DE738676C

DE738676C - Device for utilizing the heat contained in the exhaust gases from gas and coke production ovens

Info

Publication number: DE738676C
Application number: DED82587D
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Klapproth
Original assignee: Didier Werke AG
Current assignee: Didier Werke AG
Priority date: 1940-05-08
Filing date: 1940-05-08
Publication date: 1943-08-27

Description

Einrichtung zum Nutzbarmachen von in den Abgasen von Gas- und Kokserzeugungsöfen enthaltener Wärme Erhitzer für Dampf und andere strömende Stoffe, die ihre Wärme aus den Abgasen von Ofen erhalten, sind in Anpassung an die Bedingungen des Ofenbetriebes entweder in die Abgaskanäle des Ofens eingebaut, wo sie aus den strömenden Abgasen durch Berührung mit diesen Wärme *aufnehmen, oder sie sind in Räumen oder, an Wänden des. Ofens angeordnet, wo, eine Wärm@es.trahlungsquelle, beispielswevsie eine heiße Ofenwand, auf den Erhitzer einwirken kann. Solche Erhitzer der einen oder der anderen Art, insbesondere für Dampf, besitzen Gas- und Kokserzeugun;gsöfen; sie liefern unter Ausnutzung der Abwärme den für den Ofenbetrieb @erferderlichen Dampf.Device for utilizing in the exhaust gases of gas and coke-making furnaces Contained heat heater for steam and other flowing substances that take their heat obtained from furnace exhaust gases are adapted to the conditions of furnace operation either installed in the exhaust ducts of the furnace, where they are removed from the flowing exhaust gases absorb heat * through contact with them, or they are in rooms or on walls of the. Furnace, where, a heat source, for example a hot one Oven wall that the heater can act on. Such heaters of one or the other Kind, especially for steam, own gas and coke ovens; they deliver using the waste heat, the steam required for the furnace operation.

Man hat als solche Erhitzer in die Abgaskanäle von Gas- und Kokserzeugungsöfen schon Rohrschlangen oder Rohrbündel eingesetzt, die durch Berührung ihrer Oberfläche mit den strömenden Abgasen Wärme aufnehmen. Größere und längere Rohrgebilde, die eine wirksame Fläche ergeben, verhindern aber die Strömung der Abgasre, so daß eine bauliche Umgestaltung der a Ofenteile, beispielsweise eine Kanalerweiterung, oder -eine Umführung der Abgaszüge notwendig wurde, oder sie hatten infolge ungenügender Ausnutzung der vorhandenen wärm@eaufnehm(e:nden Flächen nur einen geringen Wirkungs-grad. Coils or tube bundles have already been used as such heaters in the flue gas ducts of gas and coke-making furnaces, which absorb heat by touching their surface with the flowing flue gases. Larger and longer pipe structures, which give an effective surface, prevent the flow of the exhaust gas, so that a structural redesign of the furnace parts, for example a duct expansion, or a diversion of the exhaust ducts was necessary, or they had due to insufficient use of the existing heat @ Areas only take up a low level of efficiency .

Diese Einrichtungen sind aber zur Erhitzung desjenigen Dampfes vorgesehen, der dem Ofen durch Einleiten in die Entgasungskammer unmittelbar wieder zugute kommt. Je höher der Dampf dabei erhitzt wird, desto günstiger ist seine Wirkung in der Entgasungskammer. Zum Erreichen einer möglichst hohen Erhitzung ist es aber erforderlich, den Erhitzer an der heißesten Stelle des Abgasweges, das ist am Austritt der Heizgase aus der Bieheizungswand bzw. vor Eintritt der Abgase in die Wärmerückgew innungsanlage des Ofens, unterzubringen, obgleich dieses Wegstück der Abgase zur Vermeidung-von Wärmeverlusten stets möglichst kurz gehalten wird. Dazu ist die Bemessung gerade dieses Kanalquerschnittes für den gesamten Zug der Heiz- und Abgase im Ofen wesentlich.However, these devices are intended to heat the steam which the furnace directly benefits from by being fed into the degassing chamber. The higher the steam is heated, the more beneficial is its effect in the Degassing chamber. To achieve the highest possible heating, however, it is necessary the heater at the hottest point of the exhaust gas path, that is at the outlet of the heating gases from the heating wall or before the exhaust gases enter the heat recovery system of the furnace, although this stretch of the exhaust gases to avoid-of Always heat losses as much as possible is kept short. This is the Dimensioning of this duct cross-section for the entire train of heating and exhaust gases essential in the oven.

Um diesen Forderungen weitgehendst gerecht zu werden, -wird eine Einrichtung zum Nutzbarmachen von in den Abgasen vorn Gas-und Kokserzeugungsöfen enthaltener Wärme durch eine in einen Abgaskanal :eingebaute Rohrschlange vorgeschlagen, bei der erfindungsgemäß die Rohrschlange in dem zivischen Austritt der Heizgase aus der Beheizungswand und dem Eintritt der Abgase in die Wärmerückgewinnungsanlage liegenden Kanal in nebeneinanderliegenden Windungen angeordnet ist, die in einer senkrecht oder nahezu senkrecht zu den Windumgsebenen liegenden Achse nach einer Seite hin stetig enger werden und deren Längsachse in Strömungsrichtung der Abgase liegt. Bei dieser Einrichtung ist bei räumlich kleinem Ausmaß eine große Oberfläche gegeben, von der ein großer Teil vom Abgas berührt und auch von den heißen Kanalwänden her durch Strahlung getroffen wird; trotzdem ist keine wesentliche Behinderung der Abgasströmung im Abgaskanal vorhanden. Die Einrichtung ist auch entweder nur für Wärmeübertragung oder nur fü.r Wärmestrahlung mit großem Wirkungsgrad anwendbar; sie ist also für das Nutzbarmachen der Abgaswärme im nämlichen Ofen besonders geeignet, weil sie den günstigsten Bedingungen, gleich ob Wärmeübertragung oder Wärmestrahlung oder beides, entsprechend an günstigster Stelle im Abgaskanalsystem des Ofenseingebaut oder angeordnet werden kann, ohne daß bauliche Umgestaltungen von Abgaskanälen oder Umführunhen von Abgasströmen erfolgen müssen.In order to meet these requirements as far as possible, -will a facility to utilize gas and coke-making furnaces contained in the exhaust gases from the front Heat through a coil built into an exhaust duct: suggested at according to the invention, the coil in the civil outlet of the heating gases the heating wall and the entry of the exhaust gases into the heat recovery system lying channel is arranged in adjacent turns in a perpendicular or almost perpendicular to the Windumgsebenen lying axis after an Side become steadily narrower and their longitudinal axis in the flow direction of the exhaust gases lies. With this device, there is a large surface area with a spatially small extent given, of which a large part is touched by the exhaust gas and also by the hot duct walls is struck forth by radiation; nonetheless there is no major handicap of the Exhaust gas flow present in the exhaust duct. The facility is also for either only Heat transfer or only applicable for heat radiation with high efficiency; it is therefore particularly suitable for utilizing the exhaust gas heat in the same furnace, because they have the most favorable conditions, whether heat transfer or thermal radiation or both, installed in the most favorable position in the exhaust duct system of the furnace or can be arranged without structural redesign of exhaust ducts or Umführunhen of exhaust gas flows must take place.

