DE315060C

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Publication number: DE315060C
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Description

Die vorliegende Erfindung hat den Zweck, den Wärmeübergang in steinernen Winderhitzern für Hochöfen während der Heizperiode durch Erzielung größerer Geschwindigkeiten der Verbrennungsprodukte im Winderhitzer zu beschleunigen und die größeren Geschwindigkeiten durch mechanische Einführung von größeren Gas- und Luftmengen in der Zeiteinheit mittels Gebläsemaschinen, Ventilatoren

ίο o. dgl. in die steinernen Winderhitzer zu erzielen. Die pro Quadratmeter und Stunde übertragene Wärmemenge wird also vergrößert und dadurch bei gleicher Aufheizdauer und gleichen Abgasverlusten wie nach dem bis-

IS herigeh Heizverfahren die erzielten Windtemperaturen erhöht, oder bei gleichhohen Windtemperaturen wie nach den bisherigen Heizverfahren bei gleichen oder geringeren Abgasverlusten die Zeitdauer der Heizperiode

•o abgekürzt, oder äbev auch beide Wirkungen . gleichzeitig erzielt.

y Man erhöht also die Windtemperaturen oder spart an Heizflächen, also an Zahl der Winderhitzer und auch an Gas infolge der kürzeren

as Heizdauer bzw. infolge der kleineren Strahlungsflächen bei einer geringeren Anzahl von Winderhitzern.

Bisher wurde in der Technik allgemein die itachstehend wiedergegebene Ansicht für richtig

So gehalten. Wenn eine Heizung, z. B. 4ic Heizung eines Winderhitzers stärker betrieben wird d. h. wenn man mehr Heizgas in der Zeit einheit zuführt, so steigen damit die Abgas temperaturen. Die Abgasverluste werden also größer, d. h. der Nutzeffekt der Heizung geringer. Dieser Satz ist auch richtig, soweit die bisher üblichen Heizverfahren in Frage kommen und bei der Heizung von Kesseln und Winderhitzern und allen anderen Feuerungen durch Versuche tausendfach bewiesen worden. Nun haben aber praktische Versuche gelehrt, daß diese Ansicht nur bis zu einer gewissen Grenze richtig ist. Wenn man nämlich bei der Heizung von Winderhitzern mit der Zufuhr von größeren Gasmengen in der Zeiteinheit sehr weit geht, also die Geschwindigkeiten der Verbrennungsprodukte im Winderhitzer dementsprechend vergrößert, werden die Temperaturen der Abgase nicht nur nicht mehr höher, sondern fallen wieder auf die frühere Temperaturhöhe zurück. Da pro Quadratmeter Heizfläche und Stunde bedeutend mehr Gas zugeführt und also auch pro Quadratmeter Heizfläche und Stunde mehr Wärme übertragen wird, nimmt bei gleichen nicht höheren Abgasverlusten der Nutzeffekt zu oder bleibt mindestens gleich grol3.

Diese Erscheinung wird dadurch begründet.

Der Wärmeübergang wächst aach dem bekannten Gesetze propoi tional mit der Texn- <k>

peraturdifferenz zwischen den beiden Wärme abgebenden und aufnehmenden Gasen und nach neueren Versuchen mit der Strömungsgeschwindigkeit der Gase in der Proportion 0,8, sofern die Strömungsgeschwindigkeit die kritische Geschwindigkeit überstiegen hat, wie dies bei den Winderhitzern angenommen werden kann. Es liegen also folgende Mittel vor, um den Wärmeübergang pro Quadratmeter Heizfläche und Stunde zu vergrößern, die Vergrößerung der Temperaturdifferenz, die Vergrößerung der Geschwindigkeit der Gase oder beide Mittel.

