DE2521683A1 - Heizvorrichtung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung für Strömungsmittel mit einer Strahlungskammer und einer
Konvektionskammer, die am oberen Ende der Strahlungskammer dieser nachgeschaltet und gegenüber dieser
seitlich versetzt ist, wobei die Strahlungskammer
mindestens eine Rohrreihe für das mit Wärme zu beaufschlagende Strömungsmittel aufweist.
Als Strömungsmittel werden Flüssigkeiten und Gase in Betracht gezogen, die durch die Rohre der Strahlungsabschnitte geleitet werden. Bei einigen Arten von Heizvorrichtungen
sind die Rohre leer, während bei anderen Arten in diesen Katalysatoren oder teilchenförmiges
Material eingelagert ist. In Abhängigkeit von dem auszuführenden Verfahrensablauf kann die Art des
Strömungsmittels geändert werden oder auch nicht, d.h. die Heizvorrichtung kann zur Durchführung chemischer
Umwandlungsprozesse oder zum Verdampfen von Flüssigkeit oder einfach zur Erhöhung der Temperatur einer Flüssigkeit
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oder eines Gases eingesetzt werden. Die Rohre können innerhalb der Heizvorrichtung in einer oder mehreren
vertikalen Reihen angeordnet sein, und die Strahlungskammer hat gewöhnlich einen quadratischen oder rechteckigen
Grundriß. Die Strahlungswärme wird durch einen oder mehrere Brenner erzeugt, die an dem Boden oder in den
Seitenwänden der Kammer oder an beiden angeordnet sind, und die die Rohre entweder direkt oder indirekt beheizen,
indem die Flammen auf die umgebenden oder benachbarten Wand- oder Bodenabschnitte gelenkt werden, die durch
feuerfestes Material gebildet sind. In letzterem Fall wird die Hitze von den Wänden bzw. dem Boden reflektiert
und dann auf die Rohre zum Erwärmen des in diesen befindlichen Strömungsmittels gelenkt.
Bei bestimmten Verfahrensabläufen, insbesondere der Pyrolyse oder Dampfumwandlung, ist es sehr wichtig, daß
bei allen Strahlungsabschnitten die Wärmeverteilung möglichst gleichmäßig ist. Dieses ist bei derartigen
Verfahrensabläufen wichtig, da die Temperatur des Metalls der Rohre so im wesentlichen über die gesamte Länge der
Rohre bzw. deraiOberfläche konstant gehalten werden kann.
Vorzugsweise wird die Temperatur des Metalls der Rohre vom Einlaß bis zum Auslaß auf dem höchsten zulässigen
Wert gehalten. Das Arbeiten in dieser Weise führt zu einem optimalen Wärmeübergang auf das Strömungsmittel
innerhalb der Rohre, so daß bei der Pyrolyse oder der Dampf umwandlung optimale Ergebnisse bzw. Umwandlungen
erreicht werden.
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Bei Heizvorrichtungen dieser Art mit eine» horizontal ver setzten Konvektionsabschnitt und einem Rauchrohr wurde die
Tendenz festgestellt, daß die Verbrennungs- bzw. Rauchgase,
die von den Brennern aufsteigen, in dem oberen Bereich der Strahlungskammer in Richtung des Konvektionsabschnittes
abgelenkt werden, was zu einer ungleichmäßigen Wäraebeaufschlagung
in den oberen Bereichen der Rohre führt, insbesondere der Rohre in der Ecke, durch die die Gase
zu der Konvektionskammer hin abgezogen werden. Das Ablenken bzw. die Strömung der Rauchgase in Richtung des Konvektionsabschnittes
kann zusätzlich zu einer Verwirbelung der Rauchgase in der entsprechenden Ecke führen, wodurch die
ungleichmäßige Beaufschlagung der Rohre in diesem Bereich erhöht wird.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die genannten Nachteile auszuschalten.
Dieses wird bei der eingangs näher erläuterten Heizvorrichtung erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß im oberen Bereich
der Strahlungskammer mehrere längliche, horizontal angeordnete Leitungen vorgesehen sind, die parallel zu den
Rohrreihen verlaufen, sich im wesentlichen über die Strahlungskammer erstrecken, mit Einlassen für aus der
Strahlungskammer aufsteigende Verbrennungsgase versehen und zum Weiterleiten der Verbrennungsgase in die Konvektionskammer
ausgebildet sind.
