DE657889C - Anlage zum Erhitzen eines Gases durch ein Heizgas mit einem metallenen Rekuperator, insbesondere zum Erhitzen des Windes von Hochofenanlagen - Google Patents

Description

• Anlage zum Erhitzen eines Gases durch ein Heizgas mit einem metallenen Rekuperator, insbesondere zum Erhitzen des Windes von Hochofenanlagen Winderhitzer für Hochöfen oder ähnliche Wärmeaustauschvorrichtungen für hohe Temperaturen «-erden heute, nachdem es gelungen ist, hochhitze- und zunderbeständige Metalle verhältnismäßig billig herzustellen, nicht mehr ausschließlich aus feuerfesten Steinen aufgebaut und nach dem Regenerativverfahren betrieben, sondern sie werden auch als Rekuperatoren gebaut und wie die @@'ärineaustauscher, die für niedrigere Temperaturen bestimmt sind, aus Metall hergestellt. Da der Wärmeübergang vom Heizgas an die Wand oder von der Wand an das zu erhitzende Gas verhältnismäßig niedrig ist, so erhalten diese Rekuperatoren meist große Heizflächen. Sie sind daher trotz. der Verbilligung der hierfür erforderlichen hochhitzebeständigen metallischen Baustoffe oft teuer. Es ist bekannt, <laß durch die Erhöhung der Dichte und der Strömungsgeschwindigkeit der wärmeabgebenden und wärmeaufnehmenden Gase der Wärmeübergang erhöht und damit die Heizflächengröße vermindert werden kann. Erhöhungen des Druckes (der Dichte) und der Strömungsgeschwindigkeit stehen jedoch Hindernisse entgegen. Sie erfordern besondere Einrichtungen, wie Verdichter mit den dazugehörigen Antriebsmaschinen, druckfeste: Gasiührungen usw. Sie benötigen außerdein einen erhöhten Kraftaufwand für den Betrieb des Verdichters. Diese Antriebskraft kann die Wirtschaftlichkeit der gesamten Anlage in Frage stellen und damit die Vorteile, die durch die Verminderung der Heizflächen bei einer Druck- und Strömungsgeschwindigkeitserhöhung erzielt werden, zunichte machen.
• Eine Druckerhöhung und eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Heizgases allein oder beider Gase bringen dann Vorteile und machen die hierfür erforderlichen besonderen Maßnahmen bezahlt, wenn die Erhöhungen bedeutend sind und der Antrieb des benötigten Verdichters durch eine Kraftmaschine erfolgt, die ihre. Energie ganz oder zum größten Teil aus den Heizgasen selbst empfängt.
• Die Verwendung hochhitzebeständiger Metalle für die Heizflächen verbietet es, Heizgase mit den hohen Temperaturen allzuwenden, die bei der Verbrennung hochwertiger Brennstoffe entstehen. Man kann mit größeren Luftüberschüssen arbeiten, um die Anfangstemperaturen des Heizgasstromes zu vermindern, womit aber eine Wirkungsgradverschlechterung verbunden ist. Um diese zu vermeiden, sind die Heizgase, bevor sie in den W inderhitzer oder die Wärmeaustausch-

  vorrichtung eintreten, erst durch eine andere

  geeignete Wärmeabgabe abzukühlen. ' Dieses

  kann in einem Dampferzeuger geschehen.

  Werden nun als Dampferzeuger druclcgc-

  feuerte und mit hohen kIeizgasgescliwindig-

  keiten arbeitende Dampferzeuger verwendet,

  so sind bereits die Einrichtungen vorhanden,

  die für die Erzeugung der hohen Geschwindig-

  keiten im Winderhitzer oder Wärmeaus-

  tauscher erforderlich sind.

