DE2840097A1

DE2840097A1 - Einrichtung zur rueckgewinnung von waerme aus heissen abgasen

Info

Publication number: DE2840097A1
Application number: DE19782840097
Authority: DE
Inventors: Giacomo Grasso
Original assignee: Fiat SpA
Current assignee: Fiat SpA
Priority date: 1977-09-27
Filing date: 1978-09-14
Publication date: 1979-03-29
Also published as: GB1587498A; FR2404188A1; JPS5457260A; FR2404188B1; IT1091238B; DE7827419U1; US4206875A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A.WEICKMANN, Dipl.-Chem. B. Huber Dr.-Ing.H.Liska

SBHa

Societa per Azioni Corso Marconi 10 Turin
Italien

8 MÜNCHEN 86, DEN .^ POSTFACH 860 820 ' "

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

Einrichtung zur Rückgewinnung von V7ärme aus heißen
Abgasen

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Die Erfindung betrifft eine Einrichtimg zur Rückgewinnung von Wärme aus heißen Abgasen, mit einer eine Abgasleitung umgebenden zylindrischen Innenwand und einer zylindrischen Außenwand, mit einem Eintritt in den Mußeren ringförmigen Zwischenraum zwischen Außenwand und Innenwand und einem ihm benachbarten Austritt aus dem inneren ringförmigen Zwischenraum zwischen Innenwand und Abgasleitung und mit einer Verbindung der beiden dem Austritt und dem Eintritt abgewandten Enden der Zwischenräume derart, daß zu erwärmendes, durch den Eintritt eingeführtes Gas zuerst durch den äußeren Zwischenraum, dann durch den inneren Zwischenraum und dann durch den Austritt strömt.

Eine Einrichtung dieser Art eignet sich zum Einsatz bei Rauchabzügen von Öfen mit einem begrenzten Gasdurchsatz, wie sie beispielsweise in der Eisen- und Stahlindustrie verwendet werden.

In den letzten Jahren hat das Interesse an der Wiedergewinnung von Wärme aus Abgasen, die direkt in die Atmosphäre mit hohen Temperaturen abgegeben werden, Infolge der laufend ansteigenden Brennstoffkosten zugenommen, jedoch sind gegenwärtig keine Rückgewinnungssysteme bekannt, die zur Rückgewinnung von Wärme aus Abgasen bei Abgasleitungen geeignet sind, die einen begrenzten Luftdurchsatz haben.

In Ofeneinrichtungen mit Abgasleitungen größerer Höhe und großen Querschnitts sind Wärmerückgewinnungseinrichtungen üblicherweise in den AbgasÖffnungen der Abgasleitungen angeordnet, da bei hohem Durchsatz und starker Turbulenz der Abgase ein Einfluß der RUckgewinnungseinrichtungen auf die Abführungseigenschaften der Kamine und damit auf den Brennprozeß und die Eigenschaften der Verbrennung vernachlässigt werden kann oder zumindest zu noch annehmbaren Verlusten im Hinblick auf die wirtschaftlichen Vorteile führt, die

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durch die Wiedergewinnung von Wärme aus den Abgasen gegeben sind. Die rückgewonnene Wärme wird üblicherweise zur Vorheizung der Verbrennungsluft für den Ofen verwendet. Bei Öfen oder bei Wärmebehandlungseinrichtungen, t?ie sie beispielsweise in der Eisen- und Stahlindustrie eingesetzt werden und einen begrenzten Gasdurchsatz bei minimaler Turbulenz haben (Gasströmung mit einer Re-ynolds-Zahl, die niedrig oder wesentlich niedriger als der kritische Wert ist) und mit relativ hohen Abgastemperaturen sowie mit Kaminen begrenzter Höhe und begrenzten Querschnitts verändert der Einsatz der üblichen Wärmerückgewinnungssysteme die Abführungseigenschaften des Kamins derart, daß die damit verursachte Änderung der Betriebseigenschaften des Ofens unannehmbar ist.

