DE3100074A1 - Rekuperativer waermetauscher mit zyklusumschaltung und verwendung desselben zur waermerueckgewinnung aus den rauchgasen von flammoefen - Google Patents

Rekuperativer waermetauscher mit zyklusumschaltung und verwendung desselben zur waermerueckgewinnung aus den rauchgasen von flammoefen

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Description

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D-8000 MÜNCHEN lA-54 316 SCHVEIGERSTRASSEZ
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Beschreibung
Rekuperativer Wärmetauscher mit Zyklusumschaltung und Verwendung desselben zur Wärmerückgewinnung aus den
Rauchgasen von Flammofen
Die Erfindung betrifft einen rekuperativen Wärmetauscher mit Zyklusumschaltung insbesondere zur Rückgewinnung*der in den Rauchgasen eines Flammofens enthaltenen Wärmemengen.
Die wirtschaftliche Ausnutzung der einem Flammofen zugeführten Energie macht eine Rückgewinnung der in den von diesem Ofen abgehenden Rauchgasen enthaltenen Energie notwendig- Diese rUckgewonnene Energie kann folgendermaßen verwendet werden:
- allgemein beispielsweise zu Raumheizungszwecken: Diese Verwendungsart ist dann jahreszeitlich bedingt, ihre Wirksamkeit also allein auf die "kalten" Jahreszeiten beschränkt. Der jährliche Wirkungsgrad der Rückgewinnung ist somit sehr niedrig.
- speziell am Ort der Rückgewinnung beispielsweise
für das Vorwärmen der Chargen: Dies ist nur bei solchen Öfen möglich, die überwiegend bei voller Hitze arbeiten. Bei Öfen, bei denen Zeiten mit voller Beheizung mit Warmhalte- oder gar Abkühlungsperioden wechseln, schwankt der Wärmeinhalt der Rauchgase in extrem hohem Maße
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und eignet sich wenig für eine optimale Rückgewinnung der in diesen Rauchgasen enthaltenen Wärme.
für die Dampferzeugung: Hier besteht die gleiche Schwierigkeit; um einen guten Wirkungsgrad der Rückgewinnung zu erzielen, müßte der Dampfverbrauch in exakter Korrelation mit dem Wärme inhalt der
Rauchgase stehen. Diese Bedingung wird sehr selten erfüllt.
für das Vorwärmen der Verbrennungsluft durch die Rauchgase: Bei dieser Lösung ist der Wirkungsgrad zweifelsohne am größten, denn es läßt sich zwischen dem Rauchgasdurchsatz und dem Verbrennungsluftdurchsatz eine vollständige Relation herstellen, wobei außerdem die Verluste beim Wärmetransport so gering wie möglich gehalten werden können.
Zur Erzielung eines optimalen Wirkungsgrades, also um die Kosten so niedrig wie möglich zu halten, müssen die beiden Gase, zwischen denen ein Wärmeaustausch zustande kommen soll, systematisch (im·Gegenstrom) geführt werden.
Diese Gegenstromzirkulation bzw. -führung kann direkt oder indirekt sein.
Lösungen mit direktem Gegenstrom:
Hierfür kommen in Frage:
Rohr-Vtermetauscher aus Metall mit echtem Gegenstrom oder Kreuzstrom.
• Bei diesen Wärmetauschern ist nachteilig, daß die Investitionskosten sehr hoch sind, ihre Reinigung häufig schwierig ist und bei korrosiven Rauchgasen (Schwefel, Vanadium, Behandlungssalze) eine starke Korrosionsanfälligkeit besteht. Eine überlastung des Ofens kann auch zu ihrer Zerstörung durch überhitzung ("Hitzestoß") führen.
- Glasrohr-Wärmetauscher mit echtem Gegenstrom oder Kreuzstrom.
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Diese Wärmetauscher besitzen im allgemeinen eine gute Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion, sie sind jedoch zerbrechlich, erfordern hohe Investitionskosten und können ebenfalls durch Überhitzung oder Wärmeschocks zerstört werden. Sie werden im allgemeinen im kalten Bereich von herkömmlichen Metallrohr-Wärmetauschern eingesetzt, wenn die Gefahr einer Kondensation von in den Rauchgasen enthaltenen Säuren besteht.
- Platten-Wärmeaustauscher.
