-
Selbsttätige Regelung für Öfen mit Räumen verschieden hoher Temperatur
Für Hodhleistungsstoßöfen der Eisenindustrie ist die Temperaturregelung von großer
Bedeutung. Bei idiesen Ofen müssen im Schweißherd und im Stoßherd bestimmte Heizgastemperaturen
aufrechterhalten werden, damit einerseits im Schweißherd die Blöcke auf die .günstigste
Walztemperatur, aber nicht so hoch erhitzt werden, @daß sich eine schmelzende Schlacke
mit allen ihren Na,chteilen -ergibt, und andererseits im Stoßherd zwecks guter Wärmeübertragung
ein genügend großes Wärmegefälle zwischen den Heizgasen und den eingesetzten Blöcken
vorhanden ist, ohne @daß aber infolge zu hoher Temperatur der varn Stoßherd in die
Rekuperatoren tretenden Gase die Metallrekuperatoren gefährdet sind. Aus diesen
Gründen wird nm Schweißherd eine Temperatur der Heizgase von beispielsweise i4oo°
angestrebt, während im Stoßherd diese Temperatur beispielsweise 85o° betragen soll.
-
Wenn nun bei Öfen der vorbezeichneten Art ein Gteichgewichtszustandeingestellt
und dann ohne weiteres aufrechterhalten werden könnte, würde sich eine verhältnismäßig
einfache Temperaturregelungsmöglichkeit ergeben. Die Praxis zeigt aber, daß dies
nicht der Fall ist, weil dauernde Störungen des Gleichgewichtes, beispielsweise
durch Mittagspausen., Walzstörungen, Sonntage und Veränderungen der Blockeinsatztemperaturen,
unvermeidlich sind. Da mithin diese verschiedenen die Störungen des Gleichgewichts
bewirkenden Ursachen entweder im heißeren older im kälteren Ofenteil oder in. ,diesen
bei-,den Ofenteilen gleichzeitig auftreten können, ergibt sich, daß die Temperaturen
im heißeren und' im kälteren Ofenteil nicht immer in einem bestimmten Verhältnis
zueinander stelieh,
sondern unabhängig voneinander sich höher oder
tiefer einstellen können, als es für einen geregelten Ofenbetrieb zweckmäßig ist.
-
Wenn z. B. aus irgendwelchen Gründen bei gleichbleibender Gasmenge
die Temperatur der Heizgas,- im #',eliweißlier!a sinkt, braucht nicht unibedingt
auch die Temperatur im Stof@h;:r:1 unter- ihre zulässige Höhe zii sinken, nämlich.
dann, wenn warme B:löck,- eingesetzt werden, die weniger Wärme aus den Gasen aufnehmen.
Andererseits kann, wenn kalte, viel Wärme aus :den Gasen - aufn.eIimen@:ie Blöcke
eingesetzt werden, im Stoßherd auch noch dann eine normale Temperatur licrrschen,
wenn bei gleichbleibender Gasmenge die Temperatur im Schweißherd über ihre normale
Höhe steigt.
-
Um nun trotz dieser vielfachen, auf den verschiedenartigsten Ursachen
beruhenden Störungen des Gleichgewichtes im Schweiß-und Stoßherd die jeweilig günstigste
Temperatur aufrechtzuerhalten, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, durch ein im
heißeren Teil angeordnetes Pyrometer die fühlbare Wärme der die Feuerung unterhaltenden
Stoffe Gas und Luft -bei gleichbleibender chemisch gebundener Wärme und durch ein
im kälteren Ofenteil eingebautes Pyrometer die 'L#-Zen:gen dieser Stoffe unter Einhaltung
des einmal bestimmten Verhältnisses zwischen Gas und Luft zu regeln.
-
An sich ist der Einbau je eines die die Feuerung unterhaltenden Stoffe
beeinflussenden Pyrometers im -heißeren und im kälteren Ofenteil bekannt. Bei einem
mit Rückführung von Abgasen arbeitenden Ofen wirkt das im heißeren Ofenteil angeordnete
Pvrometer auf eine im Abgasrückführungskanal angeordnete Luftzufährurngsdüse derart
ein, d.aß hei zu stark ansteigender Temperatur iah heißeren Ofenteil .die Luftmenge
gedrosselt und :bei zu stark fallender Temperatur die L uftinenge vergrößert wird,
während :durch (las im kälteren Ofenteil eingebaute Pyrometer je nach der an dieser
Stelle herrschenden Temperatur die Menge des zugeführten Brennstoffes geregelt und
gleichzeitig über einen Verhältnisregler die Menge des zugeführten Luft-Abgas-Geinisches
in Abhängigkeit von der zugeführten Brennstoffmenge eingestellt wird.
