DE2751621C2 - Winderhitzer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Winderhitzung für Hochöfen mit einer Brennkammer zur Erzeugung von heißen Gasen und mit Regeneratoren, die mit einer Wärmespeichermasse gefüllt sind.

Die in der Hüttenindustrie bekannten Winderhitzer, auch Cowper genannt, sind aufrechtstehende Türme, die im wesentlichen aus einem mit einer wärmespeichernden Masse ausgefüllten 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, wodurch für einen kontinuierlichen Betrieb mindestens zwei Winderhitzer nötig sind. Durch den im unteren Teil der Brennkammer angeordneten Brenner werden die zugeführten Brenngase mit Luft verbrannt. Sie strömen durch den Brennschacht aufwärts, werden in der Kuppel umgelenkt und geben ihren Wärmeinhalt in den Speicherraum teilweise an die gemauerten Steine ab. Sobald diese die höchstzulässige Temperatur erreicht haben, wird die Warmperiode abgebrochen und die Windperiode eingeleitet. Dabei wird zu erhitzende Luft entgegen der ursprünglichen Richtung der Brenngase durch die Wärmespeichermasse geleitet. Sie erwärmt sich dort bis auf die Temperatur der Speichermasse und wird anschließend durch den Brennschacht abgeführt. Während der Windperiode ist der Brenner abgeschaltet.

Der Betrieb derartiger Winderhitzer hat mehrere Nachteile. Jeder Winderhitzer besitzt zur Erzeugung der heißen Brenngase einen eigenen Brenner und einen eigenen Brennschacht. Dies führt zu großen Toträumen und dadurch bedingten erheblichen Schaltverlusten. Außerdem müssen die Brenner periodisch an- und wieder abgeschaltet werden, wodurch ihre Auslastung nur 50% beträgt und relativ lange Scnaltzeiten benötigt werden. Die bei großer Wärmekapazität geringe Oberfläche der Steine ist die Ursache dafür, daß für einen ausreichenden Wärmeübergang zwischen den Steinen und dem Gas und damit zwischen den über die Steine Wärme austauschenden Gasen große mittlere Temperaturdifferenzen erforderlich sind. Da die Temperaturdifferenz am kalten Ende der Winderhitzer besonders klein gehalten werden soll, treten am warmen Ende enlsprechend große Temperaturdifferenzen und damii Temperaturschwankungen bis zu mehreren hundert Grad auf. Diese Schwankungen der Windtemperatur müssen durch zusätzliche Regelvorrichtungen unter Zumischung von kalter Luft ausgeglichen werden.

Ein in der DE-OS 25 48 704 bereits vorgeschlagener Winderhitzer unterscheidet sich von den bekannten Winderhitzern dadurch, daß jeweils zwei oder mehrere Regeneratoren einer kontinuierlich arbeitenden Brennkammer zugeordnet sind. Die Regeneratoren sind durch Leitungen, ir. denen sich Schaltorgane befinden, mit dem Hochofen und mit der Brennkammer verbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Winderhitzer zu entwickeln, der hinsichtlich der Raum* ausnutzung und der Nutzung der zur Verfügung stehenden hohen Temperaturen zweckmäßiger ist als bekannte Windei hitzer, wobei insbesondere konstruktive Probleme, die auf die auftretenden hohen Temperaluren zurückzuführen sind, gelöst werden sollen, und der darüber hinaus in besonders einfacher Weise zu betreiben

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß jeder Regenerator zwei mit der Wärmespeichermasse gefüllte Zonen und im Bereich zwischen den beiden Zonen Zuführvorrichtungen für die heißen Gase und Abführvorrichtungen für den heißen Wind aufweist.
Bei einem erfindungsgemäßen Winderhitzer entfällt insbesondere eine feuerfeste Kuppelkonstruktion, wie sie bei bekannten Winderhitzern erforderlich ist. Die mit der Ausmauerung der Kuppel verbundenen schwierigen konstruktiven Probleme treten somit gar nicht erst auf.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Zonen des Regenerators als Wärmespeichermasse eine Schüttung auf, die die Zonen nahezu vollständig ausfüllt. Aufgrund ihrer verhältnismäßig großen Oberfläche und der kleinen Wärmeleitwege geben kleine Füllkörper ihren Wärmeinhalt 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 Prozeßführung sind die Temperaturschwankungen des Heißwindes im kontinuierlichen Betrieb daher im Falle der Schüttung wesentlich geringer als im Fall der gesetzten Steine.
Um den Totraum über der Wärmespeichermasse soweit wie möglich zu verringern, ist die erfindungsgemä* ße Vorrichtung in günstiger Weise so ausgebildet, daß in den an die Enden der Zonen des Regenerators angeschlossenen Rohrleitungen zur Steuerung des Prozeßablaufes dienende Schaitorgane möglichst nahe an den Regeneratorzonen angeordnet sind.

