DE2521683A1 - Heizvorrichtung - Google Patents

Heizvorrichtung

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DE2521683A1 DE19752521683 DE2521683A DE2521683A1 DE 2521683 A1 DE2521683 A1 DE 2521683A1 DE 19752521683 DE19752521683 DE 19752521683 DE 2521683 A DE2521683 A DE 2521683A DE 2521683 A1 DE2521683 A1 DE 2521683A1
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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)

Ansprüche :
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.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen der Leitungsabschnitte (8a - 8f) Öffnungen
(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.
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.
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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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