  Gegenstand vorliegender Erfindung ist nun

  eine Anlage zum Erhitzen eines Gases durch

  ein Heizgas mit einem metallenen Rekupera-

  tor, insbesondere zum Erhitzen des Windes

  von Hochofenanlagen. Um durch eine Er-

  höhung des Druckes und der Strömungsge-

  schwindigkeit des Heizgases eine Verminde-

  rung der Heizfiächengröße des Rekuperators

  hei Ausnutzung der den Heizgasen inne-

  wohnenden Energie zu erzielen und gleich-

  zeitig die Heizgase vor ihrem Eintritt in den

  Rekuperator auf eine für den Rekuperator

  zulässige Temperatur abzukühlen, ist gemäß

  der Erfindung dem Rekuperator ein Dampf-

  kessel, in dem durch Verbrennung das Heiz-

  gas erzeugt wird, vorgeschaltet, und es dient

  zur Zuführung der Brennmittel ein Verdich-

  ter, der von einer Gasturbine angetrieben

  wird, deren Treibmittel (las Heizgas ist tt_i:l

  der das Heizgas mit hoher Geschwindigkeit

  bei im wesentlichen über dem Atmosphären-

  druck liegendem Druck an den Heizflächen

  (ler Anlage (Dampfkessel und Rela:perator)

  vorbeibewegt.

  Die Abbildung zeigt (las Schema einer An-

  lage gemäß der Erfindung. Es ist i ein

  Dampferzeuger, in dessen Brennkammer das

  Tirennstoff-Luft-Geinisch unter einem hölie-

  ren Druck, als der Druck der Atmosphäre ist,

  verbrannt wird. Zur Herstellung des Druckes

  dienen die beiden Verdichter -2 und 3, von

  denen einer für das Gas, der andere für die

  Brennluft bestimmt ist. Der Antrieb dieser

  Verdichter erfolgt durch die Gasturbine

  Da aber meist die Energie der Gasturbine

  nicht ausreichen wird, um die gesamte \'er-

  <lichtun.-sarbeit aufzubringen, so ist noch eine

  Dampfturbine 3 vorgesehen, die ihren Dampf

  aus dein Kessel i erhält. Die I-Ieizgase, die

  in vier Brennkanuner des Kessels i hergestellt

  werden. werden dann durch Wärrneabhabe an

  (las bei g eintretende SI)eisewasser bzw.