Auf diese Weise wird erreicht, daß die Wärmebeaufschlagung innerhalb des Strahlungsabschnittes gleichmäßiger ist. Ein
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weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß «ine
Einrichtung geschaffen wird, die die Strömung der Verbrennungs-
bzw. Rauchgase von dem Strahlungsabschnitt in den Konvektionsabschnitt steuern kann. Außerdem werden
die Verwirbelungen entlang der Seitenwände reduziert bzw. vollständig ausgeschaltet, die sich daraus ergeben, daß
die Gase in dem Strahlungsabschnitt ungleichmäßig strömen und dadurch eine ungleichmäßige Wärmeverteilung zur Folge
haben.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben, die anhand der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert werden. Es zeigt:
Fig. 1 einen Querschnitt einer Ausführungsform der
Heizvorrichtung, die in der erfindungsgemäßen Ausgestaltung insbesondere zur Dampf umwandlung
von Kohlenwasserstoffen geeignet ist,
Fig. 2 einen Querschnitt gemäß Linie A-A in Fig. 1,
Fig.3-6 verschiedene Leitungsquerschnitte zur Verwendung
bei der Heizvorrichtung gemäß Fig. 1,
Fig. 7 eine Detailansicht der Leitungen, die aus verschiedenen Abschnitten bestehen und bei denen
die Rauchgase durch Dehnungsfugen zwischen den Leitungsabschnitten zugeführt werden,
Fig. 8 eine weitere Ausführungsform gemäß der Erfindung, bei der die Rauchgase den Leitungen durch
Öffnungen bzw. Schlitze innerhalb der Leitungsabschnitte zugeführt werden,
Fig. 9 Elemente zum Anschließen der Leitungen an der Decke der Strahlungskammer, und
Fig. 10 einen Querschnitt durch einen Leitungsabschnitt
gemäß Fig. 9 entsprechend Schnitt A-A in Fig.
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Fig. 1 und 2 zeigen eine Heizvorrichtung gemäß der Erfindung mit einem im wesentlichen rechteckigen Querschnitt und zahlreichen
Reihen von vertikal angeordneten Rohren. Die Heizvorrichtung hat eine Strahlungskammer 1, die durch die Seitenwände
3 und 4, die Stirnwände 10 und 11, eine Decke 5 und einen Boden 2 gebildet wird. Die Strahlungskammer hat sowohl
einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt als auch einen rechteckigen Grundriß. Sowohl der Grundriß als auch der
Querschnitt oder beide können auch quadratisch sein und zusätzlich können auch die Seitenwände 3 und 4, die nach
der Zeichnung länger sind als die Stirnwände 10 und 11, kürzer sein als die Stirnwände, wodurch der rechteckige
Grundriß umgekehrt wird. Die Strahlungskammer 1 ist über einen im wesentlichen horizontalen Kanal 17 an eine Konvektion
skammer 12 angeschlossen, die seitlich gegenüber der Strahlungskammer versetzt ist und in der zahlreiche
Konvektionsrohre 13 angeordnet sein können. Die Konvektionskammer 12 ist mit einem Rauchrohr 14 zum Ableiten der
Verbrennungsgase versehen.
Innerhalb der Strahlungskammer 1 sind eine oder mehrere Reihen von Rohren 7A bis 7F angeordnet, die bei dieser
AusfUhrungsforin vertikal ausgerichtet sind. Durch einen Verteiler 6 wird ein zu erwärmendes Strömungsmittel in
die Rohre 7 eingeleitet und durch einen Austrittssammler 16 von den oberen Enden der Rohre aus abgeleitet. Alternativ
kanntias Strömungsmittel an den oberen Enden der Rohre 7 durch den als Verteiler geschalteten Sammler 16 zugeführt
und durch den als Sammler geschalteten Verteiler 6 abgeführt werden. In dem Boden 2 und/oder den Seitenwänden 3 und
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der Strahlungskammer 1 sind ein oder mehrere Brenner zur
Beaufschlagung der Rohre und/oder der Wände der Kammer mit Wärme angeordnet, die die Verbrennungsgase erzeugen, die
durch die Konvektionskammer 12 und das Rauchrohr 14 abgezogen werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der
Heizvorrichtung gemäß Fig. 1 und 2 für die Dampf umwandlung
sind Brenner nur an dem Boden 2 angeordnet; und das Strömungsmittel
tritt an den unteren Enden in die Rohre 7 ein und strömt dann durch diese nach oben.