-
Auf diese "eise ist aber eine einwandfreie, neuzeitlichen Anforderungen
genügende Temperaturregelung des Ofens nicht möglich.
-
Wenn beispielsweise hei zu stark steigender Temperatur im heißeren
Ofenteil die Luftn >enge gedrosselt und damit der Luftanteil des in den Ofen eingeführten
Luft-Abgas-Gemisches verringert wird, so m,uß, da hierhei die Brennstoffmenge keine
Änderung erfährt, der Brennstoff unvollständig verbrannt «-erden, um überhaupt die
beabsichtigte Temperaturerniedrigun gbewirken zu können. Wird dagegen bei zu stark
fallender Temperatur im heißeren Ofenteil die Luftmenge erhöht und damit der Luftanteil
-des in den Ofen eingeführten Luft-Abgas-Geinisclies vergrößert, so muß, da auch
in -diesem Falle die Brennstoffmenge keine Änderung erfährt, der Brenstoff vollständiger
verbrannt werden, um Überhaupt -die beabsichtigte Temperaturerhöhungbewirken zu
können, wa-s aber nur dann möglich ist, wenn der Brennstoff vorher unvoll.stän:dig
verbrannt wurde. Nach dem bekannten Verfahren kann somit eine Temperaturregel.ung
im heißeren Ofenteil durch (las an dieser Stelle angeordnete Pyrometer nur dann
erfolgen, wenn der Brennstoff dauernd unvollrständig verbrannt wird und der stetig
herrschende Luftmangel in Abhängigkeit von den im heißeren Ofenteil herrschenden
Temperaturen erhöht oder verringert wird.
-
Wenn dagegen die Temperatur im kälteren Ofenteil zu stark fällt, erhöht
das an dieser Stelle angeordnete Pyrometer die Brennstoffmenge, was zur Folge hat,
-daß über den IV"erhä:ltnisreg.ler auch die Menge des Luft-Abgas-Gemisches erhöht
wird. Steigt dann infolge erhöhter Zufuhr von Verbrennungsstoffen clie Temperatur
im heißeren JOfenteil, verringert das an dieser Stelle eingebaute Pyrometer den
Luftanteil im Luft-Abgas-Gemitsch, so da13 einerseits die Brennstoffzufuhr erhöht,
die V erbrennurngsluftmenge aber gedrosselt wird. Wird dagegen bei zu stark ansteigender
Teanperatur im kälteren Ofenteil die Brennstoffzufuhr durch,das an dieser Stelle
angeordnete Pyrorneter verringert, so wird gleichzeitig über den Verhältnisregler
@die Menge des Luft-Abgas-Gemisches gedrosselt. @-Venn aber als Folge -hiervon auch
-die Temperatur im heißeren Ofenteil fällt, erhöht das an dieser Stelle eingebaute
Pyrorneter den Luftanteil im Luft-Abgas-Geanisch, so daß einer Verringerung der
Brennstoffmenge durch das eine Pyrometer eine Erhöhung der Luftmenge durch das andere
Pyrometer gegenübersteht.
-
'Somit läßt sich nach dem bekannten Verfahren der Ofen nicht ordnungsgemäß
regeln, was :darauf zurückzuführen ist, daß sowohl da-s im heißeren als auch das
im kälteren Teil eingebaute Pyrometer eine Mengenregel-ung bewirken, und zwar das
im heißeren Ofenteil angeordnete Pyrometer eine Luftmengenregelung, während durch
das im kälteren Ofenteil eingebaute Pyrometer eine Regelung -der Brennstoffmenge
erfolgt.
-
Dieser dem bekannten Verfahren anhaftende Nachteil wird nun erfindung-,#gemäß
dadurch behoben, daß die Mengenregelung der Verbrennungsstoffe Gas und Luft, d.
h. die Regelung der chemisch zugeführten Energie,
ausachdießlich
auf das im kälteren Ofenteil angeordnete Pyrometer beschränkt bleibt, während Idas
:irn heißeren Ofenteil eingebaute Pvrometer ausschließlich die fühlbare Wärme der
Verbrennungsstoffe ohne irgendwelche Änderung der chemisch gebundenen Wärme regelt.
-
Wie nun im besonderen die Regelung der fühlbaren Wärme der Verbrennungsstoffe
durch das im heißeren Teil angeordnete Pyrometer am zweckmäßigsten erfolgen soll,
hängt von den örtlichen Verhältnissen, den Betriebsbedingungen und der. Bauart des
Ofens ab, so daß fallweise die günstigste Art der Regelung festgelegt werden muß.
-
So kann beispitel,sweise bei gleichbleibender Gesatmtluftmenge -der
Warmluftanteil gegenüber dem Kaltluftanteil oder auch bei gleichbleibender Gesamtgasmenge
:der Warmgasanteil gegenüber dem Kaltgas@anteil erhöht oder verringert werden. In
anderen Fällten kann es wiederum zweckmäßiger sein, bei gleichbleibender Luft- und
Gas-menge die Temperatur der gesamten Luft und/oder Gasmenge zu erhöhen oder zu
erniedrigen, was in ,der Waise geschehen kann, daß den den Ofen verlassenden Abgasen
vor ihrem Eintritt in die Rekuperatoren wechselnde Mengen an Kaltluft zubgtesetzt
werden, was eine mehr oder weniger hohe Vorwärmung des Gases urid/oder der Luft
in den Rekuperatoren zur Folge hat. In allen @diesen Fällen wird die fühlbare Wärme
des Gases und/oder der Luft verändert, was auch ohne -irgendwelche Änderung der
Gas- und Luftmengen -und damit der chemisch .gebundenen Wärme eine Veränderung der
Verbrennungstemperatur_nach der Gleichung
| Verbrennungstemperatur (t) - fühlbare Wärme (Gas u. Luft)
-l- chemisch gebundeneWärme (Gas) |
| Gasmenge # spezifische Wärme (o° -- t°) |
ergibt, weil sich hierbei lediglich (der Posten »fühlbare Wärme« ändert. , Eine
weitere Art :der Regelung der fühlbaren Wärme besteht in der Zumischung von mehr
oder weniger warmen Abgasen zur Verbrennungsluft untd/oder zum Brenngas. Da stie
praktisch als inert gelten können, übt ein derartiger Zusatz keinen Einfluß auf
die in den Ofen eingeführte chemisch gebundene Wärme aus, so :daß in der vorstehenden
Gleichung die chemisch gebundene Wärme Teeine Änderung erfährt. Auch die spezifische
Wärme (o° - t°) wird ,sich .nicht verändern, wohl aber die fühlbare Wärme und die
Abgasmerrge. Es ist daher leicht ersichtlich, :daß auch ohne Änderung der dem Ofen
zugeführten chemischen Energie die Heizgastemperatur durch das im heißeren Ofenteil
angeordnete Pvrometer an @dieser Stelle durch einen mehr oder weniger hohen Zusatz
von mehr oder weniger warmen Abgasen zur Verbrennungsluft und/oder zum Brenngas
geregelt werden ,kann. Da hierbei @die zugeführten Verbrennungsstoffe, deren Mengen
durch .das ,im kälteren Ofenteil angeordnete Pyrometer geregelt werden, keine Änderung
erfahren, ergibt sich, @daß der Idas Verhältnis Brenngas : Verbrennungsluft einsteliltende
Regler dem Regler für die fühlbare Wärme, d. h. dem die zugesetzte Abgasmenge beeinflussenden
Regler, vorgeschaltet sein muß. Würde dies nicht der Fall sein, würde das nm kälteren
Ofenteil angeordnete Pyrometer nicht ausschließlich !die Menge der Verbrennungsstoffe
Gas und Luft regeln können, wodurch in die Temperaturregelung tdes Ofens dieselbe
Unsicherheit hineingetragen würde, wie es bei der Regelvorrichtung nach dem bekannten
Verfahren der Fall ist, gemäß welchem .das im kälteren Ofenteil angeordnete Pyrometer
nicht nur die Mengen der Verbrennungsstoffe, .sondern auch noch die rückgeführten
Abgasmeinigen regelt, der Verhältnisregler in diesem Falle also dem Luftmengenregler,
der durch Idas im heißeren Ofenteil angeordnete Pyrometer beeinfllußt wird, nach-,geschaltet
sein :muß: Wenn nun bei einem mit der Temperaturregelung nach :der Erfindung ausgerüsteten
Ofen die Temperatur im heißeren Ofenteil zu stark ansteigt, bewirkt das in diesem
Ofenteil angeordnete Pyrometer eine Regelung der fühlbaren Wärme, beispielsweise
der Verbrennungsstoffe, und/oder einen erhöhten Zusatz von Abgasen zum Brenngas
und/oder zur Verbrennungsluft. An der Güte ,der Verbrennung wird hierbei aber nichts
geändert, weil das einmal festgelegte günstigste Verhältnis zwischen Gas und Luft
keine Änderung erfährt. Sollte hierbei, was aber nicht immer der Fall zu sein braucht,
gleichzeitig auch diie Temperatur im kälteren Ofenteil fallen, wird -das an dieser
Stelle angeordnete Pyrometer die Mengen der Verbrennungsstoffe steigern, wodurch
dem Ofen mehr Wärme im Stoßherd zugeführt und dadurch die Temperatur an dieser Stelle
wieder gesteigert wird. -
Da die Temperaturregelung nach der Erfindung lediglich
im umgekehrten Sinne wirksam wird, wenn die Temperatur im heißeren Ofenteil zu stark
fällt, erübrigt sich ein näheres Eingehen auf die hierbei auftretenden Regelvorgänge.