Diese Wärmetauscher erfordern zwar nur mäßige Investitionskosten, sie haben aber den Nachteil, daß sie korrosionsanfällig und sehr schwierig zu reinigen sind, da die Plattenabstände im allgemeinen nur einige Millimeter betragen. Ihr Wirkungsgrad nimmt bei Verschmutzung rasch ab. Sie können durch Überhitzung (Überbelastung eines Brenners) zerstört werden.
Wärmetauscher mit indirektem Gegenstrom:
In diese Gruppe können eingeordnet werden die Rotationswärmetauscher,
die Wärmetauscher mit Zyklusumschaltung.
- Rotationswärmetauscher
Diese Wärmetauscher weisen ein Rad aus porösem metallischem oder keramischem Werkstoff auf. Durch die Drehung dieses Rades wird jedes Radelement abwechselnd in den Rauchgasstrom, der es parallel zur Drehachse in einer Richtung durchströmt (Erwärmen), und dann in den entgegengesetzten Verbrennungsluftstroni (Abkühlen) gebracht.
Diese Wärmetauscher erreichen einen hohen Austauschwirkungsgrad, vertragen aber schlecht Verschmutzung (und erfordern daher saubere Rauchgase, die auf die Räder aus Metall nicht korrodierend wirken) und Überhitzungen, wenn auch nur kurzfristig (die Rauchgase dürfen im allgemeinen nicht heißer als 800 0C sein, und die Hersteller sehen übrigens die eventuelle Zufuhr von Frischluft vor, um die Temperatur der Rauchgase unter diesen Grenzwert zu senken). Der
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Umfangsabschnitt des Rades unterliegt im allgemeinen einer raschen Abnutzung.
Aufgrund der Auslegung der Vorrichtung ist die Trennung zwischen den beiden Gasströmen unzulänglich. Die Mengen des zu erwärmenden Fluides, die durch Undichtigkeiten
in das zu kühlende Fluid gelangen, betragen gewöhnlich 5 bis 10% dieses Stromes, wodurch der tatsächliche Wirkungsgrad des Wärmetauschers in gleichem Maße vermindert wird.
Wärmetauscher mit Zyklusumschaltung Diese Wärmetauscher weisen zwei feststehende parallele Körper auf, von denen der eine in einem gegebenen Zeitpunkt durch Zirkulation der Rauchgase in einer Richtung erwärmt wird und der andere Körper im gleichen Zeitpunkt die von ihm gespeicherte Wärme an das in entgegengesetzter Richtung strömende vorzuwärmende Gas abgibt. Die Strömung der Rauchgase und des vorzuwärmenden Gases wird periodisch umgeschaltet.
Fränkl-Wärmetauscher mit Umschaltung (für niedrige Temperaturen)
Jeder Körper weist flache, scheibenähnliche Packungen aus spiralig zusammengerollten, schräg gewellten Bändern aus Metall auf. Die Packungen sind durch feuerfeste Zwischenlagen voneinander getrennt.
Diese Art von Wärmetauscher wird in der Tieftemperaturtechnik zur Verflüssigung und Trennung von Gasen eingesetzt.
Wärmetauscher mit Steinmassen (für hohe Temperaturen) Jeder Körper weist gemauerte Wände auf, die Gasströmungskanäle begrenzen. Diese Körper sind gegen Korrosion und gelegentliche Uberhitzungen wenig empfindlich. Dagegen ist ihre Reinigung schwierig und macht der Ausbau
des Wärmetauschers notwendig. Wegen des kleinen Verhältnisses Austauschfläche/Volumen de» feuerfesten Mate rials
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und des sich daraus ergebenden enormen Volumens des Wärmetauschers sind die Investitionskosten beträchtlich.
Aus dem gleichen Grunde sind die Umschaltperioden extrem (bis zu mehrere Stunden) lang.
Die Erfindung betrifft die VßnneUfaertragung zwischen zwei Gasströmen, ' die die nachstehenden Merkmale aufweisen:
a) die beiden Gasstrome unterscheiden sich in ihren Drücken um nicht mehr als 2000 mm WS (oder 200 mbar),
b) das Molverhältnis der beiden Gasströme beträgt im DurcholiiüiJL Über einige Minuten zwischen 0,8 und 1,2,
c) eine gewisse Vermischung der beiden Gasströme ist zulässig.
