DE2301952C3 - Vorrichtung zum Aufheizen von Regenerativöfen zuzuführender Frischluft - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufheizen von Regenerativöfen zuzuführender Frischluft mittels der zu einer Gasreinigungsvorrichtung strömenden Abgase des Ofens mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Hauptanspruches.

Die Erfindung ist insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, für Glasschmelzofen, Herdtieföfen für Stahl, Siemens-Martin-Öfen und für Umschmelzofen für Aluminium und Kupfer geeignet. Bei Öfen dieser und ähnlicher Art ist man zwar bestrebt, die Temperatur der Abgase zum Aufheizen der zuströmenden Frischluft auszunutzen, jedoch sind die hierbei bisher erreichten Wirkungsgrade schlecht.

Ein für diese Zwecke geeignetes, an zwei parallele Regenerativwärmetauscher angeschlossenes Umschaltventil ist aus der US-PS 31 84 223 bekannt. Dieses Umschaltventil leitet die durch eine Leitung herangeführte Frischluft wahlweise in den einen oder anderen Wärmetauscher, so daß die Frischluft stets durch einen Her beiden Wärmetauscher in den Ofen gelangt, 952 ^

während gleichzeitig durch den jeweils anderen Wärmetauscher die Ofenabgase in Gfcgenrichturig hinriurchströmen, bevor sie abgezogen werden. Will man mit derartigen, nach dem Prinzip der periodischen Umkehr der Gasströmung arbeitenden Regenerativwärmetauschern die Wärmr der Ofenabgase weitgehend zur Erhitzung der zuströmenden Frischluft verwenden, muß man mehrere derartige Heiz- oder Kühlstufen mit jeweils zwei parallel geschalteten Regenerativwärmetauschern vorsehen, was einen erhöhten Bauaufwand mit den damit verbundenen Kosten und einem entsprechenden Raumbedarf bedingt Dieser zusätzliche Aufwand ist in den seltensten Fällen wirtschaftlich gerechtfertigt

Aus der US-PS 2? 94 631 ist es in Verbindung mit einem Herdofen bekannt, eine Rekuperator und einen Generator in Reihe zu schalten, durch die die dem Herdofen zugeführte Frischluft nacheinander hindurchströmt. Mit den Abgasen des Herdofens wird der Generator geheizt während der Rekuperator von Abgasen eines anderen Ofens beheizt wird. Die Frischluft wird also zweistufig, jedoch von getrennten Wärmequellen aufgeheizt, so daß die Abgaswärme auch nur unvollständig ausgenutzt wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die in den Abgasen eines Regenerativwärmeofens enthaltene Wärme mit besserem Wirkungsgrad als bisher möglich zum Aufheizen der dem Ofen zugeführten Frischluft zu verwenden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Gattung mit den Merkmalen des Kennzeichens des Hauptanspruches gelöst Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Dadurch, daß der Regenerator in Reihe mit dem Rekuperator zwischen dem Regenerativofen und der Gasreinigungsvorrichtung angeordnet ist und diese Teile nacheinander von den Ofenabgasen bzw. der Frischluft durchströmt werden, kann man die Wärme der Ofenabgase in stärkerem Uni'^ng als bisher, d.h. also mit besserem Wirkungsgrad auf die Frischluft übertragen. Sie wird im Bereich des Rekuperators zunächst von den nicht mehr allzu warmen Abgasen vorgewärmt und dann von der vorher an den Regenerator von den Abgasen abgegebenen Wärme weiter aufgeheizt. Das Umschaltventil wird periodisch betätigt, um die beiden Kammern des Regenerators wechselseitig immer wieder von durchströmenden Abgasen aufzuheizen und von der durchströmenden Frischluft abzukühlen.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist man in der Lage, die Temperatur der Ofenabgase weiter als bisher möglich zu verringern, bevor diese Abgase in die Gasreinigungsvorrichtung gelangen. Dementsprechend ergibt sich ein deutlicher Anstieg der Temperatur der in den Ofen gelangenden Frischluft. Auch ist es mit der Erfindung möglich, Temperaturschwankungen der von einem Regenerativofen zu einer Gasreinigungsvorrichtüng strömenden Abgase so klein wie möglich zu halten.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung liegt darin, daß ein als Regenerator dienender Renegerativwärmetauscher mit einem Rekuperator in Reihe geschaltet ist und dadurch ein zweistufiges Aufheizen der dem Ofen zuzuführenden Frischluft durch einen zweistufigen Wärmetausch mit den abströmenden Ofenabgasen möglich ist Für eine Vorerwärmung der Frischluft strömt diese durch die im Strömungsweg der Abgase hinter dem Regenerativwärmetauscher liegenden Roh-

