DE1526268B2 - Einrichtung zum Erzeugen von Dampf mittels Abgase eines Ofens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Erzeugen von Dampf mittels Abgase eines Ofens zum Erwärmen eines Mediums auf eine vorgegebene Temperatur, mit einer Zufuhrleitung für Verbrennungsluft und einem Brenner, in dessen Brennstoffzufuhrleitung ein in Abhängigkeit von der Temperatur des erwärmten Mediums betätigtes Regelventil eingeschaltet ist, wobei an den Abgaskanal des Ofens ein Dampferzeuger mit einer Speisewasserzuführung, einem Abscheider und einer Dampfableitung angeschlossen ist, und dem Dampferzeuger entnommenes Heißwasser durch einen Erhitzer für die Verbrennungsluft geleitet wird. Eine solche Einrichtung ist bereits bekannt (USA.-Patentschrift 3 106 192).

Die Brennstoffzufuhr und die damit im Ofen insgesamt erzeugte Wärmemenge richtet sich nach dem Wärmebedarf, der zur Erwärmung des Mediums auf eine vorgegebene Temperatur bestimmt ist. Dementsprechend ist die mit den Abgasen dem Dampferzeuger zugeführte Wärmemenge vorgegeben. Andererseits ist es aber erwünscht, diese Abgaswärme dem jeweiligen Dampfverbrauch anzupassen. Das ist jedoch bei der bekannten Einrichtung trotz Vorwärmung der Verbrennungsluft mittels Heißwasser, das dem Dampferzeuger entnommen wurde, nicht möglich. • Jede vom Dampfverbrauch gesteuerte Änderung der Brennstoffzufuhr zum Ofen würde zu einer zu geringen Erwärmung oder zu einer Überhitzung des zu erwärmenden Mediums führen. Dadurch würde beispielsweise ein chemischer oder physikalischer Prozeß, an dem das zu erwärmende Medium beteiligt ist, in unzulässiger Weise gestört.

Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, die bekannte Einrichtung so weiterzubilden, daß beiden Bedingungen entsprochen werden könne, nämlich das Medium auf eine vorgegebene Temperatur zu erwärmen und gleichzeitig die Abgaswärme bzw. die Dampferzeugung einem schwankenden Dampfverbrauch anzupassen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Einrichtung erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß ein Regelventil für die Heißwasserzufuhr zum Erhitzer für ίο die Verbrennungsluft vorgesehen ist, das in Abhängigkeit von dem in der Dampfableitung des Dampferzeugers gemessenen Dampfbedarf über ein Steuergerät derart betätigbar ist, daß die Heißwasserzufuhr zum Lufterhitzer bei steigendem Dampfbedarf sinkt und bei sinkendem Dampfbedarf steigt.

Durch diese Ausbildung wird bei erhöhtem Dampfverbrauch erreicht, daß die Verbrennungsluft in geringerem Maße durch das Heißwasser des Dampferzeugers vorgewärmt wird. Dieses führt zu einer Senkung der Temperatur des aus dem Ofen austretenden Mediums, was eine Öffnung des Regelventils in der Brennstoffleitung und damit eine erhöhte Brennstoffzufuhr nach sich zieht. Die Verbrennungsluftmenge ist gleichfalls größer, da die kältere Verbrennungsluft eine größere Dichte aufweist. Durch die erhöhte Verbrennung wird das durch den Ofen geleitete Medium alsbald wieder in dem erwünschten Ausmaß erwärmt, und gleichzeitig wird mehr Abgas bzw. mehr Abgaswärme dem Dampferzeuger zugeführt. Somit wird die Dampferzeugung dem erhöhten Bedarf angepaßt, ohne daß deswegen eine Abweichung von der gewünschten Temperatur des zu erwärmenden Mediums in Kauf genommen werden muß. Bei sinkendem Dampfbedarf spielen sich die vorbeschriebenen Vorgänge in entgegengesetzter Richtung ab, wobei gleichfalls die Dampferzeugung dem verminderten Bedarf angepaßt wird, ohne daß die Temperatur des erwärmten Mediums eine Änderung erfährt.

Es hat sich eine Weiterbildung bewährt, bei der in die Brennstoffzufuhrleitung ein in Abhängigkeit von der Temperatur der Verbrennungsluft beim Eintritt in den Ofen betätigtes Regelventil eingeschaltet ist. Gegebenenfalls kann es sich dabei um das bereits in Abhängigkeit von der Temperatur des erwärmten Mediums betätigte Regelventil handeln.

