DE3103034C2

DE3103034C2 - Rekuperator

Info

Publication number: DE3103034C2
Application number: DE19813103034
Authority: DE
Inventors: Rudolf Graf; Manfred Ing.(grad.) 4100 Duisburg Gruner
Original assignee: Krupp Stahl AG
Current assignee: Krupp Hoesch Stahl AG
Priority date: 1979-12-15
Filing date: 1981-01-30
Publication date: 1983-01-13
Also published as: DE3103034A1

Description

Die Erfindung betrifft -;inen Rekuperator, der eine Mehrzahl parallel angeordneter. ■ jidseitig in Stirnplat- J5 ten. Löcher in diesen durchdringend, eingesetzter Heißgasrohre und einer Zwangsführung für die die Heißgasrohre umströmenden vorzuwärmenden Gase aufweist, wobei die Zwangsführung aus die Mittelteile der Heißgasrohre mit Abstand umgebenden und in «o durch Distanzstücke gegenüber den Heißgasrohren festgelegten Mantelrohren besteht, deren Enden jeweils in einen, die freien Endteile der Heißgasrcmre umgebenden Zu- und Abfuhrsammelkanal für die zu erwärmenden Gase münden nach Patent (Patentanmeldung P 29 50 533.7).

In der Stahlindustrie werden zum Beispiel zur Aufheizung der gegossenen Blöcke auf Walztemperatur Tiefofen eingesetzt, bei denen zur Beheizung z. B. Schwachgase als Brennstoffe herangezogen werden, so Um dabei eine hinreichende Temperatur des Ofenraums von z. B. 1350" C zu erzielen, ist es erforderlich, daß die Verbrennungsmedien, in der Regel Luft und Gas, besonders hoch vorgewärmt werden. |e höher die Vorwärmung der eingesetzten Schwachgase, um so höher ist die erreichbare Endtemperatur der Brennerflamme. Diese Vorwärmung erfolgt durch Wärmeaustauscher im Abgaskanal des Tiefofens.

Um die große Wärmemenge der Abgase zu nutzen, wurden anfangs keramische Wärmeaustauscher eingesetzt, die einer hohen Ternpefätufbelastung unterworfen werden konnten. Nachteilig war bei diesen Wärmeaustauschern die große Undichtigkeit und die niedrige Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsluft, so daß eine exakte Flammenausbildung mit derart vorgewärmten Verbrennungsmedien trotz hoher Vorwärmung nicht möglich war. Aus diesem Grunde wurden Rekuperatoren aus hitzebeständigem Stahl entwickelt, deren Haltbarkeit allerdings Grenzen gesetzt sind. Bei den derzeit verwendeten hitzebeständigen Stählen ist eine längere Haltbarkeit der Wärmeaustauscher nur dann zu erwarten, wenn das Abgas eine Temperatur von 900°C nicht überschreitet Da aber der Stahlblock z. B. auch einer Walztemperatur von 1250⁰C ausgesetzt wird, verlassen die heißen Abgase den Tiefofen mit Temperaturen von 1200⁰C und höher.

Man hat daher vor dem eigentlichen Wärmetauscher aus hitzebeständigem Stahl (Kanalkonvektionsrekuperator) einen kleineren Kanalkonvektionsrekuperator, luftseitig parallel geschaltet, angeordnet, der die heißen Abgase auf eine Temperatur abkühlen soll, die für den nachfolgenden Wärmetauscher aus hitzebeständigem Stahl vertretbar ist Der vorgeordnete Wärmetauscher mußte aufgrund schnellen Verschleißes häufig ausgewechselt werden.

Denn bei Erreichen der Solltemperatur des Einsatzmaterials von 1200—1280⁰C wird, zum Zweck des Temperaturausgleiches im Material, die Brennstoffmenge und damit auch die Verbrennungsluftmenge kontinuierlich bis auf etwa 15% der Maximalmenge gedrosselt. Dadurch ergibt sich bei höchster Abgastemperatur ein nur noch geringer Kühleffekt für die Rekuperatoren, zumal der Gesamtluftstrom aufgeteilt werden muß.

Während des Aufheizvorganges und nach Erreichen der Solltemperatur kommt es. besonders in Verbindung mit der sich entsprechend der abnehmenden Brennstoffmenge schließenden Abgasklappe hinter den Rekuperatoren, zu einer Aufladung des sich dem Ofen anschließenden Abgaskanals von den Rekuperatoren bis zur Solltemperatur, so daß in Folge der Festkörperstrahlung der Wände sowie der Gasstrahlung der Abgasschichten die zulässigen Materialtemperaturen häufig überschritten werden.

Zur Verbesserung der Rekuperatersiandzeit wurden deshalb unter Zuhilfenahme eines Mischgitters erhebliche Kühlluftmengen direkt in den Abgaskanal vor den Wärmetauschern geblasen, um eine gewisse Abkühlung der Abgase zu erzielen. Diese Kühlluftmengen belasten die Saugzuganlage in hohem Maße und führen neben höheren Investitions- und Betriebskosten, bedingt durch groß dimensionierte Kanäle sowie Saugzug- und Kühlluftanlagen, wegen des kleineren ausnutzbaren Wärmegefälles zu einer Verschlechterung des Gesamtwirkungsgrades der Ofenanlage.