Die AufgaDe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Rückgewinnungseinrichtung anzugeben, die in Verbindung mit einer Abgasleitung verwendbar ist, welche einen begrenzten Gasdurchsatz hat. Dabei sollen die Eigenscha^r"~=n des zugeordnteten Ofens oder der Wärmebehandlungseinrichtung nicht zu stark beeinträchtigt werden und gleichzeitig ein hohes Wärmetauschverhältnis auch dann erzielt werden, wenn eine Abgasströmung vorliegt, die eine extrem kleine oder eine wesentlich unter dem kritischen Wert liegende Reynolds-Zahl hat.

Eine Einrichtung eingangs genannter Art ist zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß an der Abgasleitung in dem inneren Zwischenraum mehrere Rippen vorgesehen sind, die in Längsrichtung der Abgasleitung verlaufen und abschnittsweise in Längsrichtung der Abgasleitung unterteilt sowie gegen einander in Umfangsrichtung versetzt sind.

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Beim Einsatz einer derartigen Einrichtung erfolgt die Wärmeübertragung im wesentlichen durch Strahlung aus den heißen Gasen im Gegensatz zu Rückgewinnungssystemen, die gegenwärtig auf dem Markt sind und im wesentlichen auf der Grundlage der Wärmekonvektion arbeiten. Dadurch wird der wesentliche Vorteil erzielt, daß die Temperatur zumindest an den zylindrischen Wärmetauschwänden relativ niedrig ist, so daß diese aus normalem Stahl und nicht aus Speziallegierungen gefertigt werden können,wodurch die Herstellungskosten der .Rückgewinnungseinrichtung gesenkt werden können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 den Längsschnitt einer Wärmerückgewinnungseinrichtung nach der Erfindung und

Fig. 2 den Schnitt A-A nach Fig. 1.

In den Figuren ist eine vertikale Wand 2 eines Ofens schematisch dargestellt, an der eine Abgasleitung 4 in horizontalem Verlauf angeordnet ist. Die Abgasleitung 4 hat einen vertikalen Abschnitt, der koaxial von einer äußeren und einer inneren zylindrischen Wand 8 beziehungsweise 18 umgeben ist. Dadurch wird eine äußere ringförmige Kammer 20 zwischen den beiden zylindrischen Wänden 8 und 18 und eine innere ringförmige Kammer 22 zwischen der zylindrischen Wand 18 und der Abgasleitung 4 gebildet. Der horizontale Abschnitt der Abgasleitung 4 läuft durch entsprechende Öffnungen in den Wänden 8 und 18 und ist durch diese abgedichtet hindurchgeführt.

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Die unteren Enden der ringförmigen Kammern 20 und 22 sind durch eine Platte 14 verschlossen, die an einem nach außen vorstehenden Flansch der äußeren Wand 8 mit mehreren Bolzen 16 befestigt ist. Das untere Ende der Wand 18 ist mit der Platte 14 abgedichtet verbunden.

Die obere Öffnung der zylindrischen Viand 8 ist durch eine Platte 26 abgeschlossen, die an einem Flansch der Wand 8 mit mehreren Bolzen 28 befestigt ist. Die Platte 26 hat eine mittlere, einen Kamin bzw. die Abgasleitung 4 dicht umschließends Öffnung.

Das obere Ende der inneren Wand 18 hat jedoch einen Abstand zur Unterseite der Platte 26, wodurch ein vergrößerter ringförmiger Raum 32 geschaffen ist, der eine Verbindung zwischen den beiden ringförmigen Kammern 20 und 22 bildet.

Die äußere zylindrische Wand 8 ist nahe ihrem unteren Ende mit einem Eintritt versehen, an den ein Rohr 12 angeschlossen ist, durch das hindurch kaltes zu erwärmendes Gas in die Einrichtung bzw. in die äußere ringförmige Kammer 20 eingeführt wird. Am unteren Ende der Einrichtung ist ferner ein Austritt 10' in der Wand 18 vorgesehen. Der Austritt 10^f ist mit einer Öffnung 10 in der Außenwand 8 über ein Rohr 24 verbunden, und ein weiteres Rohr 11 ist an der Außenfläche der Wand 8 im Bereich der Öffnung 10 abgedichtet befestigt und führt heiße Gase aus der Kammer 22 ab.