Gegenstand der Erfindung ist ein rekuperativer Wärmetauscher mit Zyklusumschaltung zum Regeln des indirekten Wärme-UberiPHS3 zwischen zwei im Gegenstrom zirkulierenden Gasen mit zwei Austauschkörpern oder -kammern, die abwechselnd, bei sehr kurzer, zwischen einigen Sekunden und einigen Minuten betragender Umschaltzeit, als wärmeabgebender Körper mit Durchtritt des vorzuwärmenden Gases von unten nach oben und als wärmespeichernder Körper mit Durchtritt des zu kühlenden
Gases von oben nach unten wirken, und bei dem erfindungsgemäß jeder Austauschkörper mit wenigstens einem Bett aus keramischen Wärme trägern versehen ist, das eine spezifische Austauschfläche von wenigstens 300 m* /m3 , eine Porosität von über 5096 und einen Druckverlust von weniger als 20 mbar je m Dicke bei einem dieses Bett bsi einem Durchsatz von 4500 kg je Quadratmeter Bettfläche je Stunde durchströmenden Luftstrom von 20 0C besitzt undfiUf einer porösen oder gelochten Unterlage aus metallischem oder keramischem Werkstoff ruht, die einen gegenüber dem Druckverlust der Gase im Bett aus feuerfesten Wärmeträgern geringen Druckverlust aufweist, wobei die Oasströme mittels Umschalt vorrichtungen so geleitet werden, daß das heiße Gas am oberen Teil des Wärmeträgerbettes des wärmespeichernden
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Körpers ankommt und nach Durchströmen der Unterlage des Wärmeträgerbettes am unteren Teil abgekühlt wieder ausströmt und das kalte Gas unter Durchtritt durch die Unterlage des Wärmeträgerbettes des wärmeabgebenden Körpers am unteren Teil dieses Bettes ankommt und vorgewärmt am oberen Teil wieder austritt.
Neben diesen Hauptmerkmalen besteht ein anderes Merkmal der Erfindung darin, daß über dem Bett aus keramischen Wärmeträgern eine gelochte Platte aus feuerfestem Werkstoff angeordnet ist, die dieses Wärmeträgerbett zusammenhält, wenn der Wärmetauscher auf einen Kippofen aufgesetzt ist, dessen größter Kippwinkel den Schüttwinkel der verwendeten keramischen Wärmeträger übersteigt.
Jeder Körper bzw. jede Kammer weist wenigstens zwei übereinander angeordnete Betten aus keramischen Wärmeträgern auf, wobei das untere Bett säurefeste keramische Wärmeträger sind.
Die Unterlage des Wärmeträgerbettes ist ein Gitter aus Metall mit einem Loch- bzw. Hohlraumanteil von wenigstens 50% - Das Gitter ist mit einem Säureschutzüberzug versehen.
Die in den Austauschkörpern enthaltenen keramischen Wärmeträger sind Wärmeträger von 5 bis 50 mm Durchmesser, wie sie als Füllkörper in Rektifizierkolonnen oder Waschtürmen der chemischen Industrie üblich sind.
Die Umschaltzeit für den Zirkulationssinn der beiden Gase wird abhängig von den Momentandurchsätzen der Gase optimiert.
Der rekuperative Wärmetauscher gemäß der Erfindung wird bei der Rückgewinnung von Wärme aue den Rauchgasen von Flammofen,
und dergleichen
Brennkammern, Kesseln/verwendet, wobei diese Rauchgase beim Eintritt in den rekuperativen Wärmetauscher Temperaturen von wenigstens 800 0C haben können.
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Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen der beiden Austauschkörper oder -kammern,
Fig. 2 einen waagerechten Schnitt durch den rekuperativen
Wärmetauscher,
Fig. 3 einen Querschnitt durch die beiden Austauschkammern A
und B,
Fig. 4 eine vereinfachte Darstellung der Anordnung eines rekuperativen Wärmetauschers gemäß der Erfindung in Verbindung mit einem Aluminiumschmelzofen,
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines keramischen Wärmeträgers des Typs TORUS,
Fig. 6 eine Darstellung einer der möglichen Varianten der
Umschaltvorrichtung für die Gaszirkulation, Fig. 7 bis 18 vereinfachte Darstellungen der Art, in der die Gase die Aastauadikanmem A und B durchströmen. ■
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Längsschnitt durch einen der beiden Austauschkörper eines Wärmetauschers gemäß der Erfindung sind die Umschaltschieber beispielsweise so angeordnet, daß die Rauchgase den Austauschkörper, wenn er als wärmespeichernder Körper wirkt, von oben nach unten durchströmen.
Die Rauchgase werden dem Austauschkörper durch ein Innengehäuse 1 aus Metall zugeführt, das an der Innenseite eine isolierende feuerfeste Auskleidung 2 aufweist. Die am Wärmetauscher ankommende Verbrennungsfrischluft zirkuliert zwischen diesem Innengehäuse 1 und einem Außengehäuse 3 aus Metall.
Die Rauchgase werden zum gewählten Austauschkörper von einem eintrittsseitigen Verteilerschieberblock 4 gelenkt, der dabei die Zufuhr von Verbrennungsluft zu diesem Austauschkörper unterbricht.
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Die Rauchgase strömen dann in den Austauschkörper 5 ein, der zumindest im heißen Bereich mit einer Wärmeisolierung 6 beschichtet ist und an seiner tiefstgelegenen Stelle einen Ablaßhahn 7 aufweist, der gegebenenfalls die Ausleitung von saurem Wasser ermöglicht, das von der Kondensation der Rauchgase herrührt.
Beim dargestellten Beispiel durchströmen die Rauchgase zuerst eine gelochte Platte 8 aus feuerfestem Werkstoff, die in mehrere, nebeneinander angeordnete Teilstücke geteilt sein kann und deren Aufgabe darin besteht, die keramischen Wärmeträger in ihrer Stellung zu halten, wenn der Ofen, an dem der Wärmetauscher angeordnet ist, ein Kippofen ist.
Die feuerfeste Platte 8 ist nicht notwendig, wenn der Wärmetauscher seine Stellung nicht verändert.
Die Rauchgase durchströmen dann ein erstes Bett 9 aus hitzebeständigen keramischen Wärmeträgern und danach ein zweites Bett 10 aus säurefesten Wärmeträgern. Die von den beiden übereinander angeordneten Betten 9 und 10 gebildete Baugruppe ruht an einem als Unterlage vorgesehenen Tragrost 11 aus Metall auf, der mit einem Säureschutzüberzug versehen ist und als letzter von den Rauchgasen durchströmt wird.
Die gekühlten Rauchgase werden dann von einem mit dem Verteilerschieberblock 4 gleich ausgebildeten austrittsseitigen Schieberblock 12 über einen austrittsseitigen Verteiler, der beim dargestellten Beispiel mit dem eintrittsseitigen Verteiler gleich ausgebildet ist, einem nicht gezeichneten Absauggebläse zugeleitet.
Der in Fig. 2 dargestellte waagerechte Schnitt durch den rekuperativen Wärmetauscher zeigt die Rauchgaszuleitungen und die Ableitungen für die vorgewärmte Luft. Neben einigen der schon in Fig. 1 dargestellten Bauteile ist eine Mitteltrennwand 13 dargestellt, welche die Austauschkörper A und B
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voneinder trennt. Die Mitteltrennwand 13 ist auf beiden Seiten mit einer isolierenden feuerfesten Beschichtung 14 versehen, deren wesentliche Aufgabe darin besteht, eine bedeutende vertikale Wärmeleitung auf dem Umweg über die Mitteltrennwand 13 und eine Korrosion der Mitteltrennwand 13 durch die Rauchgase zu verhindern.
Gemäß Fig. 3 sind Winkelprofile 16 vorgesehen, deren gleichzeitige Aufgabe es ist, die als Unterlagen für die Betten 9 und 10 aus feuerfesten Wärmeträgern dienenden Tragroste oder gelochten Bleche abzustützen und die vertikalen Trennwände aus Metall zu versteifen.
Bei Bedarf kann eine Haube 15 zur Rückgewinnung der Luft vorgesehen sein, welche von den aus dem Wärmetauscher nach außen dringenden Wärmeverluste der Austauschkörper A und B (Wandverluste oder Verluste durch Durchtritt heißer Gase an Undichtigkeitsstellen) erwärmt wurde, um sie dem Verbrennungsluft-Speisegebläse zuzuleiten. Dadurch wird weitere Wärme rückgewonnen.
In Fig. 4 ist die Anordnung eines rekuperativen Wärmetauschers 17 gemäß der Erfindung an einem Aluminiumschmelzund-warmhalteofen 18 dargestellt.
Der Wärmetauscher 17 ist über dem Ofen 18 angeordnet. Die durch einen Rehe 19 ausströmenden Rauchgase werden dem Wärmetauscher 17 über ein Rohr 20 zugeführt. Nach dem Durchströmen des Wärmetauschers 17 werden die Rauchgase mittels eines Absauggebläses 21 abgeführt, wobei der Rauchgasabstrom mit einem Zugschieber 22 geregelt wird.
Die durch die Wärmeverluste des Wärmetauschers 17 angewärmte Verbrennungsluft wird von der Haube 15 aufgefangen und gelangt durch ein Gebläse 23. Zur Regelung des Verbrennungsluftstromes dient ein Schieber 24. Der Verbrennungsluftstrom tritt durch den Wärmetauscher 17 hindurch und wird über ein
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wärmeisoliertes Rohr 26 einem Brenner 25 zugeleitet, der für die Verwendung vorgewärmter Luft ausgelegt let.
In Fig. 5 ist ein keramischer Wärmeträger der als TORUS bezeichneten Form dargestellt, die eine der möglichen Formen für die im Wärmetauscher 17 benutzten Wärmeträger ist.
Fig. 6 zeigt eine der möglichen Varianten der Umschaltvorrichtung für die Gaszirkulation, bei der die Schieberblöcke 4 und 12 der AusfUhrungsform gemäß Fig. 1 durch Klappen 27 ersetzt sind. Die Klappen 27 sind um Achsen 28 schwenkbar; die Betätigungsorgane für ihre Schwenkbewegung und ihre Lager sind außerhalb der Austauschkörper angeordnet, um die Wärme- und Gasleckverluste zu begrenzen. Zum Abdichten sind biegsame Dichtungen 29 vorgesehen, die zumindest im oberen Teil, der den heißen Gasen ausgesetzt ist, aus feuerfestem Werkstoff sind, beispielsweise aus feuerfestem Filz aus Aluminosilicat. Durch diese Anordnung wird eine beträchtliche Minderung der Gefahr von Undichtigkeit» erzielt, durch die Gase in den Wärmetauscher 17 eindringen oder aus ihm entweichen könnten.
In Fig. 7 bis 12 ist vereinfacht die Art dargestellt, in der die Zirkulation der beiden Gase in einem Wärmetauscher mit Gleitschiebern umgeschaltet wird.
Fig. 7 und 8 zeigen die Gaszirkulation in den Austauschkörpern A und B während einer beliebig gewählten Halbperiode :
- Der Austauschkörper A wird von dem zu kühlenden Gas von oben nach unten durchströmt und wirkt daher als wärmespeichernder Körper.
- Der Austauschkörper B wird vom vorzuwärmenden Gas von unten nach oben durchströmt und wirkt daher als wärmeabgebender Körper.
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Fig. 9 und 10 zeigen die Gaszirkulation in den Austauschkörpern A und B während des Zeitintervalls zwischen zwei Halbperioden. Beide Austauschkörper A und B werden von unten nach oben vom vorzuwärmenden Gas durchströmt, um das zuvor im wärmespeichernden Austauschkörper - beim ausgewählten Beispiel der Austauschkörper A - enthalten gewesene zu kühlende Gas wegzuspülen und zu verdünnen. Die Dauer dieses Vorganges wird so gewählt, daß unter Berücksichtigung des Momentandurchsatzes an vorzuwärmendem Gas und der Vergrößerung dessen spezifischen Volumens bei der Erwärmung der Austauschkörper A während dieses Zeitintervalls mit dem vorzuwärmenden Gas völlig durchgespült wird.
In Fig. 11 und 12 ist die Gaszirkulation während der dieser ZwischenMspUlung'· folgenden Halbperiode dargestellt:
- Der Austauschkörper A wird weiterhin von unten nach oben vom vorzuwärmenden Gas durchströmt und wirkt daher als wärmeabgebender Körper.
- Der Austauschkörper B wird nunmehr von oben nach unten von dem zu kühlenden Gas durchströmt und wirkt daher als wärmespeichernder Körper.
In Fig. 13 bis 18 ist der Vorgang der Umschaltung der Gaszirkulation gemäß einem dem in Fig. 7 bis 12 benutzten Schema ähnlichen Schema bei einem Wärmetauscher mit Schwenkschiebern wie dem in Fig. 6 gezeichneten dargestellt. An jedem Austauschkörper schwenken alle Schieber gleichzeitig im gleichen Sinne, wodurch eine Synchronisation ihrer Bewegung mit einfachen mechanischen Mitteln ermöglicht wird.
Wie bei dem in Fig. 7 bis 12 dargestellten Vorgang sind die Bewegungen der Schieber der Austauschkörper A und B phasenverschoben, damit beim Umschalten der Zirkulationsrichtung das zu kühlende Gas vom vorzuwärmenden Gas fortgespUlt wird.
Für die Füllung der Austauschkörper A und B können mit Vorteil
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die in der chemischen Verfahrenstechnik bekannten keramischen Füllkörper für Rektifizierkolonnen verwendet werden: Intalox-, Torus- und Berl-Sättel, Raschig- und Pall-Ringe, etc., wie sie insbesondere in dem Werk "Techniques de I1Ingenieur", Abschnitt Genie Chimique (J- Band 2), Ausgabe 1965, Seite J-2626-1 oder in verschiedenen, die Destillation-Rektifikation behandelnden Lehrbüchern über chemische Verfahrenstechnik beschrieben sind.
Diese feuerfesten Füllkörper ruhen auf einem gelochten Blech mit einem Hohlraumanteil von wenigstens 50%/ an einer in der chemischen Verfahrenstechnik ebenfalls bekannten honigwabenförmigen keramischen Unterlage, an einem Stabrost aus Metall oder an einem Gitter aus Streckmetall.
Diese Unterlage ist an der kalten Seite des Bettes aus keramischen Wärmeträgern angeordnet, was ihr ein gutes mechanisches Verhalten sichert.
BEISPIEL
Der Wärmetauscher gemäß der Erfindung wurde an einem Aluminium-Schmelz- und -Warmhalte-Kippofen von 27 Tonnen Metallinhalt angeordnet, der mit zwei Brennern einer Nennleistung von 500·1O3 kcal/h bei Kaltluft betrieben wurde (500 3herates parheure )
Der Wärmetauscher hatte zwei Austauschkörper mit je einem Bett aus TORUS-Sätteln 12,7 Wn, einem Schuttgewicht von 685 kg/m3, einer Porosität von 71% und einer Austauschfläche von 620 m3 /ms. Jedes Bett hatte eine Fläche von 0,45 m* , eine Dicke von 160 mm und enthielt 50 kg keramische Wärmeträger. Die Austauschfläche je Austauschkörper betrug also etwa 45 ma.
Das Bett ruhte auf einem durch Winkelprofile aus Metall verstärkten Gitter aus Streckmetall auf. über ihm war eine feuerfeste gelochte Platte von 50 mm Dicke, 50 mm Lochdurchmesser
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und 60 mm Lochabstand bei Sechseckanordnung der Löcher angeordnet.
Bei voller Hitze betrug der Rauchgasdurchsatz 1720 kg/h, bei einer Rauchgas tempera tür von etwa 1000 0C im Fuchs. Die Rauchgase wurden im Bereich des Richses mit einem Rohr aufgefangen und dem Einlaß des Wärmetauschers zugeleitet, in den sie mit einer Temperatur von über 975 0C einströmten.
Nach dem Durchtritt durch das Bett aus keramischen Wärmeträgern war die Temperatur dieser Rauchgase auf etwa 200 0C gefallen, d.h. auf eine Durchschnittstemperatur über dan ükuputfct der in den ffeuchgasen enthaltenen sauroi Gasen. Im Dauerbetrieb stieg diese Temperatur jedoch stetig von 150 0C bei Heizungsbeginn auf 250 0C bei Heizungsende. Es bestand also die Gefahr, daß die Rauchgase mit einer Temperatur unter dem Taupunkt der in ihnen enthaltenen Säuren ausströmten. Eine Verstärkung dieser Gefahr trat beim Einschalten der Anlage auf.
Die Durchströmung des Bettes aus keramischen Wärmeträgern hatte einen Druckverlust von etwa 200 mm WS (also 20 mbar) hervorgerufen, weshalb es notwendig war, dem Wärmetauscher ein Gebläse zum Absaugen dieser Rauchgase nachzuschalten.
Bei einer gewählten Umschalthalbperiode von 10 Sekunden bei voller Hitze wurde folgendes festgestellt:
a) an einer vorgegebenen Stelle des Wärmeträgerbettes pendelte die Temperatur eines keramischen Wärmeträgers UB -50 °CU±er (Heizungsbeginn) bis 50 0C (Heizungsende) über dessen Durchschnitt ε temperatur;
b) der vertikale Temperaturgradient im Wärme trägerbet t betrug etwa 50 °C/cm; dabei blieb der vertikale Wärmefluß durch Wärmeleitung zwischen der heißen und der kalten Seite des Bettes, der den Wirkungsgrad des Wärmetauschers vermindert, unter 1% der zwischen Gas und keramischen Wärmetrögern ausgetauschten Wärme, hatte also einen Überaus akzeptablen Wert;
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c) die Wärmerückgewinnung aus den Rauchgasen erreichte 350·103 kcal/h. Da die Wärmeverluste des Wärmetauschers (an Wänden, Undichtigkeiten) etwa 35-103 kcal/h betrugen, nahm die Verbrennungsluft etwa 315·1Ο3 kcal/h auf, wodurch es möglich war, ihre Temperatur von 20 0C auf etwa 800 0C zu erhöhen.
Bei konstantem Erdgasdurchsatz von 115 Nm5/h änderte sich also das Wärmeangebot von 1 000· 1(K auf 1 315·103 kcal/h.
Bei konstantem Wärmeangebot von 1 000*10 kcal/h ging die benötigte Bdfflgnenge -von115 auf 871far/h zurück, >es eteEtaSBruig vn 24 % darstellte. In der gleichen Zeit ging der Rauchgasdurchsatz von 1720 auf 1300 kg/h zurück.
Dies führte zu einer Verringerung des Druckverlustes, den die Rauchgase beim Durchtritt durch das oder die Betten) aus keramischen Wärmeträgern erlitten und der auf ■ 12 mbar sank·
Parallel dazu änderte sich die optimale Umschalthalbperiode von 10 auf 13 Sekunden und es trat eine Verkürzung der Flamme der Brenner bei Erhöhung ihres Sttdtfjungsantedls ein, vodurch es möglich war, die Wärmeübertragung von der Flamme auf die Charge zu verbessern.
Ein unregelmäßiges Funktionieren des Brenners, das sich in einem sehr großen VerbrennungsluftUberschuß zeigt, hat mit Rekuperator einen sehr viel geringeren Gasmehrverbrauch als ohne Rekuperator zur Folge. Die wegen dieses LuftUberschusses von den Rauchgasen mitgefühlte zusätzliche Wärme wird zum großen Teil zum Vorwärmen des Luftüberachussea rückgewonnen .'
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Somit hatte bei Benutzung des vorstehend beschriebenen Rekuperators ein Luftliberschuß von 100% nur einen Mehrverbracuh an EWgas von 10% zur Folge, wogegen dieser Mehrverbrauch ohne Rekuperator 75% betragen hätte.
Wenn die notwendige Momentanleistung kleiner ist als die installierte maximale Leistung, wird eine proportionale Änderung
- des Erdgasdurchsatzes,
- des Durchsatzes der eingeblasenen Verbrennungsluft und
- des Durchsatzes der abgesaugten Rauchgase vorgenommen.
Die dem Fachmann bekannten Organe für die Durchsatzregelung sind in den Bereichen angeordnet, in denen die zirkulierenden Gase kalt sind (bei der Verbrennungsluft zwischen Speisegebläse und Wärmetauscher) oder gekühlt worden sind (bei den Rauchgasen zwischen Wärmetauscher und Absauggebläse).
Die Druckverluste der Gase beim Durchströmen des Bettes aus keramischen Wärmeträgern nehmen mit den Quadraten der Durchsätze ab.
Die Umschaltzeit wird umgekehrt proportional zu den Rauchgas- und Ve rbrennungs luft durchsät zen so eingestellt, daß das Mischungsverhältnis Luft/Rauchgase begrenzt bleibt. Für diese Einstellung kann eine beliebige elektrische oder elektronische Anlage in Verbindung mit Temperatur- und Durchflußmeßfühlern vorgesehen sein.