Im oberen Bereich der Strahlungskammer 1 sind ein oder mehrere längliche, horizontal angeordnete Leitungen 8A bis 8G vorgesehen,
die zur Steuerung der Verteilung der Rauchgase in der gesamten Strahlungskammer 1 ausgebildet sind und auch das
Abziehen der Rauchgase durch die Konvektionskammer 12 und das Rauchrohr 14 steuern können. Wie aus Fig. 1 ersichtlich,
erstrecken sich die Leitungen 8 über den gesamten Querschnitt der Strahlungskammer 1, so daß die Rauchgase durch die
Leitungen in die Konvektionskammer 12 geleitet werden können. Diese Leitungen 8 sind mit Einrichtungen zum Einlassen der
Rauchgase in die Leitungen versehen und die Gase werden dann aus den Leitungen 8 direkt in den unteren Bereich der
Konvektionskammer 12 geleitet. Wenn mehrere Reihen von Rohren in dem Strahlungsabschnitt 1 vorgesehen sind, ist jeweils
eine Leitung 8 zwischen zwei Rohrreihen angeordnet und eine Leitung befindet sich zusätzlich zwischen der ersten und
der letzten Rohrreihe und der benachbarten Wand 10 bzw. 11 der Strahlungskammer 1.
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Bei einer bevorzugten, in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform haben die Leitungsabschnitte einen von einem Ende der
Leitung zum anderen Ende der Leitung zunehmend anwachsenden Durchmesser und stehen über Dehnungsfugen miteinander in
Verbindung. Bei dieser Anordnung befindet sich der Leitungsabschnitt mit dem kleinsten Durchmesser an dem Ende der
Leitung, das dem Abgabeende im Bereich der Konvektionskammer 12 gegenüberliegt. Die Leitungsabschnitte können auch aus
übereinstimmenden Teilen von gleichem Durchmesser bestehen. Die Leitungsabschnitte sind aus hochlegiertem Stahl hergestellt,
der Temperaturen zwischen 9800C und 12000C standhält,
die im Inneren der Strahlungskammer 1 herrschen können. Die Leitungen sind aus hochlegierten Stahlplatten
hergestellt und zweckmäßigerweise durch übliches Biegen geformt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform gemäß Fig. 3
besteht die Leitung aus Blech, das im wesentlichen halbkreisförmig angeordnet ist. Wenn jedoch keine Biegemaschinen
zur Herstellung von Halbkreisprofilen vorhanden sind, kann das Blech auch an zahlreichen Stellen gebogen werden, um
eine Leitung mit einem polygonalen Querschnitt gemäß Fig. 4 zu bilden. Andere geeignete Querschnittsformen sind die
Dreiecksform gemäß Fig. 5 und die Quadrat- oder Reciteckform gemäß Fig. 6.
Wie aus Fig. 7 und β ersichtlich, ist die Leitung mit zahlreichen
Öffnungen für den Eintritt der Rauchgase versehen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform gemäß Fig. 7 sind diese
Öffnungen Dehnungsfugen 9a bis 9e, durch die die Rauchgase in die Leitungen eintreten können. Alternativ können gemäß
Fig. 8 die Leitungsabschnitte mit öffnungen oder Schlitzen 15 versehen sein, durch die die Rauchgase hindurchtreten
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können. Gemäß einer weiteren Möglichkeit können die Rauchgase
sowohl durch die Dehnungsfugen als auch die öffnungen bzw. Schlitze in die Leitung hineingelangen. Vorteilhafterweise
nehmen die Abmessungen und/oder Anzahl der öffnungen von dem der Konvektionskammer gegenüberliegenden Ende zu
dem Abgabeende in die Konvektionskammer hinein ab. Auf diese Weise nimmt die Weite der Dehnungsfugen 9a bis 9e
im Verlauf der Leitung in Richtung des Abgabeendes ab. In ähnlicher Weise nehmen die Anzahl und/oder die Abmessungen
der Schlitze 15 gemäß Fig. 8 "in Richtung des Abgabeendes der Leitung ab. Durch diese Konstruktion werden die Rauchgase
gezwungen, an allen Punkten über den Gesamtverlauf der Leitung in diese einzutreten und die Saugwirkung des Rauchrohres
ist erheblich reduziert bzw. egalisiert.
Aus Fig. 9 und 10 ist eine geeignete Anbringungsart für die Leitungen 8 an der Decke 5 erkennbar, die eine gewisse
Dehnung zuläßt. Die Leitungsabschnitte sind mittels einer Schraube 20 befestigt, die mit einer Feder 22 versehen ist
und die durch einen Abschnitt der Leitung reicht, der abgekantet ist und als Flansch zur Befestigung dient. Die Feder
22 hält die Leitung unter Vorspannung in Stellung. Die auf den Schraubenbolzen wirksame Dehnung ist auch innerhalb
der Feder wirksam, die jedoch eine ausreichende Spannung aufrecht erhält. In der Decke 5 können Paßstifte 24 vorgesehen
sein, die die Anordnung der Leitungsabschnitte unter Abstand von dem feuerfesten Material der Decke hält.