Nun ist mit dem bisherigen Heizverfahren bekanntlich eine Steigerung der Winderhitzerleistung nur durch größere Temperaturdifferenz, also mit höheren Abgastemperaturen erzielt worden, da man höhere Windtemperatüren nur mit größeren Abgastemperaturen

ao erreichen zu können glaubte und dies auch tatsächlich nur erreichte. Die Gaszufuhr wurde nämlich bisher nur in einem so geringen Maße in der Zeiteinheit vergrößert, daß die dadurch hervorgerufene Geschwindigkeitsvergrößerung

as keinen bemerkbaren Einfluß auf den Wärmeübergang hatte.

Die allgemeine Ansicht in der Technik war also scheinbar vollauf berechtigt, daß eine weitere Steigerung der Winderhitzerleistung und auch anderer Feuerungen nur auf Kosten höherer Abgastemperaturen, also größerer Temperaturdifferenz zu erzielen sei, weshalb rnan, um nicht zu große Abgasverluste, also. zu schlechten Nutzeffekt zu erzielen, von einer weiteren Steigerung der Winderhitzerleistungen Abstand nahm.

Die neue Erfindung wendet nun hauptsächlich das zweite der obengenannten Mittel zur Vergrößerung des Wärmeüberganges an, die Geschwindigkeitsvergrößerung der Verbrennungsprodukte durch Zufuhr größerer Gasmehgen in der Zeiteinheit während der Gasperiode, und zwar in dem bis heute noch nicht angewendeten so weit gehenden Maße, daß man dadurch bei gleichen oder sogar kleineren Temperaturdifferenzen die pro Quadratmeter und Stunde übertragende Wärme in der Zeiteinheit bedeutend vergrößert. Es wird also sogar bei der Verringerung der Temperaturdifferenz, was einer Verringerung der pro Quadratmeter Heizfläche übertragenen Wärmemenge gleichkommt, diese Verringerung nicht nur durch die Vergrößerung der Geschwindigkeit ausgeglichen, sondern die übertragenen Wärmemengen sogar noch bedeutend vermehrt.

Durch die Geschwindigkeitsvergrößerung wird also ein bisher ganz neues Mittel zur Vergrößerung des Wärmeüberganges angewendet, wodurch die sonderbare Erscheinung begründet

060 ist, daß die Abgastemperaturen bei größerer Gaszufuhr nicht nur nicht stehenbleiben, :ondern sogar wieder auf die frühere Höhi zurückfallen. Man kann also eine weitere außerordentlich große Steigerung der Leistungsfähigkeit der Winderhitzer bei mindestens gleichem oder besserem Nutzeffekt herbeiführen, was durch das alte Mittel der Temperaturdifferenzerhöhung niemals zu erzielen war.

Daß der Wärmeübergang hauptsächlich mit j₉ der Geschwindigkeit wächst, geht auch am deutlichsten aus der Wmdperiode hervor, indem ein Winderhitzer durch die größeren Geschwindigkeiten des Windes während der Windperiode infolge einer größeren Windmenge ungefähr in einem Drittel der Zeit entheizt wird (2 Stunden Windperiode), als er wieder aufgeheizt wird, wozu etwa 6 Stunden während der Heizperiode nötig sind Da die Verbrennungsprodukte während der Heizperiode die- &> * selben Medien mit denselben Eigenschaften wie der Wind sind, so müßte der Winderhitzer in derselben Zeit aufgeheizt wie entheizt werden können, wenn die Bedingungen während der Heiz- und Windperiode, also Ge- &$■ '; schwindigkeiten und jedenfalls, auch Druck bei der Heiz- und Windperiode gleich sind. ;

