DE2352770A1 - Verfahren und vorrichtung zum erhitzen einer gasdichten strahlwand bei industrieoefen - Google Patents

Description

Anmelder: 01. 10« 73

VEB Schwermaschinenbau-Kombinat 2352770

"Ernst Thälmann" Magdeburg

3011 Magdeburg 11, Marienstr. 20

Verfahren und Vorrichtung zum Erhitzen einer gasdichten Strahlwand bei Industrieöfen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erhitzen einer Strahlwand bei Industrieöfen mit einem vom Ofenraum gasdicht getrennten Verbrennungsräume

Strahlwände mit vom Ofenraum gasdicht getrennten Verbrennungsraum dienen zur Beheizung von Anlagen und Aggregaten, bei denen das Einsatzgut bzw_o die vorhandene Atmosphäre nicht durch Abgase beaufschlagt oder verunreinigt werden sollen. Die Abstrahlung erfolgt durch Muffeln bzw_o Retorten oder Strahlheizrohre. Die Muffeln bzw. Retorten werden in der Regel aus einzelnen keramischen Platten, die mit Nut und Feder versehen sind, zusammengebaute Die Platten haben eine Wanddicke von 25 bis 40 mm# Die Stoßstellen der einzelnen Platten sind trotz ihrer Ausführung mit Nut und Feder nicht völlig dicht, insbesondere wenn kein kontinuierlicher Ofenbetrieb vorliegt und das wiederholte Aufheizen und Abkühlen, verbunden mit unterschiedlicher Ausdehnung der einzelnen Platten, zu einer erhöhten Beanspruchung der Stoßstellen führt. -

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Ein weiterer Hachteil liegt in der schlechten Wärmeleitung der verwendbaren keramischen Materialien. Um die geforderte Abstrahlieistung der Muffeln bzw. Retorten zu erreichen, muß die Temperatur der beheizten Muffelseite 200 bis 400° C über der erforderlichen Ofentemperatur liegen· Diese hohen thermischen Belastungen führen trotz der keramischen Werkstoffe zu einer schnellen Zerstörung bzw_e zu einem schnellen Undichtwerden der Muffeln bzw«, Retorten.

Diese Nachteile führen dazu, daß die Muffeln aus hochhitzebeständigem Stahl ausgeführt werden. Bei kleinen öfen brachte diese Maßnahme den erwarteten Erfolg vor allem dann, wenn die Muffeln bzw» Retorten rohrförmig ausgeführt werden konnten«» Muffeln bzw. Retorten für mittlere und große öfen aus hochhitzebeständigem Stahl konnten sich nicht durchsetzen, da die große Wärmedehnung dieser Stähle zu Abdichtproblemen führte, die z. T. technisch noch nicht lösbar sind. Somit blieb das Anwendungsgebiet auf kleine Öfen beschränkte Die Forderung, gasdicht getrennte Verbrennungsräume zum Beheizen von großen Ofenräumen zu verwenden, führte dazu, einzelne Brenner in Rohren brennen zu lassen, wobei eine Wärmeabstrahlung an den Ofenraum erfolgt und die Abgase außerhalb des Ofenraumes abgeführt werden. Diese Mantelstrahlheizrohre bestehen aus einer Brennerdüse, der Brennluftzuführung, die konzentrisch zueinander angeordnet sind, und einem Brennrohr, welches ebenfalls konzentrisch angeordnet ist. Das Mantelrohr ist einseitig

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mit einem Boden verschlossen, so daß die Abgase in einen * Ringspalt zwischen Brenn- und Mantelrohr zurückgeführt werden. Das Ende der Rückführstrecke ist als Rekuperator ausgebildet, mittels dessen die Verbrennungsluft im Gegeristrom vorgewärmt ,wird. Die Abgase verlassen das Mantelstrahlheizrohr über den vorgenannten Ringspalt und werden direkt oder über, einen Abgassammeitopf in das Abgassystem geleitet.

Obwohl die Mantelstrahlheizrohre für alle Industriegrößenöfen benutzt werden und somit den Muffeln bzw· Retorten nur noch eine zweitrangige Bedeutung zukommt, bestehen auch beim Mantelßtrahlheizrohr immer noch zwei Hauptprobleme. Dies ist einmal die ungleichmäßige Temperatur— verteilung über die Rohrlänge und zum anderen die hohe thermische Belastung des Brennrohres, die die Anwendungstemperatur begrenzt bzw· die Standzeit der Mantelstrahlheizrohre bestimmt. Während die ungleichmäßige Temperaturverteilung durch Umwälzen von Abgasen im Mantelstrahlheizrohr auf ein Minimum gesenkt werden kann, ist die Standzeit selbst beim Einsatz keramischer Brennrohre noch immer begrenzt·