Der Wirkungsgrad des Wärmetauschers bleibt konstant. Er be trug beim beschriebenen Beispiel zwischen 70 und 80%.
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, 1.

Claims (5)

  1. DL-IrTG. > JtANZ VUESTHOFF
    PATENTANWÄLTE OK rHIt rilEDA »uesthoff (1917-1950
    WUESTHOFF-v.PECHMANN-BEHRENS-GOETZ „„,„-,ng.geihakd ful. (x,fa-Wi>
    DIFL.-CHEH. DX. S. FREIHERR VON FICHUANN FROFEISIONAL MFKISENTATIVSt »BFOKE TKS SUXOFEAN FATSNT OFFICI DR.-ING. DIETER BEKKSNS
    agrei« fkis l'offics eukofesn du ikevets dinting.; DiFU-IrIKTSCH1-XNCKUFSKT gobtz
    D-8000 MÜNCHEN lA-54 316 3 1 O O O 7 A SCHWEIGERSTRASSE 2
    tiufon: (089) 6620 }x
    TILEGKAMU: FKOTBCTrATINT
    nux: 534070 Patentansprüche
    Ii Rekuperativer Wärmetauscher zur indirekten Wärmeübertragung zwischen zwei im Gegenstrom zirkulierenden Gasen, bei dem zwei Austauschkörper oder -kanmern abwechselnd, "bä.astr kurzer, zwischen einigen Sekunden und einigen Minuten betragender Urnschaltzeit, als wärmeabgebender und wärmespeichernder Körper wirken und je mit wenigstens einem Bett von verhältnismäßig geringer Dicke aus in den Rektifizierkolonnen und Waschtürmen der chemischen Industrie als Füllkörper üblichen keramischen Wärmeträgern von zwischen 5 und 50 mm mittlerer Abmessung versehen sind, dadurch gekennzeich net , daß die Betten (9) aus keramischen Wärmeträgern eine spezifische Austauschfläche von wenigstens 300 m2/m3, eine Porosität von über 50% und einen Druckverlust von weniger als 20 mbar je m Dicke bei einem dieses Bett mit einem Durchsatz von 4500 kg je Quadratmeter Bettfläche je Stunde durchströmenden Luftstrom von 20 0C besitzen und auf einer porösen oder gelochten Unterlage (11) aus metallischem oder keramischem Werkstoff ruhen, die einen gegenüber dem Druckverlust der Gase im Bett (9) aus feuerfesten Wärmeträgern geringen Druckverlust aufweist, wobei die Gasströme
    mittels Umschaltvorrichtungen (Schieberblöcke 4,12; Klappen 27) so geleitet werden, daß das heiße Gas Inden oberen Teil des Wärmeträgerbettes (9) des wärmespeichernden Körpers (5) eintritt und nach Durchströmen der Unterlage (11) des Wärmeträgerbettes (9) aas dan unteren 201 abgekühlt wieder austritt und das kalte Gas unter Durchtritt durch die Unterlage (11) des Wärmeträgerbettes (9) des wärrneabgebenden Körpers (5)indai unteren Seil dieses Bettes einiritt und vorgewärmt aus dem oberen Teil wieder austritt.
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  2. 2. Wärmetauscher nach Anspruch I1 dadurch g e k e η η zeichnet , daß über dem Bett (9) aus keramischen
    Wärmeträgern eine gelochte Platte (8) aus feuerfestem Werkstoff angeordnet ist, dieaif diesem Bett fnfliegt und es in Stellung hält.
  3. 3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge
    kennzeichnet , daß jeder Körper (5) wenigstens zwei übereinander angeordnete Betten (9,10) aus keramischen Wärmeträgern aufweist, wobei das untere Bett (10) aus säurefesten keramischen Wärmeträgern "besteht.
  4. 4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Umschaltzeit für die Ströraung3richttfig der beiden Gase abhängig von den Momentandurchsätzen der Gase optimiert wird.
  5. 5. Anwendung des rekuperativen Wärmetauschers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Rückgewinnung von Wärmeenergie den Rauchgasen von Flammofen, Brennkammern, Kesseln und dergleichen, wobei die Rauchgase beim Eintritt in den rekuperativen Wärmetauscher Temperaturen von wenigstens 8000C haben können.
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