Nun soll die vorliegende Erfindung während der Heizperiode hauptsächlich die eine Bedingung der Windperiode, die Erhöhung der Geschwindigkeit der Verbrennungsprodukte im Winderhitzer bezwecken und dadurch den Wärmeübergang während der Heizperiode vergrößern. Dies geschieht durch mechanische Zufuhr von großen Gas- und Luftmengen pro Zeiteinheit in die Winderhitzer mit Hufe von Gebläsen, Ventilatoren u. dgl., und zwar derart, daß in die ,Winderhitzer in der Zeiteinheit größere Gas- und Luftmengen als bei dem jetzigen Betriebe eingeführt werden. Die Zufuhr von Gas und Luft in die Winderhitzer kann getrennt stattfinden, indem Gas oder Luft oder beides durch Gebläse oder Ventilatoren getrennt in die Winderhitzer gedrückt werden, oder aber auch dadurch, daß die Luft durch eine Düse in den Winderhitzer j eingedrückt wird, indem sie gleichzeitig das zur Verbrennung nötige Gas ansaugt und ebenfalls in die Winderhitzer drückt oder umge- j kehrt dadurch, daß das Gas durch eine Dus«i iisr in die Winderhitzer eingedrückt wird, indem es gleichzeitig die zur Verbrennung nötige Luft ansaugt und ebenfalls in die Winderhitzer drückt.

Daß das oben beschriebene Verfahren wirklieh praktisch durchführbar und von hervorragender Bedeutung für den Hochofenbetrieb ist, zeigen nachstehend angeführte praktische Versuche, die an Winderhitzern von 25 und 30 m Höhe durchgeführt worden sind. tao

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Versuche mit einem 25 m hohen Winderhitzer:

H)¹IZiIM	Heiz- 'Wind zeit zeit in Stunden	mittlere Wind- Windte.mj>er;itui·- temper.iiur iilifull im Heißwindstutzen	mittlere .Vljgiis- tempernfur
Wie bisher . . . Nach dem neuen Verfahren . .	4-5 1.5 1.5 1.5	730° : 150° 740⁰ iio°	4IO⁰ 445^ü

Die Windmengen waren hierbei in beiden Fällen ungefähr gleich.

Versuche mit einem 30 m hohen Winderhitzer:

Hciziirt

Wie bisher....

Nach dem neuen
Verfahren . . .

Heiz- Windze it zeit

in Stunden

mittlere VVind-

temper.itur im Heiß- in der wind- Ringstiitzen leitung

728⁰ 718^c

i 770

Windtemperatiir-

nbfiill

im Heiß- in der wind- Jiing-

leitung

124^c

I₄I

90°

mittler«

A'igas-

temjic-

ratur

517'

Auch hier waren in beiden Fällen die Wi ndmengen ungefähr gleich,

•30 Die Versuchsresultate an dem 25 m hohen Winderhitzer ergaben also eine Verkürzung der Heizperiode von 4,5 Stunden auf 1,5 Stunden bei 35° höherer mittlerer Abgastemperatur, 10° höherer Windtemperatur und um 40⁰ geringerem Temperaturabfall des Windes, so daß man also annehmen kann, daß bei gleichen Windtemperaturen die Abgastemperaturen eben-

. falls gleich sein werden. Bei 4,5 Stunden Heizzeit und 1,5 Stunden Windzeit braucht man nach dem bisherigen Heiz verfahren 4 Winderhitzer, und zwar 3 auf Gas und einen auf «? Wind. Nach dem heuen Verfahren braucht man zur Erzielung derselben Windtemperaturen bei 1,5 Stunden' Heizzeit und 1,5 Stunden Windzeit nur zwei Winderhitzer pro Hochofen, einen auf Gas und einen auf Wind. Die pro Quadratmeter Heizfläche und Stunde übertragene Wärmemenge beträgt also etwa das Dreifache gegenübet dem bisherigen Heizverfahren. Man spart also pro Hochofen die Anlagekosten von 2 Winderhitzern, sowie die sonst durch Strahlung verlorengehende Wärmemenge dieser zwei Winderhitzer, was einer Gasersparnis gleichkommt von rund 15 Prozent.

Diese Ersparnis wurde durch praktische Messungen ebenfalls festgestellt.