Aus der österreichischen Patentschrift 233 029 ist ein Siemens-Martin-Ofen bekannt, bei dem die Abgase einem Abhitzekessel und einem Vorwärmer für die Verbrennungsluft zugefühft werden, die außerdem über vom Abgas erwärmte Regeneratorkammern, weiter erwärmt und dem Ofen zugeführt wird. Aber auch durch diese Einschaltung eines durch Abgaswärme erhitzten Wäimemediums zur Erwärmung der Verbrennungsluft läßt sich die in der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe nicht lösen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.

F i g. 1 zeigt schematisch eine Einrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens;

F i g. 2 und 3 zeigen in schematischer Darstellung weitere Ausbildungsformen eines Teils der Einrichtung nach Fig. 1, der dazu dient, Wärme aus dem Dampf-Wasser-Abscheider der Verbrennungsluft zuzuführen, die dem Industrieofen zugeleitet wird.

Der Industrieofen, mittels dessen ein Medium erhitzt oder auf einer bestimmten Temperatur gehalten

wird, ist in F i g. 1 mit 1 bezeichnet. In dem Ofen 1 sind Rohre vorgesehen, die von dem Medium durchströmt werden können. Diese Rohre sind in F i g. 1 durch ein einziges Rohr 2 versinnbildlicht. Ferner weist der Ofenl einen Einlaß 3 und einen Auslaß 4 für das Medium auf. Der Ofen umfaßt ferner einen Brenner 5 und eine Leitung 6 zum Zuführen der Verbrennungsluft. Der Brenner5, der z.B. mit Gas oder Öl gespeist werden kann, ist an eine Brennstoffleitung? angeschlossen, in die ein Brennstoffregelventil 8 eingeschaltet ist. Die Austrittsleitung 4 für das zu erhitzende Medium ist mit einem Temperaturmeßgerät 9 versehen, damit die Temperatur des Mediums in der Austrittsleitung 4 gemessen werden kann. Der Temperaturmesser 9 ist über ein Regelgerät 10 mit dem Brennstoff regelgerät 8 verbunden. Gegebenenfalls kann auch in die Leitung 6 zum Zuführen der Verbrennungsluft ein Temperaturmesser 11 eingeschaltet sein. Der Temperaturmesser 11 ist dann über ein Regelgerät 12 an das Brennstoff regelventil 8 angeschlossen. Der Industrieofen 1 ist durch eine Rohrleitung 13 mit einem Dampfkessel 14 verbunden. Die λ Verbindungsleitung 13 dient dazu, die Abgase des Ofens 1 dem Dampfkessel 14 zuzuführen.

Der Dampfkessel 14 umfaßt mehrere Rohrbündel, in denen Wasser erhitzt und in Dampf verwandelt wird, wobei er erzeugte Dampf überhitzt werden kann. Das erste Rohrbündel 15 dient als Ekonomiser zum Vorwärmen des Speisewassers. Dieses Rohrbündel 15 ist durch eine Speiseleitung 16 mit einer Speisepumpe 17 verbunden. Das andere Ende des Rohrbündels 15 ist über eine Austrittsleitung 18 an einen Dampf-Wasser-Abscheider 19 angeschlossen. Ein zweites Rohrbündel 20, in dem das heiße Wasser in Dampf verwandelt wird, steht mit dem Dampf-Wasser-Abscheider 19 über eine Speiseleitung 21 in Verbindung. In die Leitung 21 sind eine Umwälzpumpe

22 und ein Heißwasserregelventil 23 eingeschaltet. Das zweite Rohrbündel 20 ist durch eine Austrittsleitung 24 mit einem dritten Rohrbündel 25 verbunden, das ebenfalls zur Dampferzeugung dient. Das Rohrbündel 25 ist über eine Austrittsleitung 26 an den Dampf-Wasser-Abscheider 29 angeschlossen. Der in dem Abscheider 19 abgeschiedene Dampf kann über eine Leitung 27 einem Überhitzer 28 zugeführt werden. Das andere Ende des Überhitzers 28 ist mit einer Dampf abgabeleitung 29 verbunden, mittels deren der erzeugte Dampf der den Dampf verbrauchenden Anlage zugeführt werden kann. Eine Vorrichtung 30 zum Messen des Dampfbedarfs, die über einen Regler 31 an das Heißwasserregelventil 23 angeschlossen ist, steht mit dem Dampfabgaberohr 29 in Verbindung. In der Leitung 6 zum Zuführen der Verbrennungsluft ist ein Lufterhitzer 32 angeordnet, der durch Leitungen 33 und 34 mit dem Regelventil