Die Leitungen reichen zweckmäßigerweise bis an die Wand 4 der Strahlungskammer an der dem Abgabeende gegenüberliegenden
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Seite, obgleich sie von der Wand auch ein wenig abgerückt sein können, um eine gewisse Dehnung zu ermöglichen. Das
Abgabeende erstreckt sich zweckmäßigerweise bis etwas in den horizontalen Kanal 17 hinein, wobei in den Räumen unterhalb
und zwischen den Abgabeöffnungen Mauerwerk vorgesehen sein kann. Die Leitungen können jedoch direkt vor dem
horizontalen Kanal 17 enden, ohne daß die Wirksamkeit merklich beeinträchtigt wird.
Die von den Brennern in den Boden und/oder Seitenwänden der Strahlungskammer aufsteigenden Verbrennungs- bzw. Rauchgase
werden nach oben durch die Dehnungsfugen und/oder Schlitze in die Leitungen hineingezogen und dann horizontal in die
Konvektionskammer geblasen. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die Rauchgase im wesentlichen senkrecht nach
oben strömen und nicht durch die Saugwirkung der Konvektionskammer und des Rauchrohres seitlich abgelenkt werden. Auf
diese Weise werden auch die Rohre in den oberen Ecken der Strahlungskammer an der der Konvektionskammer gegenüberliegenden
Wand gleichmäßig mit Hitze über ihre gesamte Länge beaufschlagt. Sie werden dabei im wesentlichen im
gleichen Maße von der Wärme beaufschlagt, wie die anderen Rohre innerhalb der Strahlungskammer. Da die Leitung aus
Metallblech aufgebaut ist, reflektiert sie selbst die Wärme in den oberen Bereich der Strahlungskammer und unterstützt
damit die Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Temperatur an den Rohrflächen.
- Ansprüche -
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Claims (15)
1./Heizvorrichtung für Strömungsmittel mit einer Strahlungs-"Kammer
und einer Konvektionskammer, die am oberen Ende der Strahlungskammer dieser nachgeschaltet und gegenüber dieser
seitlich versetzt ist, wobei die Strahlungskammer mindestens eine Rohrreihe für das mit Wärme zu beaufschlagende Strömungsmittel
aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Bereich der Strahlungskammer (1) mehrere längliche, horizontal
angeordnete Leitungen (8) vorgesehen sind, die parallel zu den Rohrreihen (7) verlaufen, sich im wesentlichen über
die Strahlungskammer erstrecken, mit Einlassen (9,15) für
aus der Strahlungskammer(1) aufsteigende Verbrennungsgase
versehen und zum Weiterleiten der Verbrennungsgase in die Konvektionskammer (12) ausgebildet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Rohre(7) vertikal angeordnet sind und die Strahlungskammer
(1) einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt hat.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß zahlreiche parallele Rohrreihen vorgesehen sind, zwischen denen jeweils eine Leitung (8) vorgesehen ist, und daß
zwischen der ersten und der letzten Rohrreihe sowie der jeweils benachbarten Wand der Strahlungskammer (1) ebenfalls
eine Leitung(8) angeordnet ist.
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4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
jede Leitung (8) aus zahlreichen Abschnitten (8a - 8f) besteht, zwischen denen Dehnungsfugen (9a - 9e) ausgebildet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
der Querschnitt der Leitungsabschnitte (8a - 8f) in
Strömungsrichtung der Verbrennungsgase innerhalb der Leitung (8) zunimmt.
Strömungsrichtung der Verbrennungsgase innerhalb der Leitung (8) zunimmt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Wandungen der Leitungsabschnitte (8a - 8f) Öffnungen
(15) zum Zutritt von Verbrennungsgasen haben.
(15) zum Zutritt von Verbrennungsgasen haben.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Abmessungen der Öffnungen in Strömungsrichtung der Verbrennungsgase abnehmen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Konvektionskammer (12) über einen im wesentlichen
horizontalen Kanal (17) an die Strahlungskammer (1) angeschlossen ist.
horizontalen Kanal (17) an die Strahlungskammer (1) angeschlossen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Strömungsmittel in den vertikal angeordneten Rohren (7) nach oben strömt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Leitungen (8) mittels Schraubbolzen (20) an der Decke
(5) der Strahlungskammer (1) angeschlossen sind.
(5) der Strahlungskammer (1) angeschlossen sind.
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11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubbolzen (20) Federn (22) aufweisen, die im
oberen Abschnitt der Schraubbolzen (20) angeordnet sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Dampfumformer aufweist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zahlreiche Brenner zur Erzeugung der Strahlungswärme
vorgesehen sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (8) einen im wesentlichen halbkreisförmigen
Querschnitt haben.
15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Leitungen einen polygonalen Querschnitt haben.
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Leerseite
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