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Einrichtung zur Winderhitzung
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Die Errindung betrifft eine Einrichtung zur Winderhitzung mit mindestens
zwei umschaltbaren, mit einer Wärmespeichermasse gefüllten Regeneratoren und mit
Brennkammern zur Erzeugung mn der Erwärmung der Speichermasse dienenden heißen Gasen
durch Verbrennen von Brennstoffen mit Luft.
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Winderhitzer werden in der HUttenindustrie zur Durchführung des Hochofenprozesses
benötigt. Der Wind, d.h. erhitzte Luft, wird in den Hochofen eingefUhrt und dient
dort zur Oxidation des Kokses zu Kohlenmonoxid. Dieses wiederum wird bei der anschließenden
Reduktion der oxidischen Erze zu Metallen zu Kohlendioxid oxidiert.
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Die in der HUttenindustrie bekannten Winderhitzer sind aufrecht stehende
TUrme, die im wesentlichen aus einem mit einer wärme speichernden Masse ausgefUllten
Speicherraum und einer schachtartig ausgebildeten Brennkammer bestehen. Speicherraum
und Brennkammer sind direkt nebeneinander angeordnet und stehen in der Kuppel des
Winderhitzers miteinander in Verbindung. Die Wärmespeichermasse besteht im allgemeinen
aus gesetzten Formsteinen.Der Winderhitzer arbeitet als Regenerator, d.h. fUr einen
kontintierlichen Betrieb sind mindestens zwei Winderhitzer ndtig.
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Durch den im unteren Teil der Brennkammer angeordneten Brenner werden
die zugeführten Brenngase, vorwiegend Gichtgase aus dem Hochofen, mit Lurt-verbrannt.
Sie strömen durch den Brennschacht aufwärts, werden in der Kuppel umgelenkt und
geben ihren Wärmeinhalt im Speicherraum teilweise an die gemauertenStine ab.
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Sobald diese die höchstzulässige Temperatur erreicht\absn, wird die
Warmperiode abgebrochen und die Windperiode eingeteltet.
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Dabei wird die zu erhitzende Luft entgegen der ursprünglichen Richtung
der Brenngase durch die W§rmespeichermasse geleitet.
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Sie erwärmt sich dort bis auf die Temperatur der Speichermasse und
wird anschließend durch den Brennschacht abgefUhrt. Während der Windperiode ist
der Brenner abgeschaltet.
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Der Betrieb derartiger Winderhitzer hat mehrere Nachteile. Jeder
Winderhitzer besitzt zur Erzeugung der heißen Brenngase einen eigenen Brenner und
einen eigenen Brennschacht. Dies fUhrt zu großen Toträumen und dadurch bedingten
erheblichen Schaltverlusten. Außerdem massen die Brenner periodisch an- und wieder
abgeschaltet werden, weshalb ihre Auslastung nur 50 % beträgt. Die bei großer Wärmekapazität
geringe Oberfläche der Steine ist die Ursache dafür, daß fUr einen ausreichenden
Wärme-Ubergang zwischen Steinen und Gas und damit zwischen den Uber die Steine Wärme
austauschenden Gasen große mittlere Temperaturdifferenzen erforderlich sind. Da
die Temperaturdifferenz am kalten Ende der Winderhitzter besonders klein gehalten
werden soll, treten am warmen Ende entsprechend große Temperaturdifferenzen und
damit Temperaturschwankungen bis zu mehreren 1000C auf. Diese Schwankungen der Windtemperatur
mUssen durch zusätzliche Regelvorrichtungen unter Zumischung von kalter tuft ausgeglichen
werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Winderhitzung
zu entwickeln, die, besonders hinsichtlich der RaumausnUtzung und der Nutzung der
zur Verfugung stehenden hohen Temperaturen zweckmäßiger ist als die bekannten Winderhitzer.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeweils zwei
oder mehrere Regeneratoren einer gemeinsamen, kontinuierlich- arbeitenden Brennkammer
zugeordnet sind.
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Der gemeinsame Brenner wird bei der erfindungsgemäßen Einrichtung
getrennt von den Regeneratoren aufgestellt, die damit im wesentlichen nur noch den
Speicherraum umfassen, und durch Leitungen, in denen sich Schaltorgane befinden,
mit ihnen verbunden Die räumlich aufwendigen und für die Wärmespeicherung nicht
ausnutzbaren Brennschächte entfallen. Der Brenner kann kontinuierlich betrieben
werden und seine Auslastung beträgt nahezu 100 %.
