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Vorrichtung zur Verhinderung der Entstehung eines tberdrucks in Öfen.
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Technische Öfen, wie sie in der Erdöl- und der chemischen In -dustrie
benutzt werden, arbeiten gewöhnlich mit natürlichem oder künstlichem Zug. In beiden
Fällen sind die Öfen dafür ausgerüstet, unter negativem Druck zu arbeiten, d.h.
der statische Druck innerhalb des Ofens liegt unterhalb des barometischen Drucks
der Umgebung) infolge der hohen temperatur und der entsprechenden geringen Dichte
der Gase innerhalb des Ofens. Beispielsweise beträgt bei einem Ofen, der mit natürlichem
Zug arbeitet, der Unterdruck innerhalb der Brennkammer -0,25 mm bis 2,5 mm Wasser.
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Um ein möglichst wirksames Arbeiten dieser Öfen oder ihr Funktionieren
mit der größtmöglichen Kapazität zu sichern, ist es wesentlich, den höchstmöglichen
Druck innerhalb des Ofens aufrecht zu halten, d.h. einen Druck, der möglichst dicht
am barometrischen Druck, aber stets unter diesem, liegt. illit anderen WortenSesteht
das Prinzip darin, daß der negative Druck so klein wie irgend möglich gemacht werden
soll, da er sich der dem Ofen umgebende Atmosphäre annähern soll. Eine typische
Druckdifferenz von minus o,5 mm Wasser zwischen dem Strahlungsbereich und dem ausserhalb
des Ofens herrschenden, barometrischen Druck mag als Hinimum verwendet werden. Wenn
diese Differenz einen positiven Wert erhält, entweicht ausserordentlich heisses
Rauchgas durch die Ofenkonstruktion und beschädigt diese ernsthaft. Zusätzlich können
möglicherweise gefährliche Bedingungen für das Bedienungspersonal entstehen. So
kann der positive Druck zur Flammenbildung führen, die ihren Weg aus der Brennkammer
heraus finden.
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Bei der normalen Analyse und Regelung der Ofenbedingungen ist es für
den Stand der Technik typisch, die Druckdifferenzen zwischen dem barometrischen
Druck und verschiedenen Stellen innerhalb des Ofens zu messen und dann den Ofenzug
so einzustellen, daß der Druck den optimalen Bedingungen entspricht. Wenn sich jedoch
die Arbeitsweise des Ofens dem minimalen negativen Druck nähert, wird die Anzeige
der Differenzdruckmesser unzuverlässig. Diese können durch die Bedingungen der Umgebung
ernsthaft beeinflusst werden. So ist beispielsweise der Versuch an einem sehr windigen
Tag, den Differenzdruck bei solch kleinen Beträgen zu messen, praktisch unmöglich.
Dann wird die Regelung des Optimaldrucks im Ofen sehr schwierig, wenn nicht unmöglich.
Das Bedie -
-nungspersonal hat dann zwei höglichkeiten: die eine
besteht darin, aus Gründen der Sicherheit den Ofen weniger wirksam arbeiten zu lassen,
oder andererseits eine mögliche Zerstörung der Einrichtung und eiXnUnfall für sich
selbst zu riskieren, wenn der Ofen unter ueberdruck arbeitet. Einrichtungen, um
möglicherweise gefährliche Bedingungen festzustellen, würden die Ungewissheit hinsichtlich
des Ofendrucks auf ein iSinimum herabmindern und ein Arbeiten unter bevorzugten
Bedingungen ohne ernsthaftes Risiko zu ermöglichen. Erfindungsgemäß ist eine neue
Vorrichtung entwickelt worden, die die nötige Information schafft, sie ist Gegenstand
der vorliegenden Anmeldung.
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Ein Ueberdruck in Industrieöfen kann vermieden werden, wenn die Änderung
des negativen zum positiven Druck unmittelbar entdeckt wird. Zwischen der Atmosphäre
und dem Inneren der Brennkammer des Ofens unmittelbar unterhalb des Bereichs der
Xonvektionsströmungen ist eine kleine Durchtrittsöffnung vorgesehen; das Ende eines
rostfreien Stahlrohres von geringem Durchmesser ist hierfür geeignet.
