine Einrichtung (26,27) zur Änderung der Temperatur der durch die Öffnungen (25) bzw. Öffnung (31) der Strahlungsabschirmung (24; 28, 29) hindurchströmenden Gase angeordnet ist.

2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Änderung der Temperatur mehrere in den Seitenwänden (5,6) der oberen Kammer (8) oberhalb der Strahlungsabschirmung (24; 28,29) angeordnete Lufteinlaßvorrichtungen (27) aufweist.

3. Ofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Änderung der Temperatur mehrere in den Seitenwänden (5, 6) der oberen Kammer (8) oberhalb der Strahlungsabschirmung (24; 28,29) angeordnete Brenner (26) aufweist.

4. Ofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lufteinlaßvorrichtungen (27) und die Brenner (26) abwechselnd in den gegenüberliegenden Seitenwänden (5, 6) der oberen Kammer (8) angeordnet sind.

5. Ofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragvorrichtung (19) auf einem herausnehmbaren Boden (13) der unteren Kammer (4) angeordnet ist.

6. Ofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Kammer (4) an ihrem einen Stirnende mit Türen (11) versehen ist, nach deren öffnen der Boden (13) zusammen mit der Tragvorrichtung (19) und den von ihr gehaltenen Strängen der Rohrschlange (21) aus der Kammer herausnehmbar ist.

7. Ofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (13) unter Zwischenfügung von Hubvorrichtungen (15) auf einem, auf Schienen (18) bewegbaren Wagen (16) abgestützt ist und mittels der Hubvorrichtungen zum Herausnehmen aus der unteren Kammer (4) absenkbar und zum Wiedereinsetzen anhebbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen