DE678430C - Waermeaustauschverfahren fuer den Hochofenbetrieb - Google Patents

Description

• Wärmeaustauschverfahren für den Hochofenbetrieb Bei den nach dem Regenerativverfahren arbeitenden Wärmeaustauschern ist ein großer Vorteil mit einem ebenso großen Nachteil verbunden: Da sie vom Heizgas und dem zu erhitzenden Gas abwechselnd bestrichen werden, können für die Wärmeübertragung keramische Baustoffe (Steingitter) verwendet werden, es kann also sowohl die Temperatur der Heizgase wie die Endtemperatur des zu e ,rhitzenden Gases sehr hoch gewählt werden. Diesem großen Vorteil steht der Nachteil gegenüber, daß wegen des unterbrochenen . Betriebes der Wärm:eaustauscher ein großes Wärmespeichervermögen besitzen muß und damit Regeneratoren, wie sie z. B. als Winderhitzer für Hochofenanlagen verwendet werden, ganz bedeutende Abmessungen erhalten.
• Ein Weg, diese Abmessungen wesentlich zu vermindern, besteht nun in derAnwendung des Wärmeaustauschverfahrens mit Heizgasen, die in einer Brennkammer unter Druck erzeugt und mit hoher Geschwindigkeit an den Heizflächen vorbeibewegt werden, wobei die Druck- und Geschwindigkeitserzeugung durch einen Verdichter erfolgt, der von einer Gasturbine angetrieben wird, deren Treibgase die Heizgase selbst sind. Das Arbeitsverfahren ist .also ähnlich demjenigen, das bei den bekannten Velok-Dampferzeugern für die Dampferzeugung (z. B, deutsche Patentschrift 557 597) oder bei metallenen Winderhitzern, die nach einem Rekuperativverfahren arbeiten (z. B. Schweizer Patentschrift i73 86o), verwendet wird.
• Die Anwendung der Gasturbine, deren Treibgase die Heizgase selbst sind, ermöglicht Druck- und Geschwindigkeitserhöhungen, wie sie bei atmosphärischer Verbrennung und mit den gewöhnlichen Mitteln zur Bewegung der Gasströme durch Kaminzug oder Ventilatoren wirtschaftlich niemals erreichbar sind. Es gehen die durch Druckfeuerung und Gasturbinenantrieb der Verdichter erreichbaren Verminderungen der Abmessungen sämtlicher Einrichtungen daher auch weit über das Maß hinaus, das durch die in neuerer Zeit bei allen Wärmeaustausch,ern, so auch bei Winderhitzern, durch Gescihwindigkeitserhöhung angestrebt und teilweise auch verwirklicht -wurde (s. z. B. »Stahl und Eisen« igi¢, insbesondere S.305).
• Aus der Zeichnung ist eine derartige Anlage :ersichtlich. Es ist i z. B. ein Hochofen, z und z' sind Winderhitzer, 3 ist das Gebläse zur Erzeugung des Windes, q. seine Antriebsmaschine. Von den Winderhitzern wird a soeben geladen, d. h. aufgeheizt, während a' entladen wird, d. h. seine Wärme an die im Gegenstrom hindurchgeführte Luft (den Wind) abgibt. Die Heizung des Winderhitzers erfolgt in an sich bekannter Weise durch Verbrennung von Luft und Gas (bei Hochofenanlagen Gichtgas); Luft und Gas werden durch die Verdichter 5 und 6 auf Druck gebracht. Die durch die Verbrennung dieses Gasgemisches erzeugte Wärme wird an die Heizkörper, die den Winderhitzer ausfüllen, abgegeben, wobei der hohe Druck und die hohe Geschwindigkeit die Aufheizdauer wesentlich verkürzen oder die Abmessungen der gesamten Anlagen verringern. Die Wärmeabgabe ist im Winderhitzer jedoch keine vollständige, sie wird vielmehr schon frühzeitig unterbrochen, um den hochgespannten Heizgasen genügend Wärmegefälle zu belassen, das nun in einer Gasturbine 7 verarbeitet wird, die zum Antrieb der beiden Verdichter 5 und 6 dient. Da auch die Gase, die die Gasturbine verlassen, noch ziemlich hohe Temperatur haben können, werden sie noch durch Wärmeaustauscher 8 und 8' geschickt, in denen das im Winderhitzer zu verbrennende Gas und seine Brennluft vorgewärmt werden. Die Abgaswärme kann aber auch dazu dienen, den Hochofenwind vorzuwärmen, bevor er in den Winderhitzer g tritt. Zum Anlassen, Regeln und für etwaigen Leistungsmangel ist die Ladegruppe (Gasturbine 7 und Verdichter 5 und 6) noch mit einem Zusatzmotor io gekuppelt, der ein. Elektromotor oder eine Dampfturbine, aber auch ein kleiner .Brennkraftmotor sein kann..
