DE2944818A1

DE2944818A1 - Ofen-brenner-vorrichtung

Info

Publication number: DE2944818A1
Application number: DE19792944818
Authority: DE
Inventors: Josef Braun; Sten Linder; Heimo Zinko
Original assignee: Studsvik Energiteknik AB
Current assignee: Studsvik Energiteknik AB
Priority date: 1978-11-08
Filing date: 1979-11-06
Publication date: 1980-05-22
Also published as: JPS55110817A; SE7811555L; GB2036940A

Description

PATE.-ITAIJWAL. E HELMUT SCHROETER KLAUS LEHMANN

DIPL.-PHYS. *%. DIPL.-INC.

Studsvik Energiteknik AB no-en-13

L/H 5. 11. 1979

Ofen-Brenner-Vorri cht unc

Die Erfindung betrifft eine hochwirksame Ofen-Brenner-Vorrichtung mit einem Brenner und einem Wärmetauscher zum Vorheizen der Verbrennungsluft für den Brenner.

In der metallogischen Industrie ist eine Vielzahl von öfen verschiedener Typen in Benutzung, beispielsweise Kammer-, Tief-, Schmelz- und Schmiedeöfen, die normalerweise durch ölbrenner beheizt werden. Der Ölverbrauch liegt gewöhnlich zwischen 5o l/h und 3oo l/h. Allein in Schweden sind etwa 3oo solcher öfen in Betrieb, und sie haben einen jährlichen Ölverbrauch von 2,7 TWh. Durch Verbesserung des Wirkungsgrades können somit wesentliche wirtschaftliche Gewinne erzielt werden.

Ein bekanntes Verfahren zum Bewirken solcher Verbesserungen besteht darin, die Abgase des Ofens durch einen Wärmetauscher zu leiten, in dem die Luft für den Brenner vorgeheizt wird. Durch dieses Verfahren sind öleinsparungen bis zu 4o % möglich. Bei bekannten Anordnungen ist jedoch der Brenner mit seinen Hilfseinrichtungen mit dem Wärmetauscher durch ein System von Leitungen verbunden. Bei anderen bekannten Anordnungen werden mehrere Brenner durch einen Wärmetauscher bedient. Konstruktionen dieser Art haben jedoch mehrere Nachteile. Zunächst ergibt das Leitungssystem Wärmeverluste,

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D-7O7O SCHWABISCH GMClND GEMEINSAME KONTEN: D-8000 MÜNCHEN 70 Tdrfon: (07171) 5*90 IVunche Bank AG Pt«tKfceckkomo Telefon: (0J9) 725 20 H. SCHROETER Trlegrjmmr: Schroejvu München 70/37 3*» München K.LEHMANN Telegrimnw: Sch rot pal

4» Telt»: 7J4IStlpajdd (BLZ 700 70010) 1*7941104 Lipowskyitraße 1 0 Telex: 5 212 241 pawe d

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die besonders bei hohen Betriebstemperaturen wesentlich sind, und zum zweiten benötigt die gesamte Anordnung viel Raum, wodurch ihre Anordnung innerhalb eines zur Verfügung stehenden Raumes schwierig oder unmöglich wird.

Durch die Erfindung sollen diese Nachteile beseitigt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in Anspruch 1 gekennzeichnet.

Eine vorteilhafte Ausbildung des Wärmetauschers ergibt sich aus Anspruch 2, wobei das Keramikmaterial eine außergewöhnlich große Wärmeübertragungsoberfläche pro Volumeneinheit aufweist, so daß die Abmessungen des Wärmetauscherrades vermindert werden können, während eine unverminderte Wärmeübertragungswirkung aufrechterhalten wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 ist ein lotrechter Längsschnitt durch die Vorrichtung, die an einer teilweise dargestellten Ofenwand angeordnet ist,

Fig. 2 ist ein Schnitt nach der Linie H-II in Pig. I, wobei die Ofenwand weggelassen ist.