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Wenn. der Ofen normal unter einem negativen Druck gegenüber dem Barometerdruck
arbeitet, strömt Luft nach innen, d.h.
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kalte Luft aus der Atmosphäre fliesst in den Ofen, aber in so geringen
Mengen, daß die Funktion des Ofens nicht ge -stört wird. Im entgegengesetzten Fall,
wenn der Ofen einen positiven Druck hat, kehrt sich der für gewöhnlich nach innen
gerichtete Luftstrom um; es beginnen sehr heisse Verbrennungsprodukte von der Innenseite
des Ofens durch den Durchgang in die Atmosphäre auszutreten. Diese Strömungsumkehrung
kann durch verschiedene möglichen Mittel festgestellt werden. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform
befindet sich ein einzelnes Thermo-Element an oder
in dem rostfreien Stahlrohr, das den Durchgang bildet. Dieses Thermoelement kann
die scharfe Temperaturänderung, die eintritt, wenn die Strömung sich umkehrt, rasch
feststellen. Die rl1emperatursteigerung kann zu einer Alarmvorrichtung an der Schalttafel
übermittelt werden, die das Bedienungapersonal darauf aufmerksam macht, daß eine
Korrektion erfolgen muß. Statt dessen kann auch in einer komplexeren Anordnung dieses
Signal dazu benutzt werden, Regelleitungen einzuschalten, die eine Anzahl wichtiger
Faktoren des Verfahrensverlaufs überwachen, wodurch Korrekturen vorgenommen werden,
die andernfalls das Bedienungspersonal von Band durchführen muß. So kann beispielsweise
eine Verminderung der Speisungsgeschwindigkeit des Ofens, eine Ver -minderung der
Feuerungsgeschwindigkeit und die Einstellung von Ofendrosseln dazu geeignet sein,
um den negativen Druck wieder herzustellen. All diese Korrekturen vermin -dern die
Ofentemperatur und den Druck und schützen ihn damit vor Beschädigung. Eine prompte
und zwangsläufige Jarneinrichtung für gefährliche Uberdruckbedingungen gestattet
somit zu allen Zeiten ein Arbeiten in der iVähe der optimalen Bedingungen.
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Die einzige Figur erläutert schematisch die Anordnung und Wirkungsweise
einer Vorrichtung gemäß der Erfindung.
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Die einzige Figur zeigt schematisch einen Teil eines typischen Ofens
10 der Erdöl- und chemischen Industrie.
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In diesem Ofen empfängt das Rohr 14 unmittelbare Blammenhitze, die
durch die Brenner 16 erzeugt wird, und ferner Strahlungshitze von der feuerfesten
Auskleidung des Ab -schnitts 12. Die Rohre 18 stellen die unteren Reihen des Järmeübertragungsabschnittes
dar, in dem die Hitze in
erster Linie durch xollvektion und weniger
durch strahlung übertragen wird. Der Druck im oberen Teil des Värme ab -strahlenden
Abschnitts 12 unmittelbar unter dem Koiivek tionsabschnitts, der als ituppelabschnitt
13 beairnt ist, liegt gewöhnlich unter dem äusseren barometrischen Druck.
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Der Druckunterschied zwischen dem Ofen und der Umgebung kann nur 0,5mm
Wassersäule betragen, wenn optimale Ar -beitsbedingungen vorliegen, und zwar entweder
Infolge minimalen Brennstoffverbrauchs oder andererseits einer maximalen Härmeerzeugung.
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Unter diesen Bedingungen sind die üblichen Differentialdruckinstrumente
nur von begrenztem Wert und nicht genügend genau, um sich hierauf verlassen zu können.
Gemäß der Erfindung ist nun ein enger Durchgang zwischen der Atmosphäre und dem
Kuppelteil des Ofens vorgesehen. Im besonderen hat sich eine Röhre 20 aus rostfreiem
Stahl von geringem Durchmesser als günstig erwiesen, aber es können auch andere
Verfahren zum Eintritt der Luft in begrenzten mengen verwendet werden.