• Der Druck, mit dem die .Verbrennung im Winderhitzer stattfindet, soll denAtmosphärendruck wesentlich überschreiten und bewegt sich zwischen x/¢ bis 3 Atm. Überdruck. Auch die 'Geschwindigkeiten liegen weit über den gewöhnlichen,- die meist nur gegen z m/Sek. betragen, und können die Höhe .von i oo m/ erreichen. Der für diese .Verhältnisse erforderliche Arbeitsaufwand ist beträchtlich, wird aber von der Gasturbine nahezu verlustlos geliefert, da die ganze in der Gasturbine umgesetzte Energie in Form von Verdichtungs- und Verlustwärme mit dem Gas-Luft-Gemisch in den Brennraum des Winderhitzers zurückgelangt. Die Gase treten mit :etwa 5oo bis 6oo° C in die Gasturbine. Die Abwärme der aus der Gasturbine austretenden Gase wird, wie bereits erwähnt, teilweise in den Vorwärmern für das Gas und die Brennluft oder für den Wind ausgenützt.
• Durch den infolge der Dichte und Geschwindigkeitserhöhung der Heizgase erhöhten Wärmeübergang wird die erforderliche Oberfläche der Wärmneaustauschkörper und die Aufh@eizzeit des Winderhitzers (das Laden) vermindert. Der Aufheizzeit soll auch eine bestimmte Zeit für die- Entladung, d. h. Erhitzung des Windes, entsprechen. Es muß also auch die Wärmeaufnahmefähigkeit' des Windes eine entsprechende Erhöhung erfahren. Dies kann dadurch geschehen, daß auch dem Wind eine größere Geschwindigkeit erteilt wird. Da die Erzeugung dieser Geschwindigkeit aber ein zusätzliches Druckgefälle erfordert, das von den bestehenden Windgebläsen in der Regel nicht aufgebracht werden kann, so soll -ein weiteres Gebläse I i vorgesehen werden. Dieses Gebläse kann von einem besonderen Mg"or angetrieben werden, es kann aber auch mit der Ladegruppe für die Heizgase gekuppelt sein und seine Antriebsenergie teilweise voii der Gasturbine 7 teilweise von dem Zusatzmotor io erhalten.
• Wichtig ist auf jeden Fäll, daß der Strömungswiderstand, den Heizgase und Wind beim Durchströmen der wärmeaufnehmenden bzw. wärmeabgebenden Körper vorfinden, möglichst gering ist und sich auf Wandreibung, das ist Wärmeübergang, beschränkt, der sogenannte Formwiderstand aber möglichst gering gehalten wird.
• Wie bei gewöhnlichen Winderhitzern (Cowpern), besteht die Anlage stets aus mindestens zwei, meist drei oder vier Einheiten, von denen eine oder zwei aufgeladen, während die übrigen entladen werden oder in Bereitschaft stehen. Das Umschalten erfolgt durch gesteuerte Schieber oder Ventile.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCIIE: i. Die Anwendung des Wärmeaustauschverfahrens mit Heizgasen, die in einer Brennkammer unter Druck erzeugt und mit hoher Geschwindigkeit an den Heizflächen vorbeibewegt werden, wobei die Druck- und Geschwindigkeitserzeugung durch einen Verdichter erfolgt, der von einer Gasturbine angetrieben wird, deren Treibgase die Heizgase selbst sind, .auf regenerativ arbeitende Winderhitzungsanlagen (Cowper) für Hochöfen oder ähnliche Betriebe. z. Wärmeaustauschverfahren für regenerativ,arbeitende Winderhitzeranlagen (Cowper) für Hochöfen oder ähnliche Betriebe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß dem zu erhitzenden Wind durch ein besonderes Gebläse (i i ), das von der Gasturbine der Ladegruppe (7, 5 und 6) angetrieben sein kann, ein zusätzliches Druckgefälle mitgeteilt wird, um die Wärmeaufnahmefähigkeit des Windes entsprechend der Verkürzung der Ladezeit zu erhöhen. 3. Wärmeaustauschverfahren für regenerativ arbeitende Winderhitzungsanlagen (Cowper) für Hochöfen oder ähnliche Betriebe nach Anspruch i und z, dadurch gekennzeichnet, daß die aua der Gasturbine austretenden noch heißen Gase zur Vorwärmung des Windes vor seinem Eintritt in den Winderhitzer verwendet werden.