  ,ie:sen \-erdtiiupftnig so weit abgekühlt, (Iah

  sie die metallenen Iieiztlächen des Rckupera-

  tors ö nicht mehr gefährden können. in (len

  =ic nach denn i-url@issen des Dampfkessels i

  @-intreten. \-oin Rekuperator S!;rlieli die auf

  4twa @ru>@ C aür.,(:kühlten Gase zur Gas-

  turbine 1, rlii-,er zum I'eku;3erator ; und

  Von (k)rt ins hreir, falls nicht noch ein wei-

  terur @@-:@rnleau;t<iu@cher, z. L. Wassc#rvor-

  wärmer, für den Dampfer zeuger zur weiteren Ausnutzung der F7eizgaswärme vorgesehen wird. -Die zti erhitzende Luft (der wird vom Gebläse io geliefert, das von der Turbine i i angetrieben wird. Die Turbine erhält ihren Dampf aus dem Dampferzeuger i. Die Luft wird nach ihrer Erhitzung in den Winderhitzern j und 8, die sie nacheinander durchströmt, dem Hochofen 12. zugeführt.
• Das von den Verdichtern 2 und 3 erzeugte Druckgefälle dient sowohl zur Aufrechterhaltung eines höheren Druckes in der Brennlcammer,'uni damit die Brennleistungen zu erhöhen und die Abmessungen der Brennkammer zu vermindern, als auch besonders dazu, um den Heizgasen die zum Antrieb der Verdichter erforderliche Arbeitsfähigkeit zu a ben. Ein Teil des Druckge - fi ä lles wird zur Erzeugung hoher Strömungsgeschwindigkeiten verwendet. Durch die vereinigte 'Wirkung von erhöhter Heizgasdichte und großer Geschwindigkeit werden die Wärmeübergänge erhöht und damit die für den Wärmeaustausch erforderlichen Heizflächen vermindert. Der Wirkungsgrad der Anlage ist trotz hoher Verdichtungsarbeit gut, da die von der Gasturbine detri Wärmekreislauf entzogene Energie (Wärme) in Form von Verdichtungsarbeit mit der Brennluft und dem Gase in die Brennkammer des Kessels zurückgelangt.
• Die für die Verdichtung des Gases und der Brennluft in Betracht kommenden Drücke be-Wegen sich zwischen -a bis 3 ata, sind also ähnlich wie die Drücke, die der zu erhitzende Wind durch das Hochofengebläse erhält. Die Geschwindigkeiten des Heizgases betragen. in den @Värineaustauschern inindest2iis 6o mls. Der den Wärmeaustauschern vorgeschaltete Dampfkessel ist mit Vorteil ein Kessel, der finit Heizgasgeschwindigkeitcn . von etwa Zoo mis betrieben wird.
• Durch die Aufteilung des Winderhitzers in mehrere Rekuperatoren, von denen ein Teil vor und ciri Teil nach der Gasturbine angordnet ist, wird erreicht, (l;tli beide Teile wie auch die i;asturbilie die für ihre l-Ierstellun-und ihren 1 ')etriell günstigsten Temperaturen erhalten. Die: Daustrate können bei den g@ ringen Beanspruchungen, denen sie in einem ruhenden und auf beiden Seiten der Rohrwände unter nahezu deichen Drücken stehenrWil @Niirineaustauschcr unterworfen ,find. liiiliereil Temperaturen widerstehen als z. h.
• Läufer (1,2r Gasturbine. wo hohe Flieh-und hi:@rungslir:afte auftreten. Der gleiche c,rler ein ähnlicher hochhitzehestä ndiger Bau->inf, der für die Schaufeln Tier Gasturbinen v(#rweii(let wird, kann daher auch für r1.11 ,i,tVli Winderhitzer gen i,intnen «-erden, trotzdein dieser in einem wesentlich höheren Temperaturbereich arbeitet als die Gasturbine. Für den der Gasturbine nachgeschalteten Winderhitzer kommt dagegen ein billigerer Baustoff, z. B. einfacher Stahl oder Schmiedeeisen, in Betracht.
• Bei der in der Abbildung beispielsheise gezeigten Anlage ist der Verdichtersatz für die 1-lerstellung des Heizmittels und des Dampfes getrennt vom Verdichtersatz für die Herstellung des Windes. Diese Trennung ist vorteilhaft, da es die Unabhängigkeit der Dampferzeugung gewährleistet. Bs könnte aber auch die verdichtete Verbrennungsluft durch den Windverdichter ro (Hochofengebläse) geliefert werden, wobei die Abgasturbine den Verdichter für den Brennstoff antreibt, wodurch das Gebläse für die Brennluft erspart wird. Diese Kupplung ist dann iniiglich, wenn Dampfverbrauch, Winderhitzung und Windbedarf gleichen -1nderilil(reil unterworfen sind.

Claims (1)

1. PATRH TA-N SPRÜCHt: r. Anlage zuill Erhitzen eines Gases durch ein Heizgas finit einem metallenen Rel:uperator, insbesondere zum Erhitzen des Windes in Hochofenanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß dem Rekuperator (8) ein Dampfkessel (r), in dein durch Verbrennung das Heizgas erzeugt wird, vorgeschaltet ist und zur Zuführung der Brennmittel ein Verdichter (z, 3) dient, der von einer Gasturbine (4) angetrieben wird, deren Treibmittel das Heizgas ist. und der das Heizgas finit hoher Geschwindigkeit bei im wesentlichen über deal Atmosphärendruck liegendem Druck an den Heizflächen der Anlage (Dampfkessel und Rekuperator) vorbeibewegt. a. Anlage nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasturbine zwischen zwei von dem Heizgas nacheinander durchströmten Rekuperatoren (;, S) angeordnet ist. 3. Anlage nach Anspruch i und a zur Vorwärmung des Windes von Hochofenanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verdichtung sowohl der Verbrennungsluft für die Heizgas- bzw. Dampferzc:ugulig als auch des Windes eine Gebläsealllage (ro, II) Vorgesehen ist, die 1111t 1111 Dampferzeuger (z) erzeugtem Dampf b;-trieben wird, wobei die Abgasturbine zum Antrieb des @' er dichters für den Breilnstoff dient.