Eine Standzeitverbesserung ist dadurch jedoch nur für den nachgeordneten Rekuperator erreicht worden. Im HauptpateM wurde ein Rekuperator, der die Funktion des vor- und gleichzeitig des nachgeschalteten Wärmetauschers übernehmen kann oder bei entsprechender Auslegung auch als vorgeschalteter Rekuperator verwendbar ist, vorgeschlagen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei sehr hohen Abgastemperaturen eine bessere Kühlung bzw. eine bessere Beherrschung der zulässigen Werkstofftemperaturen der wärmeaufnehmenden Flächen zu erreichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Rekuperator mit den Merkmalen des Anspruchs I vorgesehlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Bei dem erfindungsgemäßen Rekuperator wird die gestellte Aufgabe gelöst, denn es werden nicht nur wie bei dem Rekuperator gemäß Hauptpatent die wärmeaufnehmenden Flächen durch vorbeiströmende Luft gekühlt, sondern es wird zusätzlich Wärme aus dem Raum um die Heißgasrohre entzogen. Die überschuss!-

ge Energie wird rsiehi nur an die Mantelrohre, sondern auch an die Leitbleche und das Mantelblech abgegeben.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt den Rekuperator in einer teilweise geschnittenen Ansicht und

F i g. 2 von vorn.

Der Rekuperator besteht aus einer Mehrzahl von Heißgasrohren I, die von Mantelrohren 2 in einem durch Distanz^ücke 3 festgelegten Abstand konzentrisch umgeben sind. Die Heißgasrohre 1 sind in Stirnplatten 4 eingesetzt, die, wie auch die Heißgasrohre I₁ durch keramische feuerfeste Masse 14 thermisch geschützt sind. Die kürzeren Mantelrohre 2 sind mit ihren Enden in parallelen Stirnplatten 6 eingeschweißt. Die sich im Abstand gegenüberstehenden Stirnplatten 4, 6 bilden in Verbindung mit dem Mantelblech 8 je einen Sammelkanal für die in den Rekuperator hinein- und wieder herausgeführten vorzuwärmenden Gase. Die Gase gelangen durch den Einströmstutzen 11 in den Einströmsammelkanal, der durch ein Leitblech 10 unterteilt ist, durchströmen dann den Zwischenraum zwischen den Mantelrohren 2 und den Heißgasrohren 1 unter Aufnahme der von den Abgasen beim Durchströmen der Heißgasrohre 1 abgegebenen Wärme, gelangen in den Abströmsammelkanal und werden durch den Austrittsstutzen 12 abgeführt.

Erfindungsgemäß ist auch der zwischen den Stirnplat · ten 6 befindliche Raum 16 von dem Mantelblech 8 umgeben, das mit Kompensatoren 22 ausgestattet sein kann. In vertikaler Richtung ist der Raum 16 durch ί Leitbleche 10a unterteilt Die Ein- bzw. Austrittsstutzen Ua, 12a schließen den Raum 16 nach oben ab.

Durch eine Verbindung des Austrittsstutzens 12 mit dem Einlrittsstutzen 11a werden die Wärmeaustauschflächen vergrößert und damit zusätzliche Hilfsheizflächen geschaffen.

Aufgrund der großen Berührungsflächen wird uuch bei heuwertreichen Gasen (Reichgase), mit einem Luft-Abgasverhältnis

/NmVh Verbrennungsluft

\ NmVh Abgas

das bis zu 100% über dem von heizwertarmen Gasen (Armgase) liegt, eine hohe Luftvorwärmung bei wirtschaftlicher Baugröße des Rekuperators erreicht

Rekuperatoren der erfindungsger xßen Ausführung lassen sich somit hinsichtlich einer hone -, Luftvorwärmung sowie der Beherrschung der zulässigen Materialtemperaturen sehr gut den unterschiedlichen Erfordernissen sowohl von Reichgas — als auch von Armgas^uerungen mit hohen Abgastemperaturen anpassen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Rekuperator, der eine Mehrzahl parallel angeordneter, beidseitig in Stirnplatten, Löcher in diesen durchdringend, eingesetzter Heißgasrohre und einer Zwangsführung für die die Heißgasrohre umströmenden vorzuwärmenden Gase aufweist, wobei die Zwangsführung aus die Mittelteile der Keißgasrohre mit Abstand umgebenden und in durch Distanzstücke gegenüber den Heißgasrohren festgelegten Mantelrohren besteht, deren Enden jeweils in einen, die freien Endteile der Heißgasrohre umgebenden Zu- und Abfuhrsammeikanal für die zu erwärmenden Gase münden nach Patent ;> (Patentanmeldung P 29 50533.7), dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (16) um die die Heißgasrohre (1) umgebenden Mantelrohre (2) zwischen den Stirnplatten (6) durch Leitbleche (tOa) unterteilt, von einem Mantelblech (8) umgeben und -20 nach obc·· durch Ein- und Austrittsstutzen (Wa. \2a) abgeschlossen ist.

2. Rekuperator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelblech (8) mit Kompensatoren (22) ausgestattet ist.

3. Rekuperator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der A^trittsstutzen (12) unter Bildung von I lilfsheizflächen wärmeleitend mit dem Eintnttsstutzen (Ua) verbunden ist.

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