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Eine weitere vorteilhafte- Ausbildung der Erfindung besteht darin,
daß die Wärmespeichermasse eine die Regeneratoren nahezu vollständig ausfüllende
Schüttung ist. Kleine Füllkörper geben ihren Wärmeinhalt aufgrund ihrer verhältnismäßig
großen Oberfläche und kleinen Wärmeleitwege schon bei kleinen Temperaturdifferenzen
ausreichend schnell ab. Infolgedessen kann der Regenerator mit einer wesentlich
kleineren mittleren Temperaturdifferenz betrieben und der Wind auf höhere Temperaturen
angewärmt werden. Bei richtiger ProzeßfUhrung sind die Temperaturschwankungen des
Heißwindes im kontinuierlichen Betrieb daher im Falle der SchUttung wesentlich geringer
als im Falle der gesetzten Steine.
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Um den Totraum Uber der Wärmespc3ichermasse soweit wie möglich zu
verringern, ist die erfindungsgemäße Einrichtung mit Vorteil so ausgebildet, daß
in den an die Enden der Regeneratoren angeschlossenen Rohrleitungen zur Steuerung
des Prozeßablaufes dienende Schalt organe möglichst nahe an den Regeneratoren angeordnet
sind. Eine spezielle ftusfUhrung, besteht weiter darin, daß die Schaltorgane an
einem Ende der Regeneratoren als selbsttätige RUckschlagventile ausgebildet sind.
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Die Abbildung zeigt eine schematische Darstellung eines AusfUhrungsbeispieles
der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Winderhitzung.
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Die Regeneratoren 1 und 2 sind mit einer wärmespeichernden Schüttung
3 gefUllt. Der Regenerator 1 befindet sich in der Windperiode (Kaltperiode), der
Regenerator 2 in der Rauchgasperiode (Warmperiode). In einer Brennkammer 4 werden
die bei fUnf einströmenden Brenngase (Gichtgase) mit der bei 6 eintretenden Luft
verbrannt. Die heißen Rauchgase gelangen durch eine Leitung 7 und ein RUckschlagventil
8 in den Regenerator 2, erwärmen dort die wärmespeichernde Schüttung 3 und strömen
dann durch ein Schaltorgan 9 und eine Leitung 10 in den Schornstein 11.
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Gleichzeitig wird bei 12 die zu erhitzende Luft (Kaltwind) eingeleitet
und Uber eine Leitung 13 und ein Schaltorgan 14 dem
Regenerator
1 zugeftihrt. Nach WHrmeauNnahme aus der Speichermasse 3 verläßt die Luft Uber ein
RUckschlagventil 15 und eine Leitung 16 bei 17 die Anlage als Heißwind, Der Druck
während der Warmperiode liegt nur um einen geringen Betrag Uber Atmosphärendruck.
Während der Kaltperiode dagegen wird ein Druck von 4-5 bar aufrechterhalten.
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-Die Steuerung der RUckschlagventile erfolgt durch die sich hieraus
ergebenden Druckdifferenzen. In der durch die Abbildung. dargestellten Situation
ist der im Regenerator 1 sowie den Rohrleitungen 13 und 16 herrschende Druck um
den Faktor 4 bis 5 höher als der Druck im Regenerator 2 sowie den Rohrleitungen
7 und 10. Infolgedessen sind die RUckschlagventile 18 und 19 geschlossen, während
die RUcksohlagventile 15 und 8 geöffnet sind.
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Die einstellbaren Ventile 14 und 9 sind geöffnet, die Ventile 20 und
21 geschlossen. Am Ende einer Periode werden die Ventile 9 und 14 geschlossen, die
Ventile 20 und 21 geöffnet. Die im Regenerator 1 befindliche Luft strömt durch das
Schaltorgan 20 aus, wobei ihr Anteil an Kompressionsenergie verlorengeht (Schaltverlust),
während sich im Regenerator 2 der Druck der Windperiode Uber Ventil 21 aufbaut.
Das Rückschlagventil 8 schließt, und das RUckschlagventil 19 öffnet, sobald der
Druck
im Regenerator 2 den in Leitung 16 Ubersteigt. Das RUckschlagventil
15 schließt, sobald der Druck im Regenerator 1 unter den in der Leitung 16 gesunken
ist. Das RUckschlagventil 18 öffnet, sobald der Druck im Regenerator 1 durch weiteres
Ausströmen des Lurtinhaltes Uber Ventil 20 und Leitung 10 unter den Druck in Leitung
7 abgesunken ist. Damit ist der Periodenwechsel vollzogen.