Ein weiterer Nachteil, vor allem bei Verwendung von wasserstoffarmen, kohlenwasserstoffreichen Brennstoffen, ist die Regelbarkeit von Maximal- auf Minimallaste DiareJi die hierbei auftretende Verringerung der StrömungsgeseiissiJidigkeit erfolgt keine intensive Brennstoff-Verbrennungslnft-Vermisehung und keine vollständige Verbrennung, verbleien mit einer Rußbildung, die durch Aufspalten von unveribrann— ten Kohlenwasserstoffen entsteht. Um dies zu vermeiden» 409824/06-77 -4-

wird im unteren Regelbereich mit erhöhtem Luftüberschuß gefahren» Dieses führt jedoch wieder zu einer merklichen Verschlechterung des Wirkungsgrades· Des weiteren bringt die Anordnung der Strahlheizrohre, bedingt durch die konstruktive Anordnungsmöglichkeit im Ofenraum, punkt- bzwo streifenförmige Erwärmungsstellen_e Um diese Nachteile zu vermeiden, geht man dazu über, die Strahlheizrohre teilweise durch elektrische Widerstands-Drahtwendel-Heizung zu ersetzen, die bei gleicher Heizleistung auf eine größere Fläche verteilt werden können. Hierbei und ebenfalls bei dem Einsatz von Mantelstrahlheiarohren spielen die Investitionen, bedingt durch die Anschaffung, Einbau usw«, eine nicht unerhebliche RoIIe₀ Deshalb ist in letzter Zeit in Vorschlag gebracht worden, wieder Muffeln aus hitzebeständigem Stahl zu verwenden, die durch einen Spezialbrenner beheizt werden· Bei diesem sogenannten Radi-Block-System wird die Muffelwand durch einen Brenner beheizt, der eine scheibenförmige Flamme besitzt« Dadurch wird ein größerer Bereich der Muffelwand einer direkten Plammeneinwirkung unterzogen, wodurch man sich eine gleichmäßigere Wärmeabstrahlung von der gesamten Muffelwandfläche erhofft. Die schon aufgeführten Nachteile bei der Verwendung von Muffeln konnten jedoch auch mit dieser Lösung nicht endgültig vermieden werden, so daß sich auch hier die Anwendung auf kleinere Industrieöfen "beschränkt,

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In Erkenntnis dieser Mängel ist es Zweck der Erfindung, durch eine gesteuerte Verbrennung Temperaturunterschiede an der Strahl'wand sowie punkt- bzw_e streifenf'drmige Erwärmungsstellen im Ofeninneren zu vermeiden, die Aufheizzeit optimal zu verringern, um somit erhebliche Energiekosten einzusparen, .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch die Anordnung und Ausbildung eines großflächigen Heizelementes eine gleichmäßige Wärmebeaufschlagung auf die gesamte Fläche der Strahlwand zu erzielen_o'

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das mit Druck in einem von der Strahlwand getrennten Verteilerraum einströmende Brennstoff-Luft-Gemisch eine gasdurchlässige Keramikwand durchströmt, wandaustrittsseitig gezündet wird, wodurch die Oberfläche durch eine flächenförmige Verbrennung zum Glühen gebracht und die Abstrahlungswärme durch Pestkörperstrahlung gleichmäßig auf die gesamte Fläche der Strahlwand übertragen wird. Es gehört mit zur Erfindung, daß das durch die Keramikwand strömende Brennstoff-Luft-Gemisch die Keramikwand kühlt, durch die Wärmeaufnahme jedoch gleichzeitig erwärmt wird, so daß keine Wärme nach außen fließen kann und die sonst üblichen Wandverluste vermieden werden»

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, daß innerhalb des in geschlossener Blockform ausgeführten Heizelementes eine durchgehende gasdurchlässige Keramikwand angeordnet ist,

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wodurch, das Heizelement in einen Verbrennungsraum und einen Verteilerraum aufgeteilt isto Um die Zündung des Brennstoff-Luft-Gemisches erst nach Durchtritt des Gemisches durch die Keramikwand erfolgen zu lassen, ist die Zündeinrichtung innerhalb der Keramikwand angeordnete