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re des Rekuperators. Auf diese erste, im wesentlichen nach dem Prinzip der Wärmekonvekton arbeitenden Heizstufe folgt eine zweite Heizstufe, in welcher die Frischluft durch jeweils eine Kamrrcr des Regenerativwärmetauschers strömt Da die Temperaturen im Regenerativwärmetauscher wesentlich höher als im Rekuperator sind und die Frischluft bereits vorgeheizt in den Rejsnerativwärmetauscher gelangt, erzielt man in der nach dem Prinzip der Wärmestrahlung arbeitenden zweiten Heizstufe eine Aufheizung der Frischluft mittels der Abgaswärme mit bisher nicht erreichtem Wirkungsgrad. Da die Frischluft dem Ofen dementsprechend mit höherer Temperatur zugeführt wird, ist auch der Wirkungsgrad des Regenerativofens bedeutend verbessert. ,

Die zweistufige Aufheizung der Frischluft wird durch zweistufiges Abkühlen der zur Gasreinigungsvorfich tung strömenden Ofenabgase bewirkt. Zunächst werden die Abgase beim Durchstrom durch einen der beiden parallel geschalteten Regenerativwärmetauscher, der gegebenenfalls auch aus mehreren derartigen Wärme tauschern bestehen kann, einer ersten Kühlung unterworfen. Die Abgase werden dann beim Strömen durch den Rekuperator weiter abgekühlt. Dadurch ergeben sich verschiedene bedeutende Vorteile. Wenn die Abgase beispielsweise leicht flüchtige Verunreinigungen enthalten, was häufig in der Glasindustrie ehr Fall ist, wird der größte Teil dieser Verunreinigungen in den Regenerativwärmetausehern oder den damit verbünde nen Abgaszügen niedergeschlagen, d. h. an Stellen, an denen die Gasdurchtrittsöffnungen sehr groß sind und dementsprechend keine Verstopfungsprobleme auftreten können. Auf diese Weise vermeidet man. daß die sehr viel engeren Durchgangsöffnungen des Rekuperators verstopfen können, ein Problem, das auftritt, wenn nur Rekuperatoren verwendet werden, um die eine hohe Temperatur aufweisenden Abgase, die gerade einen Ofen verlassen haben, zu kühlen Die erfindungs gemäße zweistufige Kühlung schützt außerdem die Rohre des Rekuperators gegen Beschädigungen, die auftreten können, wenn diese Rohre mit sehr heißen Ciasei in Kontankt kommen Noch ein weiterer Vorteil der zweistufigen Kühlung mit Senenschaltung von Regeneratoren und Rekuperatoren besteht darin, daß man, wie bereits gesagt, die Temperaturen der Abgase wesentlich stärker herabsetzen kann. Deshalb kann man auch mit besserem Wirkungsgrad arbeitende Gasreini gungsvornchtungen hinter dieser Kühl- bzw. Wärme in lisch Vorrichtung der vorliegenden Erfindung anord nen. Ein Beispiel für eine derartige Gasreinigungsvor richtung ist eine Gasreinigungsvomchtung mit einge bautem Sackfilter, die nur bei Ciastemperaturen unterhalb 230" C und über dem Taupunkt sicher arbeiten können

Wenn Sackfilter-Reinigungsvornchtungen zum Rei nigen der *kbgase verwendet werden, ist es manchmal wünschenswert, einen Gegenstrom oder pulsierenden Luftstrom zu verwenden, um die aus Gewebe bestehenden Filtersäcke zu biegen oder zu bewegen, so daß in diesen festgesetzte Partikel aus ihnen entfernt werden. Es hat sich gezeigt, daß die Verwendung von nicht geheizter Außenlufc für den pulsierenden Luftstrom die Temperatur der Abgase und auch der Filtersäcke einschließlich der diese Filter oder Filtersäkke tragenden Teile auf eine Temperatur unterhalb des Taupunktes verringern kann. Dann entsteht eine Kondensation, die das Filtertuch zubäckt, wodurch eine weitere richtige Gasreinigung unmöglich wird. Auch können, wenn sich bestimmte Chemikalien wie beispielsweise Sulfate. Chlorflüßmittel, Fluoride oder Si-lfide in den Abgasen befinden, Säuren gebildet werden.