Es sind ferner mehrere Rippen 6 an der Abgasleitung 4 innerhalb der ringförmigen Kammer 22 befestigt, die in Längsrichtung der Abgasleitung 4 verlaufen. Diese Rippen 6 sind in drei Gruppen auf die Länge der Abgasleitung 4 verteilt, wobei die Rippen einer Jeden Gruppe in Umfangsrichtung der Abgasleitung 4 gegenüber den Rippen der jeweils benachbarten Gruppe versetzt angeordnet sind.

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Beim Betrieb der vorstehend beschriebenen Rückgewinnungseinrichtung strömen heiße Abgase aus dem Ofenaustritt durch die Abgasleitung 4. Dabei wird kalte Luft, die vor ihrer Nutzung im Ofen aufzuheizen ist, aus der Atmosphäre durch einen Ventilator (nicht dargestellt) über die Leitung 12 in die ringförmige Kammer 20 geführt. Im unteren Teil der Kammer 20 erfährt diese Luft eine anfängliche Voraufheizung, da die innere zylindrische Wand 18 eine höhere Temperatur als die Luft hat. Die Luft steigt dann über die gesamte Länge der Kammer 20 aufwärts in den ringförmigen Raum 32, von wo aus sie in die Kammer 22 gedrückt wird. Hier kommt die Luft in Kontakt mit den heißen Wänden der Abgasleitung 4 und den Rippen 6, wobei ein Wärmeaustausch durch Strahlung und Konvektion stattfindet. Die Turbulenz der Luft wird außerdem verstärkt _f wodurch der Wärmeaustausch intensiviert wird. Schließlich strömt die Luft vom unteren Teil der Kammer 22 durch die Öffnungen 10 und 10' sowie die Rohre 24 und 11 nach außen und kann dann in den Brenner (nicht dargestellt) des Ofens eingeführt werden. Die Lufttemperatur kann auf Werte von ca. 360° bis 400° C. gebracht werden.

Die Anordnung und die Abmessungen der Rippen 6 hängen von der geweiligen Installation ab, bei der sie vorgesehen sind. Berechnungen erfolgen auf der Basis des Verhältnisses L/D, wobei L die Länge der Abgasleitung 4 und D ihr Durchmesser ist, der Temperatur der heißen Abgase, der Wärmemenge, die aus den Abgasen rückzugewinnen ist und des Drucks der zugeführten Luft.

Die vorstehend beschriebene Einrichtung hat einen äußeren Mantel 30 aus wärmeisolierenden Material, von dem nur ein Teil dargestellt ist. Dieser Mantel dient zur Verringerung der Wärmeverluste .

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Leerseite

Claims

Patentanspruch

Einrichtung zur Rückgewinnung von Wärme aus heißen Abgasen, mit einer eine Abgasleitung umgebenden zvlindrischen Innenwand und einer zylindrischen Außenwand, mit einem Eintritt in den äußeren ringförmigen Zwischenraum zwischen Außenwand und Innenwand und einem ihm benachbarten Austritt aus dem inneren ringförmigen Zwischenraum zwischen Innenwand und Abgasleitung und mit einer Verbindung der beiden dem Austritt und dem Eintritt abgewandten Enden der Zwischenräume derart, daß zu erwärmendes, durch den Eintritt eingeführtes Gas zuerst durch den äußeren Zwischenraum, dann durch den inneren Zwischenraum und dann durch den Austritt strömt, dadurch gekennzeichnet, daß an der Abgasleitung (4) in dem inneren Zwischenraum (22) mehrere Rippen (6) vorgesehen sind, die in Längsrichtung der Abgasleitung (4) verlaufen und abschnittsweise in Längsrichtung der Abgasleitung (4)unterteilt sowie gegeneinander in Umfang'r richtung versetzt sind.

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ORIGINAL INSPECTED