23 parallelgeschaltet ist. Der Dampfkessel 14 ist mit einem Hilfsbrenner 35 ausgerüstet, der sich normalerweise nicht in Betrieb befindet, jedoch in Betrieb gesetzt werden kann, sobald der Industrieofen 1 aus irgendeinem Grunde außer Betrieb gesetzt wird. Hierdurch wird gewährleistet, daß der Kessel 14 jederzeit Dampf erzeugen kann.

Die beschriebene Einrichtung arbeitet in der nachstehend beschriebenen Weise.

Ein Medium, das erhitzt oder auf einer bestimmten Temperatur gehalten werden soll, wird über den Einlaß 3 dem Rohr 2 zugeführt, um zu dem Auslaß 4 zu strömen. Der Brenner 5 des Ofens 1 wird in Betrieb gehalten, um zu gewährleisten, daß dem durch das Rohr 2 strömenden Medium Wärme zugeführt wird, und zwar im wesentlichen in Form von Strahlungswärme. Nach der Aufnahme von Wärme im 5 Ofen 1 verläßt das Medium den Ofen über den Auslaß 4, von wo aus das Medium der betreffenden Anlage zum Durchführen eines Prozesses zugeführt wird. Bei diesem Prozeß kann es sich z. B. um eine hydrogenative Entschwefelung handeln, oder um

ίο eine Destillation im Hochvakuum oder um einen katalytischen Reformierungsprozeß oder um die Destillation von Rohöl, einen bei mäßiger Temperatur durchgeführten Krackprozeß od. dgl.

Die durch den Brenner 5 erzeugten Abgase verlassen den Industrieofen 1 und strömen über die Verbindungsleitung 13 zu dem Dampfkessel 14. In diesem Dampfkessel umströmen die Abgase die Rohrbündel 15, 20, 28 und 25, wobei sie Wärme an das Wasser bzw. den Dampf abgeben.

Die Speisepumpe 17 führt über die Speiseleitung 16 Wasser dem Rohrbündel 15 zu, das als Ekonomiser benutzt wird und dazu dient, das Wasser vorzuwärmen. Das vorgewärmte Wasser strömt von dem Rohrbündel 15 aus über die Abgabeleitung 18 zu dem Dampf-Wasser-Abscheider 19. Aus dem Abscheider 19 strömt Wasser über die Entnahmeleitung 21 und die Umwälzpumpe 22 zu dem Rohrbündel 20, in dem das Wasser in Dampf verwandelt wird. Der Dampf und das noch vorhandene Wasser strömen über die Austrittsleitung 24 zu dem Rohrbündel 25, in dem eine weitere Erhitzung bewirkt wird. Der Dampf und das etwa noch vorhandene Wasser strömen über die Austrittsleitung 26 zum Abscheider 19. Alle noch vorhandenen Wassertröpfchen werden hier von dem Dampf getrennt, so daß im wesentlichen trockener Dampf aus dem Abscheider 19 über die Leitung 27 zu dem Rohrbündel 28 strömt, in welchem der Dampf überhitzt wird.

Der erzeugte Dampf strömt dann von dem Rohrbündel 28 aus über die Abgabeleitung 29 zu der den Dampf verbrauchenden Anlage.

Nimmt man an, daß in einem bestimmten Zeitpunkt eine Erhöhung des Dampfbedarfs der erwähnten Anlage eintritt, wird diese Erhöhung des Dampfbedarfs durch das Meßgerät 30 registriert. Bei dem Gerät 30 handelt es sich z.B. um ein Manometer, mittels dessen ein Rückgang des Drucks in der Leitung 29 festgestellt wird, sobald sich der Dampfbedarf erhöht. Das durch das Gerät 30 erzeugte Signal wird dem Regler 31 zugeführt, der bewirkt, daß das Ventil 23 weiter geöffnet wird. Da das Ventil 23 jetzt weiter geöffnet ist, kann mehr Wasser als zuvor durch das Ventil 23 strömen, während weniger Wasser als zuvor durch den Lufterhitzer 32 geleitet wird.