Um diese Probleme zu vermeiden, hat man vorgeschlagen, die zum Bewegen der Filtersäcke oder Filtertücher verwendete pulsierende Luft mit Hilfe von Hilfsheizeinrichtungen zu erwärmen, die beim Anfahren des Ofens zunächst zum Vorheizen der Gasfiltervorrichtung verwendet werden und dann ständig in Betrieb bleiben. Hierdurch ergeben sich bedeutende Kapitalinvestitionen für die zusätzliche Heizeinrichtung und die Cieser zugeordneten Steuerungen und weiterhin ständige Kosten für die zum Betrieb dieser Hilfseinrichtung erforderliche Energie.

Durch die vorliegende Erfindung wird hingegen vorgeschlagen, eine tragbare Hüfsheizeinrichtung für den pulsierenden Luftstrom zu verwenden, die nur beim Anfahren des Ofens zum Vorheizen des pulsierenden Liiftstromes verwendet wird. Nachdem die Anlage einmal arbeitet, wird ein Teil der von den Rekuperatoren vorgeheizten Frischluft abgezweigt und als pulsierender Luftstrom dem Gehäuse der Filtervorrichtung zugeführt, so daß die Hilfsheizvornchtung abgeschaltet und ausgestellt werden kann Diese Hilfsheizvorrichtung kann dann entfernt und für andere Zwecke, bei denen erwärmte Luft benötigt wird, verwendet werden. Aut diese Weise vermeidet man zusätzliche Betriebsko sten. die mit einer kontinuierlich arbeitenden Hilfsheiz einrichtung entstehen, so daß sich bedeutende Einspa rungen ergeben

In der Zeichnung ist eine erfindungsgemäße Vorrich tung in schematicher Darstellung zwischen einen Regenerativofen und eine Gasreinigungsvornchtung eingebaut gezeigt.

Die Vorrichtung 10 ist zwischen einem Regenerativ ofen 12 und einer Gasreinigungsvorrichtung 14 angeordnet, wobei die Gasreinigiingsvorrichtung 14 an einen Schornstein 16 angeschlossen ist. Der Regenerati vofen 12 ist üblicher Ausführung und besitzt einen Ofenraum 18. der auf seinen gegenüberliegenden Seiten von primären Gitterwerksschächten 20a und 20h eingerahmt ist.

Die Vorrichtung 10 umfaßt einen Winderhitzer oder Regenerator 22. der eine erste Kammer 24a und eine zweite Kammer 246 besitzt. Die erste Kammer 24a ist über einen ersten Kanal 26a mit dem an einer Seite des Ofenraumes 18 angeordneten Gitterwerksschacht 20a verbunden, während die zweite Kammer 246 in ähnlicher Weise mittels eines zweiten Kanals 266 mit dem auf der anderen Sene des Ofenraumes 18 befindlichen Gitterwerk sschachts 206 verbunden ist.

Die oberen F.nden der Kammern 24a und 246 stehen mit einem Umschaltventil 28 1.1 Verbindung, das beispielsweise wie in der USPS 5184 223 offenbart ausgebildet ist Das Umschaltventil 28 besitzt ein Gehäuse 30, welches einen gewölbten Schließteil 32 enthält, der mit Hilfe eines pneumatischen, hydraulischen oder mechanischen Antriebes 33 hin und her verschoben werden kann. Das obere Ende 34 des Gehäuses 30 mündet in einen dritten Kanal 36, der zur Gäsreinigungsvorrichtung 14 führt Die Gasreinigungsvorrichtung ist üblicher Ausführung und vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise eine mit Filtersäcken oder Filterlüchern ausgerüstete Gasreinigungseinrichtung (bag house).

Im dritten Kanal 36 befindet sich zwischen dem Regenerator 22 und der Gasreinigungsvornchtung 14

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ein Rekuperator 38. Dieser Rekuperator 38 ist kann Außenluft in den Kanal 36 einlassen, falls die vorzugsweise mit zwei Sätzen von Rohren 40a und 406 Abgastemperatur einen vorbestimmten Wert überausgerüstet. Die Rohre 40a stehen mit einem Ende mit schreitet. Das Sicherheitsventil 54 kann auch verwendet einer gemeinsamen Kammer 42 in Verbindung, an die werden, um die Temperatur der Abgase auf einem ein Gebläse 44 angeschlossen ist. Die anderen Enden 5 verhältnismäßig konstanten Wert zu halten, so daß auch dieser Rohre 40a stehen mit einer anderen gemeinsa- der elektrische Widerstand der in den Abgasen men Kammer 46 in Verbindung, in welche auch die enthaltenen Partikel im wesentlichen konstant bleibt. Rohre 406 münden. Mit ihren anderen Enden münden Dieses Merkmal ist dann vorteilhaft, wenn die die Rohre 40b in eine dritte Kammer 48. die eine Gasreinigungsvorrichtung 14 einen elektrostatischen Verbindung zu einem vierten Kanal 50 herstellen. io Abscheider enthält.