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Bedingungen, die bei der Anordnung eines solchen Lufteintritts beachtet
werden müssen, sind folgende: in erster Linie muß der Luftzutritt klein genug sein,
um eine Störung des Arbeitens des Ofens zu verhüten und die Ofenleistung zu vermindern.
In zweiter Linie muß der 3;uftzutritt groß genug sein, um jederzeit einen kontinuierlichen
Luftstrom sicherzustellen, d.h. eine Blockierung des Durchtritts kann entweder zu
einem falschen Signal führen oder im tatsächlichen Notfall die Signalgebung verhindern.
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Drittens: da ausserordentlich heisse Gase in einem Temperaturgebiet
von 650°C bis 815°C durch den Durchgang 20 strömen, wenn im Kuppelteil 13 ein positiver
Druck entsteht,
kann der Temperaturfühler beschädigt werden, wenn
er in seiner Ausführung nicht den 3edingxngen in geeigneter Weise angepasst ist.
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Normalerweise strömt Luft durch das Rohr 20 nach innen.
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Demnach wird das Rohr normalerweise sich in der Nähe der Aussentemperatur
befinden. Sollte der Ofen unter positivem Druck zu arbeiten beginnen, kehrt sich
die Luftströmung augenblicklich um, und die heissen Gase beginnen durch das Rohr
nach aussen zu strömen. Diese Umkehr kann die Temperatur rasch auf 6500C bis 81500
steigern. Die Umkehr der Luftströmung kann mit Hilfe eines Strömungsmessers oder
einer sonstigen einfachen Vorrichtung, die die Strömungsrichtung anzeigt, gemessen
werden. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist å jedoch ein einzelnes Thermoelement
22 ausserhalb des Rohrs 20 befestigt, oder in das hierfür vorgesehene Loch eingelassen.
Das Thermoelement fühlt die Temperaturänderung sehr rasch ab, da die zum abheizen
des Rohres nötige Zeit ausserordentlich gering ist. Jede Temperatur oberhalb etwa
12100 wird die Alarmvorrichtung an der Schalttafel des Bedienungspersonals in Tätigkeit
setzen, so daß eine unmittelbare Maß -nahme getroffen werden kann.
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Bei einem technisch mehr vollkommenem System kann unmittelbar bei
Tönen des Alarms eine selbsttätige Einstellung erfolgen. So kann beispielsweise
mit Hilfe üblicher Regelvorrichtungen,die bereits für das Funktionieren des Ofens
erforderlich sind, eine Verminderung der Zuführungsge -schwindigkeit erfolgen, die
indirekt mit Hilfe anderer Anordnungen die Verbrennung mindert. Andere mögliche
Korrekturen , die unter Verwendung der bereits vorhandenen
Regel
einrichtungen vorgenommen werden könnten, sind eine unmittelbare Verminderung der
euerungsgeschwindigkeit durch Einstellung eines Strömungsreglers, der auf den brennstoffstrom
einwirkt, oder es kann eine durch einen otor betätigte Drosselklappe ein wenig geöffnet
werden, um den Überdruckz@stand zu korrigieren. Es können eine Anzahl von Korrektionsmethoden
angewendet werden in Abahängigkeit von der instrumentalen Ausrüstung, die für die
Verfahrensregelung in dem speziellen Ofen angewendet wird, auf den sich die Erfindung
bezieht.
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Bei einer nicht dargestellten anderen Ausführungsform können zwei
Thermoelemente verwendet werden, von denen das eine dauernd die Temperatur der umgebenden
Luft und das andere die Temperatur des Rohres 20 misst. Die Temperaturdifferenz
zwischen diesen beiden Thermoelementen £rann dazu verwendet werden, um festzustellen,
wenn sich die Strömung unkehrt. Bei anderen Ausführungsformen können mehrere Thermoelemente
verwendet werden als Re -serve für die Hauptalarmvorrichtung.
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Die vorangegangene Beschreibung einer bevorzugten Aus -führungsform
ist lediglich zur Erläuterung bestimmt, und soll nicht dazu dienen, den Schutzumfang
der Erfindung zu begrenzen, die durch die folgenden Patentansprüche defi -niert
ist.