Erfindungsgemäß bilden das Brennergehäuse 1 und das Wärmetauschergehäuae 2 der Vorrichtung eine kompakte Einheit, die an einer Ofenwand 3 angeordnet ist. Das Wärmetauechergehäuse 2 umschließt ein Wärmetauecherrad k, das mit niedriger Drehgeschwindigkeit durch einen Motor 5 angetrieben wird. Das Wärmetauscherrad H besteht aus Keramikmaterial, beispielsweise Cordierit oder Keatit, die im wesentlichen

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aus Al₂O, SiO₂ MgO oder SiO₂ MgO Al₃O₃ Si-Nitrid Si-Carbid bestehen. Das Keramikmaterial ist mit außerordentlich feinen Kanälen versehen, die sich durch das Rad 4 hindurch erstrecken und die dicht einander benachbart angeordnet sind, beispielsweise wie eine Wabe in einem Bienenstock, so daß diese Kanäle in einer sehr großen Anzahl vorhanden sind und die Kanalwände eine sehr große Gesamtoberfläche ergeben, und zwar trotz der kleinen axialen und radialen Abmessungen des Rades 4.

Ein Kanal 6 erstreckt sich von dem Ofen zu einer Seite der unteren Hälfte 4a des Wärmecauscherrades 4, und ein Abgaskanal 7 erstreckt sich von der anderen Seite der unteren Radhälfte 4a.

Ein Einlaßkanal 8 ist auf eine Seite der oberen Radhälfte ¹Ib des Wärmetauscherrades 4 zu gerichtet, und eine Sieboder Filterplatte 9 mit einer großen Anzahl Löcher, von denen nur wenige in Fig. 2 dargestellt sind, ist an derjenigen Seite der oberen Hälfte 4b des Rades 4 angeordnet, die zu dem Kanal 8 hinweist. Auf der anderen Seite der oberen Hälfte 4b ist ein Raum Io angeordnet, der mit einem Raum 12 in Verbindung steht, der einen Brenner 13 in dem Brennergehäuse 1 umgibt, wobei diese Verbindung durch einen relativ kurzen und vorzugsweise gut isolierten überströmkanal 11 gebildet ist, der durch einander benachbarte Wandteile des Wärmetauschergehäuses 2 und des Brennergehäuses 1 hindurchgeht. Eine Verbrennungskammer 14, die nach innen zu dem Ofen weist, ist mit dem Raum 12 verbunden.

Die heißen Abgase verlassen den Ofen durch den Kanal 6 und fließen durch die feinen Kanäle der unteren Radhälfte 4a, so daß das Abgas an den Kanalwänden entlängstreieht

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und seine Wärme wirksam an diese Wände überträgt, bevor das Gas durch den Abgaskanal 7 abzieht.

Während der langsamen Drehung des Wärmetauseherrades 4 werden die erhitzten Kanalwände zu der oberen Hälfte Ib des Rades 1 bewegt, und die feinen Kanäle, die nun in der oberen Hälfte liegen, werden von der Verbrennungsluft durchströmt, die durch die Sieb- oder Filterplatte 9 aus dem Einlaßkanal 8 kommt. Die Verbrennungsluft streicht somit in Form feiner Strahlen an den heißen Kanalwänden in der oberen Radhälfte 4b entlang und nimmt wirksam die Wärmeenergie auf, bevor die Verbrennungsluft über den Raum Io und den kurzen Überströmkanal 11 dem Raum 12 und dem Brenner 13 darin zugeführt wird.