Dieser Kanal 50 führt vom Recuperator 38 zu einem Die Vorrichtung 10 ist außerdem vorzugsweise mit

Auslaß 52, der im Gehäuse 30 des Umschaltventil 28 an einer Leitung 56 versehen, durch welche Luftstöße oder einer Stelle zwischen den oberen Enden der Kammern Luftimpulse von einem Gebläse 58 in die Gasreinigungs-24a und 246liegt. vorrichtung 14 eingeleitet werden können. Das Gebläse

Wenn der schieberartige gewölbte Schließteil 32 sich 15 58 ist über eine Leitung 60 an eine bewegbare bzw. in der in vollen Linien d.n>'esiell(cn I.il'l belimlet. tragbare Hilfs-Heizvorrichtung 62 angeschlossen, die arbeitet die Vorrichtung folgendermaßen: vorzugsweise, jedoch nicht notwendig mit Hilfe von

Der durch die gewellten Pfeile angedeutete Abgas- Propangas beheizt wird. Eine weitere Leitung 64 führt strom geht vom Ofenraum 18 durch den ersten Kanal vom ersten Satz Rohre 40a des Rekuperators 48 zur 26a in die erste Kammer 24a des Regenerators 22. Die 20 Leitung 60. In den Leitungen 60 und 64 sind Ventile 66a Kammern 24a und 246 enthalten eine geeignete und 666 angeordnet

Auskleidung aus Ziegelsteinen oder feuerfesten Steinen. Die vorstehend erläuterte Anordnung arbeitet fol-

welche die Wärme von den Abgasen aufnehmen und gendermaßen:

dieselbe später durch Strahlung an die Frischluft Bei Betriebsbegir.n ist das Ventil 666geschlossen und

abgeben. Der Abgasstrom geht von unten nach oben 25 das Ventil 66a geö'fnet. Die Hilfs-Heizvorrichtung 62 durch die Kammer 24a und gelangt in das Gehäuse 30 wird betrieben, um Außenluft zu erwärmen, die vom des Umschaltventils 28. Durch das obere Ende 34 Gebläse 58 durch die Leitung 56 in die Gasreinigungsgelangt der Abgasstrom schließlich in den dritten Kanal vorrichtung 14 befördert wird. Die Hilfs-Heizvorrich-36. von wo er über die beiden Sätze von Rohren 40a und tung 62 wird so lange benutzt, bis die Gasreinigungsvor-406 des Recuperators 38 streicht und dann in die 30 richtung 14 auf eine Temperatur erwärmt worden ist. Gasreinigungsvorrichtung 14 gelangt. Nach Durchtritt die ausreichend hoch über dem Taupunkt liegt, und bis durch die Gasreinigungsvorrichtung 14 werden die die Abgase genügend warm sind, um eine Kondensation Abgase durch den Schornstein 16 abgeführt. Der durch zu vermeiden. Wenn dieser Betriebszustand erreicht ist, die geraden Pfeile angedeutete Frischluftstrom geht wird die Hilfs-He zvorrichtung 62 abgeschaltet, das vom Gebläse 44 aus. welches die für die Verbrennung 35 Ventil 66a geschlossen und das Ventil 666 geöffnet, vorgesehene Frischluft aus der umliegenden Atmosphä- Dann wird die für die Luftimpulse benötigte Luft von re ansaugt und in die Kammer 42 drückt. Von hier den ersten Rohren 40a des Rekuperators 38 entnomstromt die Frischluft durch die Rohre 40a. die Kammer men. so daß nunmehr das Vorerwärmen durch die in den 46. die Rohre 406. die Kammer 48 und den vierten Kanal Abgasen, welche curch den Rekuperator 38 strömen. 50 zum Auslaß 52 Der Schließteil 32 des Umschaltven- 40 enthaltene Energie durchgeführt wird. Die Hilfs-Heiztils 28 lenkt den Frischluftstrom dann nach unten durch vorrichtung 62 kann dann abgebaut und an eine andere die /weite Kammer 446 des Regenerators 22. Von hier Stelle gebracht werden.