Die Versuchsresultate an dem 30 m hohen Winderhitzer ergaben ebenso wie die am 25 m hohen Winderhitzer eine Verkürzung der Heizzeit auf ein Drittel, nämlich von 6 Stunden auf 2 Stunden. Die erzielten Windtemperätüren waren dabei im Heißwindstutzen 120⁰ höher und in der Ringleitung um rund 50⁰ höher bei um 40 ° geringerem Temperatur abfall. Die Abgastemperaturen waren fast genau gleich und die Windmengen ebenfalls nur wenig voneinander verschieden. Auch hier werden zwei Winderhitzer pro Hochofen gespart und aber b:i gleichen Angastemperaturen. die Windtcmperatur ganz bedeutend erhöht, d. h. also an Koks gespart. Diese Temperaturerhöhung von rund 50 ° in der Ringleitung entspricht einer Kofeersparnis von 2,25 Prozent, da nach Hütte, Taschenbuch für Eisenhüttenleute S. 529 eine Erhöhung der Windtemperatur um 100"' einer Koksersparnis von im Mittel 4,5 Prozent gleichkommt. Auch hier ist pro Quadratmeter Heizfläche und Stunde ΐϊηβ bedeutend größere Wärmemenge übertragen worden, da der Winderhitzer in 2 Stunden statt in 6 Stunden aufgeheizt worden ist.

Da in beiden vorstehenden Fällen der Winderhitzer in einem D.ittel der Zeit aufgeheizt worden ist und mindestens die gleiche Wärme in dieser Zeit aufgenommen hat, so ist selbstverständlich die pro Stunde zugefuhrtc Gasmenge fast das Dreifache gegenüber dem heutigem Betriebe. Hierdurch ist auch die Geschwindigkeit de: Verbrennungsprodukte gegenüber den heutigen Heizvorfahren fast verdreifacht worden. Das beste Kennzeichen für die beschleunigte Wärmeübertragung durch die Vergrößerung der Geschwindigkeit der Verbren- iao

Claims

3/5 OiO nungsprodukte sird die gleichen Abgastenipcraturen, welche trotz dir pro Zeiteinheit größeren Gasmengen nicht gestiegen sind. Zur Zeit werden bereits drei Hochöfen mit nur je zwei Winderhitzern (einer auf Gas und einer auf Wind) nach diesem neuen Verfahren mit bestem Erfolge betrieben; es weiden also in diesem Falle im ganzen 3-2 -6 Winderhitzer (pro Ofen je zwei) und deren Strahlungs- i'o Verluste gespart, woraus sich die Bedeutung des vorstehenden Verfahrens ohne weiteres ergibt. Zur Erzielung der für die Beschleunigung •des Wärmeüberganges nötigen Geschwindigkeiten sind pro Zeiteinheit größere Gas- und Luftmengen erforderlich, die mit Hilfe von Gebläsen, Ventilatoien o. dgl. mechanisch in die Winderhitzer eingeführt werden. Ventilatoren und Gel'äse werden also hier ao nicht lediglich als Ersatz des natürlichen Zuges benutzt, sondern zur Erzielung einer bisher unbekannten Wirkung, der Geschwindigkeitsvergrößerung der Verbrennungsprodukte im Winderhitzer zwecks Beschleunigung des Wärmeüberganges. Es werden also die Ven- «5 tilatoren und Gebläse als bekannte Mittel zur Erreichung einer neuen Wirkung verwendet. Ρλτκνϊ-Ansi'Rüche:

1. Verfahren zur Behe'zung von Winderhitzern, bei welchen die Geschwindigkeit der Verbrennungsprodukte im Winderhitzer vergrößert wird, um ohne Verminderung der Windtemperatur eine Verkürzung der Aufheizdauer oder bei gleicher Aufheizdauer eine Erhöhung der Windtemperatur oder beide Wirkungen gleichzeifg zu erreicher, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Verbrennungsprodukte im Winderhitzer soweit gesteigert wird, daß eine wesentliche Erhöhung der Abgastemperatur nicht mehr eintritt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Gas und Verbrennungsluft in bekannter Weise mit Hilfe von Gebläsen, Ventilatoren o. dgl. mechanisch in die steinernen Winderhitzer eingeführt werden.