Auch erweist es sich als günstig, das im allgemeinen der Wind unter einem höheren Druck in den Regenerator eingeführt wird als die heißen Gase. Dadurch ist es

möglich, die Schaltorgane des Regenerators teilweise als selbsttätige Rückschlagventile auszubilden.

Bei einem erfindungsgemäßen Winderhitzersystem mit mindestens vier Regeneratoren ist es günstig, den Periodenwechsel zwischen je zwei Regeneratoren zeitversetzt zu den Periodenwechseln der anderen Regeneratoren durchzuführen. Dadurch wird errreicht, daß dem Hochofen kontinuierlich Heißwind zugeführt wird, wobei lediglich während der kurzen Schaltzeiten die Menge des zugeführten Heißwindes abnimmt. Bei Ver-Wendung von mindestens drei Regeneratoren kann es auch günstig sein, jeweils einem in der Windperiode betriebenen Regenerator zwei oder mehr in der Rauchgasperiode betriebene Regeneratoren zuzuordnen und diese zyklisch zu schalten. Bei einer derartigen Verfahrensweise wird der störende Rauchgas-Strömungswiderstand in vorteilhafter Weise herabgesetzt.

Selbstverständlich wird während des Periodenwechsels zwischen funktionswechselnden Regeneratoren ein Druckausgleich durchgeführt. Dadurch wird der Verdichter für den Kaltwind entlastet, und es treten nur geringe Druckstöße bei den Schaltvorgängen auf. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figur näher erläutert.

Ein Winderhitzersystem weist eine Brennkammer 1 sowie eine Reservebrennkammer 2 auf. Ein Gebläse 3 führt der jeweils in Betrieb befindlichen Brennkammer 1 oder 2 über die Leitung 4 kalte Verbrennungsluft zu. Diese Luft kann durch Mischen mit einem Anteil des erzeugten Heißwindes, der über eine Leitung 5 mit einem regelbaren Ventil 6 der Leitung 4 zugeführt wird, vorgewärmt werden. Über eine Leitung 7 wird Brennstoff zu der in Betrieb befindlichen Brennkammer 1 oder 2 geführt. Als Brennstoff kann beispielweise das im Hochofenprozeß anfallende Gichtgas verwendet werden.

Die heißen Rauchgase werden über ein Leitungssystem 8 zu den Regeneratoren 9—16 geführt. Das Leitungssystem 8 kann jeweils vor den Regeneratoren 9—16 durch Ventile 17—24 mit den in der Rauchgasperiode betriebenen Regeneratoren 9—16 verbunden bzw. von den in der Windperiode betriebenen Regeneratoren 9—16 getrennt werden.

Jeder Regenerator besteht aus einem Gehäuse, das mit einer hochiemperaturbeständigen wärmespeichernden Schüttung gefüllt ist.

Im mittleren Bereich des Regenerators sind die Zuführungselemente für die heißen Rauchgase und die Abführungselemente für den heißen Wind angeordnet. Um diese Elemente vor der wärmespeichernden Schüttung des Regenerators abzuschirmen und ein Eindringen der Schüttung in die Leitungen zu verhindern, sind in diesem Bereich des Regenerators perforierte Rohre, gasdurchlässige Platten oder dergleichen angeordnet. Jeder Regenerator wird dadurch in eine obere Zone und in eine untere Zone unterteilt.

An den Enden der Regeneratoren sind die Zuführungselemente für den kalten Wind und die Abführungselemente für das kalte Rauchgas angeordnet. Sie können gegebenenfalls auch durch perforierte Abschirmungen gegen ein Eindringen der wärmespeichernden Schüttungen in die Leitungen geschützt werden.