Die besonderen hierdurch erzielten Vorteile bestehen darin, daß das Brennergehäuse 1 und das Wärmetauschergehäuse 2 in einer Einheit vereinigt sind, die auf diese Weise direkt an einer Ofenwand oder einer Endwand angeordnet oder befestigt werden kann . und die es möglich macht, einen verhältnismäßig kurzen, gut isolierten überströmkanal 11 direkt in einander benachbarten Wandteilen des Wärmetauschergehäuses und des Brennergehäuses vorzusehen, so daß der Wärmeverlust der durch den überströmkanal fließenden Luft so gering wie möglich ist. Aufgrund der feinen Kanäle in dem Keramikmaterial für den Durchgang von Gas und/oder Luft geben die Abgase ihre Wärmeenergie wirksam an das Wärmetauseherrad ab, und die Verbrennungsluft nimmt wirksam Wärmeenergie von dem Wärmetauscherrad auf. Dieser wirksame Wärmeübergang macht verhältnismäßig kleine radiale und axiale Abmessungen des Wärmetauscherrades möglich, so daß das Rad und das Wärmetauschergehäuse mit dem Brennergehäuse als eine kompakte Einheit zusammengebaut werden können, die an einer Ofenwand angeordnet werden kann. Diese kompakte Einheit kann ferner

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wegen ihrer begrenzten Abmessungen in der beschriebenen Weise an bestehenden öfen angebaut werden, was bisher mit herkömmlichen Wärmetauschern wegen deren Raumbedarfs nicht möglich war. Die Erfindung ermöglicht also eine wesentliche Verbesserung des Wirkungsgrades auch bei bestehenden öfen.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern sie kann in vielfältiger Weise abgewandelt werden. Zum Beispiel kann das Wärmetauschergehäuse auch in einem Gestell oder Unterbau mit direkter Verbindung zu dem Ofen angeordnet werden. Das Wärmetauschergehäuse und das Brennergehäuse müssen nicht getrennt, wie in der Zeichnung dargestellt, hergestellt werden, sondern sie können einstückig hergestellt werden. Das Keramikmaterial des Wärmetauscherrades kann ein anderes als das oben erwähnte Material sein, vorausgesetzt, daß es eine große Anzahl feiner Kanäle pro Volumeneinheit bilden kann.

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Claims

PAT E M TA N VfA LT E

HELMUT SCHROETER KLAUS LEHMANN

Dl PL.-PHYS. DIPL-ING.

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Studsvik Energiteknik AB no-en-13

L/H

5. 11. 1979

Ofen-Brenner-Vorrichtung

PATENTANSPRÜCHE

Ofen-Brenner-Vorrichtung mit einem Brenner in einem Brennergehäuse, mit einem Wärmetauscherrad in einem Wärmetauschergehäuse und mit einer Verbindungsleitung zwischen dem Wärmetauscher und dem Brenner, dadurch g e ken η zeichnet , daß das Brennergehäuse (1) und das Wärmetauschergehäuse (2) eine Einheit bilden, die dazu bestimmt ist, direkt an einer Ofenwand angeordnet zu werden, und daß die Verbindungsleitung die Form eines Oberströmkanals (11) hat, der vorzugsweise direkt ineinander benachbarten Wandteilen des Wärmetauschergehäuses (2) und des Brennergehäuses (1) ausgebildet ist, um durch das Wärmetauscherrad (4) erhitzte Verbrennungsluft dem Brenner (13) zuzuführen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Wärmetauscherrad aus Keramikmaterial besteht, dadurch gekennzeichnet , daß das Keramikmaterial, beispielsweise Al₂O, SiO₂ MgO oder SiO₂ MgO Al₂O₃ Si-Nitrid Si-Carbid, eine sehr große Anzahl feiner Kanäle pro Volumeneinheit aufweist, so daß die Kanalwände gemeinsam eine große Wärmeübertragungsoberfläche bilden, und daß relativ kleine Radabmessungen ausreichen, um den Bedarf an Energieübertragung sicherzustellen.

D-7O7O SCHWABISCH CMOND GEMEINSAME KONTEN: D-βΟΟΟ MÖNCHEN 7O "

Tdrfnn: (07171) Si 90 Dcutithc Bank AG IViHKhcdilMiiiio Telefon: (OH) 72S2071

H. SCHROETER Telegramme: Sdtrorpx München 70/37 Hf München K.LEHMANN Telegramm»: Schrocpat

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