Dies bedeutet, daß dem Lufterhitzer 32 weniger Wärme zugeführt wird und daß daher auch der durch die Leitung 6 zu dem Brenner 5 des Industrieofens strömenden Verbrennungsluft weniger Wärme zugeführt wird.

Daher tritt jetzt in den Ofenl kältere Verbrennungsluft ein. Infolgedessen wird an das durch das Rohr 2 strömende Medium weniger Wärme abgegeben, was zur Folge hat, daß die Temperatur des über den Auslaß 4 entweichenden Mediums etwas niedriger wird. Diese Temperatursenkung wird durch den Temperaturmesser 9 registriert, der dem Regler 10 ein entsprechendes Signal zuführt. Der Regler 10 bewirkt jetzt eine kleine Verstellung des Brennstoffre-

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gelventils 8 derart, daß dem Brenner 5 eine größere menge zugeführt, wobei diese Verringerung der Ver-

Brennstoffmenge (Gas oder öl) zugeführt wird. Ne- ringerung des Dampfbedarfs der zu betreibenden

ben der Regelung in Abhängigkeit von der Tempera- Anlage entspricht.

tür des durch den Auslaß4 strömenden Mediums Fig.2 und3 zeigen zwei abgeänderte Ausbilkann die Brennstoffmenge auch in Abhängigkeit von 5 dungsformen des Systems, mittels dessen heißes Wasder Temperatur der Verbrennungsluft vor deren Ein- ser dem Lufterhitzer von dem Dampf-Wasser-Abtreten in den Ofenl geregelt werden. Zu diesem scheider 19 aus zugeführt wird. Die mit 6,19,20,22, Zweck wird die Temprarur der Verbrennungsluft 28,29,30,31 und 32 bezeichneten Teile entsprechen mit Hilfe des Temperaturmessers 11 gemessen. Wie den die gleichen Bezugszahlen tragenden Teilen in schon erwähnt, hat sich die Temperatur der züge- io Fig. 1. Aus Gründen der Einfachheit sind in Fig.2 führten Verbrennungsluft etwas verringert. Sobald und 3 nur die Rohrbündel 20 und 28 dargestellt,
eine solche Verringerung der Temperatur registriert Bei der Anordnung nach F i g. 2 und 3 steht die wird, erzeugt der Temperaturmesser 11 ein Signal, Umwälzpumpe 22 mit dem Dampf-Wasser-Abscheidas dem Regler 12 zugeführt wird. Der Regler 12 be- der 19 über eine Leitung 36 in Verbindung. Außerwirkt ebenfalls eine Verstellung des Brennstoffregel- 15 dem ist die Umwälzpumpe 22 über eine Leitung 37 ventils 8 derart, daß dem Brenner 5 mehr Brennstoff an das Rohrbündel 20 angeschlossen. Eine Leitung zugeführt wird. 38 führt von dem Rohrbündel 20 zu dem Abscheider Die Zufuhr einer größeren Brennstoffmenge zu 19. Eine weitere Leitung 29 verbindet den Abscheidern BrennerS bewirkt, daß mehr Wärme und eine der 19 mit dem Rohrbündel 28. Eine Leitung 40 größere Abgasmenge erzeugt wird. Es sei bemerkt, 20 zweigt von der Leitung 37 ab und führt zu dem Luftdaß die größere Menge an Verbrennungsluft, die zur erhitzer 32. In die Leitung 40 ist ein Heißwasserre-Verbrennung der größeren Brennstoffmenge benötigt gelventil 41 eingeschaltet, das durch den Regler 31 wird, automatisch zugeführt wird, da sich der Wider- betätigt wird. In Fi g. 2 steht der Lufterhitzer 32 mit stand verringert, der der kälteren Luft in dem Lufter- dem Abscheider 19 über eine Leitung 42 in Verbinhitzer 32 und im Luftregister des Brenners entgegen- 25 dung, während in F i g. 3 der Lufterhitzer 32 durch gesetzt wird. Infolgedessen wird die Temperatur des die Leitung 38 und die Leitung 43 mit dem Abschei-Mediums, das über den Auslaß 4 abgeführt wird, auf der verbunden ist.

ihren früheren Wert zurückgeführt. Hierbei strömt Die Anordnung nach F i g. 2 arbeitet in der nachein größeres Volumen an heißeren Abgasen über die stehend beschriebenen Weise.