gelangt die Frischluft durch den zweiten Kanal 266 und Von besonderer Bedeutung für die Erfindung ist die

den einen (iitierwerkssehiichi 206 in den Olenr.ium 18 Anordnung eines Regenerators 42 und eines Rekupera-

Wenn der schieberartige Schließteil 32 in die in 45 tors 38 in der beschriebenen Weise, d. h. in Strömungsgestnchelten Linien angedeutete Stellung 32a verseho- richtung hintereinander. Auf diese Weise ist eine ben ist. wird der Gasstrom durch die darunter zweistufige Kühlung der Abgase auf eine Temperatur befindlichen Kammern 24a und 246 umgekehrt, d. h. die möglich, die im S.icherheitsbereich einer besonders durch den vierten Kanal 50 zugeführte Frischluft strömt wirksamen Gasreinigungsvorrichtung liegt. Gleichzeitig durch die Kammer 24a nach unten und durch den ersten 50 wird die zugeführte Frischluft zweistufig erwärmt. Kanal 26a zum Ofen 1Z während die Abgase durch den zunächst im Rekuperator 38 durch Konvektion und zweiten Kanal 266 den Ofen verlassen und durch die dann im Regenerator 42 durch Strahlung, so daß die Kammer 246 nach oben in den dritten Kanal 36 strömen. Frischluft eine höhere Temperatur als bisher möglich

Unter normalen Betriebsbedingungen wird aufgrund erhält. Hierdurch wird der Wirkungsgrad der Verbrender vom Regenerator 22 und vom Rekuperator 38 55 nung im Regenerativofen 12 verbessert so daß die bewirkten zweistufigen Kühlung die Temperatur der Brennstoffzufuhr geringer werden kann und die Menge Abgase so weit herabgesetzt daß keine Gefährdung der der Verunreinigungen der in die Atmosphäre gehenden Gasreinigungsvorrichtung 14 eintreten kann. Um die Gase ebenfalls verringert wird. Das Vorheizen der in die Gasreimgungsvorrichtung 14 jedoch gegen Schaden zu Gasreinigungsvorrichtung 14 eingeführten Luftimpulse schützen, die durch einen ungewöhnlichen und unerwar- 60 mit Hilfe des Rekuperators 38 macht es überflüssig, teten Anstieg der Abgastemperatur auftreten können. während des Betriebes ständig eine Hilfs-Heizvorrichkann es wünschenswert sein, ein Sicherheitsventil 54 im tung zu verwenden. Auf diese Weise können sowohl die dritien Kanal 36 in Strömungssrichlung hinter dem Investitionskosten als auch die Betriebskosten bedeu-Rekuperator 38 vorzusehen. Dieses Sicherheitsventil 54 tend gesenkt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

23 Ql Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Aufheizen von Regenerativöfen zuzuführender Frischluft mittels der zu einer Gasreinigungsvorrichtung strömenden Abgase des Ofens, die ein Umschaltventil umfaßt, das an zwei parallelgeschaltete Regenerativwärmetauscher eines Regenerators, an eine Einlaßleitung für Frischluft und an eine Auslaßleitung für Abgase angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rekuperator (38) mit der Auslaßleitung (36) hinter dem Umschaltventil (28) und mit der Einlaßieitung (50) vor dem Umschaltventil (28) verbunden ist, der die vom Regenerator (32) kommenden Abgase zusätzlich kühlt und eine Vorheizung der zum Regenerator strömenden Frischluft erzeugt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den in die Einlaßleitung (50) mündenden Teil des Rekuperators (38) ein Gebläse (44) zur Zufuhr von Frischluft angeschlossen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasreinigungsvorrichtung (14) eine mit Filtersäcken oder Filtertüchern ausgerüstete Vorrichtung ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch \, 2 oder 3. dadurch gekennzeichnet, daß im dritten Kanal (36) zwischen dem Rekuperator (38) und der Gasreinigungsvorrichtung (14) eine Einrichtung (54) zur wahlweisen Zufuhr von Außenluft vorgesehen ist, um die Temperatur der zur Gasreinigungsvorrichtung strömenden Gase zu steuern.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Leitung (56) enthält, durch welche in zu den Abgasen entgegengesetzter Richtung Frischljftimpulse in die Gasreinigungsvorrichtung (14) eingeleitet werden können.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hilfs-Heizvorrichtung (62) an die Leitung (56) anzuschließen ist, um die Frischluft zu erwärmen, und daß Ventile (66a, 66b) vorgesehen sind, um wahlweise die Hilfs-Heizvorrichtung (62) oder den Rekuperator (38) an die Leitung (56) anzuschließen.