Anhand eines Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden. In der Zeichnung ist eine Strahlwand gemäß der Erfindung im Längsschnitt dargestellte Das Brennstoff-Luft-Gemisch, wird durch das Mischrohr 1 dem Verteilerraum 2 zugeführt, durchströmt die gasdurchlässige Keramikwand 3 und wird mittels der Zündeinrichtung 4 an deren Oberfläche im sogenannten Verbrennungsraum 17» der durch die Keramikwand 3 und die Strahlwand 6 gebildet wird, gezündet. Hier erfolgt eine fast flammenlose, flächenförmige Verbrennung, die die Keramikwand 3 zum Glühen bringt» "Die glühende Oberfläche 5 der Keramikwand 3 überträgt die Wärme an die Strahlwand 6, die infolge ihrer geringen Dicke die Wärme augenblicklich in den Ofenraum 7 abstrahlt» Das bei der Verbrennung des Brennstoff-Luft-Gemisches im Verbrennungsraum zwischen Keramikwand 3 und Strahlwand 6 entstehende Abgas verläßt diesen durch das Abgasrohr 8₀ Zur Wärmerückgewinnung kann ein Rekuperator 9 zum Vorwärmen der Verbrennungsluft vorgesehen werden» Die Verbrennungsluft wird direkt oder über den Rekuperator 9 durch die Zuleitung 10, in die eine entsprechende Dosiereinrichtung 11 eingebaut ist, durch das Verbindungsrohr 12 dem Gemischrohr 1 zugeleitet. Der Brennstoff wird durch die Zuleitung 13» in die eine entsprechende Dosiereinrichtung 14 und die notwendigen Sicherheitsgeräte 15 eingebaut sind,

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dem Mischrohr T zugeführt. Zur Anbringung der Strahlwand an die Ofenkonstruktion ist der Dichtungsrahmen 16 vorgesehen. .

Durch die erfindungsgemäße Ausführung werden folgende Vorteile erzielt:

Beim Durchströmen des Brennstoff-Luft-Gemisches durch die poröse Keramikwand 3 erfolgt,eine homogene Durchmischung, so daß auch bei Minimallast eine fast rußfreie Verbrennung erfolgt· Die schon besagte fast flammenlose Verbrennung an der Oberfläche der Keramikwand 3 bringt diese zum Glühen, so daß die Wärmeübertragung auf die Strahlwand 6 durch Pestkörperstrahlung erfolgt, die, gegenüber direkter Wärmeübertragung durch Konvektion und Gasstrahlung, die maximalen Wärmemengen pro Flächeneinheit überträgt· Durch die gleichmäßige Erwärmung der Oberfläche 5 der Keramikwand 3 wird die Strahlwand 6 ebenfalls einheitlich über ihre Gesamtfläche erwärmt· Die Folge ist der Wegfall von Temperaturspitzen, wodurch sich wiederum die Standzeit der Strahlwand 6 erheblich erhöht»

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das durch, die Keramikwand 3 strömende Brennstoffgemisch einerseits die Keramikwand kühlt, wobei es sich andererseits gleichzeitig erwärmt, Wärme nicht nach außen fließen kann und somit die sonst unvermeidbaren Wandverluste vermieden werden· " Für periodisch bzw· zeitweilig betriebene Anlagen entfallen außerdem die Speicherverluste₉ die durch das Aufheizen der Ausmauerung der Öfen bisher erforderlich waren, fast vollständig, da nach der erfindungsgemäßen Ausführung die

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Strahlwände die ansonsten notwendige feuerfeste Ausmauerung ersetzen. Anlagen dieser Art sind dadurch auch in kürzester Zeit auf die erforderliche Betriebstemperatur im Ofenraum zu bringen _o

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Claims (1)

1. Patentansprüche: .

   ' 1 ο) Verfahren und Vorrichtung zum Erhitzen einer Strahlwand bei Industrieöfen mit einem vom Ofenraum gasdicht getrennten Verbrennungsraum, wobei das entstehende Abgas durch ein vorzugsweise von einem Rekuperator umgebenen Abgasrohr abgeleitet wird und zum Vorwärmen der Verbrennungsluft diese den Rekuperator durchläuft, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Druck in einen von der Strahlwand (6) getrennten Verteilerraum (2) einströmende Brennstoff-Luft-Gemisch eine gasdurchlässige Keramikwand (3) durchströmt und wandaustrittsseitig gezündet wird, wodurch die Oberfläche durch eine flächenförmige Verbrennung zum Glühen gebracht wird und die Abstrahlungswärme durch Pestkörperstrahlung gleichmäßig auf die gesamte Fläche der Strahlwand (6) übertragen wird«»

   2· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Diffusion des Brennstoff-Luft-Gemisches durch die Keramikwand (3) diese wandeintrittsseitig gekühlt wird«,

   3ο Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des in geschlossener Blockform ausgeführten Heizelementes eine durchgehende gasdurchlässige Keramikwand (3) angeordnet ist.

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   4· Vorrichtung nach. Anspruch 31 dadurch gekennzeichnet, daß .das Heizelement durch die Anordnung der Keramikwand (3) in einen Verbrennungsraum (17) und einen Verteilerraum (2) aufgeteilt ist«,

   5β Vorrichtung nach Anspruch 3 und 4_S dadurch gekennzeichnet, daß die Zündeinrichtung (4) innerhalb der Keramikwand (3) angeordnet ist·

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