Das über das Leitungssystem 8 und die geöffneten Ventile 17—24 der in der Rauchgasperiode betriebenen Regeneratoren 9—16 eintretende heiße Rauchgas gibt seine Wärme beim Durchströmen der Regeneratoren von der Mitte zu den Enden an die wärmespeichernde Schüttung ab. Es verläßt die Regeneratoren durch die geöffneten Ventile 25—32 und wird über eine Leitung 33 einem Kamin zugeführt. Die beiden Enden der Regeneratoren 9—16 sind über Kurzschlußleitungen 34—41 miteinander verbunden. Dadurch ist es möglich, jedem Regenerator 9—16 nur jeweils ein Ventil 25—32 zuzuordner, um eine Verbindung zur Leitung 33 herzustellen.

Dem Winderhitzersystem wird Kaltwind über Leitung 42 zugeführt und im Kompressor 43 verdichtet Anschließend wird der Kaltwind über ein Leitungssystem 44 zu den Regeneratoren 9—16 geführt Die Ventile 45—52 sind für die in der Windperiode betriebenen Regeneratoren geöffnet und für die in der Rauchgasperiode betriebenen Regeneratoren geschlossen. Durch die geöffneten Ventile 45—52 tritt der Kaltwind an den Endender Regeneratoren 9—16 in diese ein. Dabei wird der Kaltwind unter Benutzung der Kurzschlußleitungen 34—41 in zwei Teilströme aufgeteilt. Der Wind durchströmt die Regeneratoren 9—16 von den Enden zur Mitte und wird dabei durch die in der Schüttung gespeicherte Wärme erhitzt. Der aus dem mittleren Bereich der Regeneratoren 9—16 austretende Heißwind wird über ein Leitungssystem 53 dem nicht dargestellten Hochofen zugeführt. Durch Ventile 54—61 können die einzelnen Regeneratoren 9—16 mit dem Leitungssystem 53 verbunden bzw. von ihm abgesperrt werden.

Zu Beginn eines Periodenwechsels werden alle geöffneten Zuführungsventile oder Abführungsventile der beteiligten Regeneratoren geschlossen. Dann ist in dem in der Windperiode betriebenen Regenerator ein Gas eingeschlossen, das unter einem höheren Druck steht als das unter etwa Atmosphärendruck stehende Rauchgas in dem zuvor in der Rauchgasperiode betriebenen Regenerator. Zur Entlastung des Kompressors 43 wird deshalb ein Druckausgleich zwischen den Regeneratoren durchgeführt, so daß bei der anschließenden Windzuführung in den zuvor in der Rauchgasperiode betriebenen Regenerator ein verringerter Druckstoß erzeugt. Der Druckausgleich wird durch Öffnen der Ventile 62—68 in Verbindungsleitungen zwischen den beteiligten Regeneratoren bewirkt. Nach erfolgtem Druckausgleich werden die Ventile 62—68 wieder geschlossen. Der Periodenwechsel ist vollzogen, nachdem die entsprechenden Zuführungsleitungen und Abführungsleitungen der beteiligten Regeneratoren geöffnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   . 1. Vorrichtung zur Winderhitzun.g für Hochöfen mit einer Brennkammer zur Erzeugung von heißen Gasen und mit Regeneratoren, die mit einer Wärmespeichermasse gefüllt sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Regenerator zwei mit der Wärmespeichermasse gefüllte Zonen und im Bereich zwischen den beiden Zonen Zuführvorrichtungen für die heißen Gase und Abführvorrichtungen für den heißen Wind aufweist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmespeichermasse eine die Zonen der Regeneratoren nahezu vollständig ausfüllende Schüttung ist
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Rohrleitungen, die an die Enden der Zonen der Regeneratoren angeschlossen sind, möglichst nahe an den Regeneratorzonen Schaltorgane zur Steuerung des Prozeßablaufs angeordnet sind.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Schaltorgane zur Steuerung des Prozeßablaufs als Rückschlagventile ausgebildet ist.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß einem in der Windperiode betriebenen Regenerator jeweils mehrere in der Rauchgasperiode betriebene Regeneratoren zugeordnet sind.