Verbindungsleitung 13 vom Ofen 1 zum Dampfkessel 30 Wenn der Dampfbedarf der Anlage zunimmt, wird 14, so daß die benötigte zusätzliche Wärmemenge dies durch das Gerät 30 zum Messen des Dampfbeentsprechend dem erhöhten Dampfbedarf zur Erzeu- darfs registriert, so daß dem Regler 31 ein entspregung von Dampf zur Verfügung steht. chendes Signal zugeführt wird. Der Regler 31 beWenn sich der Dampf bedarf der erwähnten Anlage wirkt, daß das Ventil 41 weiter geschlossen wird, so verringert, kehrt sich der beschriebene Vorgang um, 35 daß weniger heißes Wasser durch die Leitung 40, den d. h., beim Rückgang des Dampfbedarfs wird das Lufterhitzer 32 und die Leitung 42 strömt. Infolge-Ventil 23 weiter geschlossen, so daß mehr heißes dessen gibt der Lufterhitzer 32 weniger Wärme an Wasser durch den Lufterhitzer 32 strömt. Infolgedes- die durch die Leitung 6 zu dem Industrieofen 1 strösen wird der Verbrennungsluft mehr Wärme züge- mende Verbrennungsluft ab. Geht der Dampfbedarf führt, und der Industrieofen 1 wird mit wärmerer 40 zurück, spielen sich die beschriebenen Vorgänge im Verbrennungsluft gespeist. Daher erhöht sich die umgekehrten Sinne ab, d.h. der Verbrennungsluft Temperatur des erhitzten Mediums am Auslaß 4. Der wird über den Lufterhitzer 32 mehr Wärme zuge-Temperaturmesser 9 erzeugt ein entsprechendes Si- führt.

gnal, das dem Regler 10 zugeführt wird, der dann Die in F i g. 3 gezeigte Anordnung arbeitet im we-

veranlaßt, daß das Ventile weiter geschlossen wird. 45 sentlichen in der gleichen Weise; der einzige Unter-

Dies hat zur Folge, daß der Brenner 5 mit weniger schied besteht darin, daß bei der Anordnung nach

Brennstoff gespeist wird, so daß der Ofen 1 weniger F i g. 2 das Wasser aus dem Lufterhitzer 32 über die

Wärme und eine kleinere Abgasmenge erzeugt. Hier- Leitung 42 direkt zu dem Dampf-Wasser-Abscheider

durch wird die Temperatur des Mediums am Aus- 19 strömt, während bei der Anordnung nach F i g. 3

laß 4 auf ihren ursprünglichen Wert zurückgeführt. 50 das vom Lufterhitzer 32 kommende Wasser über die

Dem Dampfkessel 14 wird über die Verbindungslei- Leitung 43 der Leitung 38 zugeführt wird, um schließ-

tung 13 weniger Wärme und eine geringere Abgas- lieh zum Abscheider 19 zu gelangen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Erzeugen von Dampf mittels Abgase eines Ofens zum Erwärmen eines Mediums auf eine vorgegebene Temperatur, mit einer Zufuhrleitung für Verbrennungsluft und einem Brenner, in dessen Brennstoff zuführleitung ein in Abhängigkeit von der Temperatur des erwärmten Mediums betätigtes Regelventil eingeschaltet ist, wobei an den Abgaskanal des Ofens ein Dampferzeuger mit einer Speisewasserzuführung, einem Abscheider und einer Dampfableitung angeschlossen ist, und dem Dampferzeuger entnommenes Heißwasser durch einen Erhitzer für die Verbrennungsluft geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Regelventil (23, 41) für die Heißwasserzufuhr zum Erhitzer (32) für die Verbrennungsluft vorgesehen ist, das in Abhängigkeit von dem in der Dampfableitung (29) des Dampferzeugers (14) gemessenen Dampfbedarf über ein Steuergerät (31) derart betätigbar ist, daß die Heißwasserzufuhr zum Lufterhitzer (32) bei steigendem Dampfbedarf sinkt und bei sinkendem Dampfbedarf steigt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Brennstoff zuführleitung (7) ein in Abhängigkeit von der Temperatur der Verbrennungsluft beim Eintritt in den Ofen (1) betätigtes Regelventil (8) eingeschaltet ist.