-
Wenn dagegen die Temperatur im kälteren Ofenteil zu stark fällt, erhöht
:das an dieser Stelle an-geordnete Pyrameter die Mengen
.der Verbrennungsstoffe,
wodurch dem Stoßherd mehr Wärme zugeführt und die Temperatur in diesem Ofenteil
wieder erhöht wird. Sollte hierbei, was aber nicht immer der Fall zu seinbraucht,
gleichzeitig auch die Temperatur im heißeren Ofenteil steigen, wird durch .das in
diesem Ofenteil angeordnete Pyrometer in der ;bereits beschriebenen Weise eine Regelung
.im Sinne einer Verringerung der Verlirenn.ungstemperatur bewirkt und somit die
Temperatur im Schweißherd erniedrigt.
-
Da die -Temperaturregelung nach der Erfindung lediglich im umgekehrten
Sinne wirksam voird, wenn die Temperatur :im kälteren Ofenteil zu stark ansteigt,
erübrigt sich wiederum ein näheres Eingehen auf die hierbei auftretenden Regelvorgänge.
-
Die vorstehend grundsätzlich beschriebene Erfindung kann je nach den
vorliegenden Betriebsverhältnissen noch Abänderungen oder Ergänzungen erfahren,
ohne (daßdamit ihr Rahmen überschritten wird.
-
So kann z. B. bei der Erwärmung von Sonderwerkstoffen der kältere
Ofenteil in zwei oder mehr getrennt gesteuerte Zonen unterteilt werden, um eine
zu plötzlich Erwärmung dieser -Werkstoffe zu vermeiden.
-
Des weiteren kann unter Umständen ein doppelter Albzug der Abgase
aus dem kälteren Ofente1l erfolgen, wobei die aus dem letzten Abzug stammenden Abgase
unmittelbar in den Schornstein abgeführt werden, weil sie nicht mehr genügend Wärme
besitzen, um noch weiter ausgenutzt zu werden.
-
Ferner braucht das im kälteren Ofenteil angeordnete Impul,spyrometer
nicht unmittelbar am Ofenende angeordnet, sondern kann auch einige Meter vom Ofenende
entfernt im Abgaskanal eingebaut werden, damit es einer Beeinflussung (durch plötzlich
eingesetzte sehr warme Blöcke entzogen wird. Was die Regelvorrichtung selbst anbelangt,
so kann, wie ohne weiteres ersichtlich .ist, jede Vorrichtung Anwendung finden,
die in ,der Lage eist, über den durch .die beiden Pyrometer erfolgenden Impuls die
Regelung in der beschriebenen. Weise zu bewirken.
-
Das Regelverfahren. nach der Erfindung kann außer bei den zur Erläuterung
beschr;iebenen Stoßöfen beispielsweise auch bei Tieföfen und überhaupt bei allen
denjenigen Öfen Anwendung finden, die mit verschieden hohen Temperaturen arbeiten.
Dies ist z. B. bei keramischen Öfen der Fall, welche nicht mit Rekuperatoren ausgerüstet
sind, sondern bei denen die Wärmerückgewinnung durch die Abkühlung der gebrannten
Ware geschieht, und bei denen @die Einhaltung bestimmter Temperaturen m kälteren
Ofenteil wegen der Gefahr der Kondensation des in den Abgasen enthaltenen Dampfes
von besonderer Bedeutung ist.