Durch die vorgeschlagenen Windungen der Rohrschlange entsteht .ein in kleinen Raumabmessttngen gehaltenes, mit großer wärmeaufnehmender Oberfläche ausgestattetes Rohrgebilde. Die hintereinanderliegenden Windungen verdecken sich nicht, so daß sie alle von den senkrecht oder nahezu senkrecht zu den Windungsebenen strömenden heißen Abgasen getroffen -werden. Auch die Wi:irm.e, strahlen treffen sämtliche Windungen, insbesondere bei einer Strahlungsrichtung, die senkrecht oder nahezu senkrecht zu den Windungseb:enen verläuft. Das Abgas wird in seiner Strömung nicht gehemmt, da die Einrichtung sowohl innerhalb ihres Raumgebildes selbst :einen genügenden Durchgangsquerschnitt für das Gas ergibt und dieses auch noch zwischen den Windungen hindurchtreten kann.The suggested turns of the pipe coil create .ein Held in small dimensions, with a large heat-absorbing surface equipped pipe structure. The turns lying one behind the other hide each other not so that they are all of the perpendicular or nearly perpendicular to the planes of the windings flowing hot exhaust gases -be hit. Also the Wi: irm.e, radiate meet all turns, especially in the case of a radiation direction that is perpendicular or runs almost perpendicular to the winding planes. The exhaust gas is in its flow not inhibited, as the establishment both within its spatial structure itself: a results in sufficient passage cross-section for the gas and this also between can pass through the turns.

Die Zahl der Windungen wird den praktischen Bedürfnissen angepaßt, ebenso das Ausmaß der Windungen und weiter das Ausmaß der Verkleinerungen der einzelnen Windungen sowie deren Abstand voneinander. So wird bei der durch Berührung und durch Strahlung wirkenden Wärmeübertragung aus den Abgasen vorwiegend die Strahlung berücksichtigt, indem man die Verkleinerung der Windungen stärker zunehmen läßt. Dabei .ergeben sich zwar weniger Windungen, aber eine größere, von den Wärmestrahlen getroffene Oberfläche, deren Höchstmaß bei Wirkung einer Wärmestrahlung aus der Achserrichtung dann erreicht wird, wenn die halbe Rohroberfläche von den Wärmestrahlen getroffen 'werden kann. Trotzdem kann eine genügend große Durchgangsfläche in der kleinsten Windung vorliegen und durch entsprechend großen Abstand der Windungen voneinander noch eine bessere Umspülung der Rohrwände durch die strömenden Gase erfolgen. Durch eine entsprechende Bemessung des Abstandes der Windungen voneinander kann ein Ausgleich der infolge der Querschnittsverengung eingetretenen Strömungshemmung ;geschehen.The number of turns is adapted to the practical needs, likewise the extent of the turns and furthermore the extent of the diminution of the individual Turns and their distance from each other. So is when through touch and through Radiation-acting heat transfer from the exhaust gases mainly takes into account the radiation, by letting the reduction of the turns increase more. In doing so there are fewer turns, but a larger one, hit by the heat rays Surface, the maximum size under the effect of thermal radiation from the axis alignment is reached when half the pipe surface is hit by the heat rays 'can be. Nevertheless, a sufficiently large passage area in the smallest Turn present and by a correspondingly large spacing of the turns from one another even better flushing of the pipe walls by the flowing gases. By a corresponding dimensioning of the distance between the windings can compensate the flow obstruction that occurred as a result of the cross-sectional constriction; happen.

Eine günstige Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung liegt dann vor, wenn der Durchmesser der jeweils engeren Windungen um den Rohrdurchmesser kleiner ist als der Durchmesser der jeweils nebenliegenden weiteren Windungen. Dann tritt jede engere Windung um die halbe Rohrstärke vor die weitere Windung. Diese Anordnung bietet den strömenden Abgasen einen glätten Durchgang, und trotzdem treffen die Wärmestrahlen jede Windung. Die Zahl der möglichen Windungen ergibt sich dann aus der für eine, praktisch genommen, nicht gehemmte Strömung das wärmeübertragenden i Mittels und der bedingt notwendigen weitesten und engsten Windung unter Berücksichtigung der Strömungsgeschwindigkeit und der Menge der Gase. Die Windungen können auch in solcher Größe gewählt werden, daß strömende Ghse hauptsächlich oder zum Teil außen herum an den Windungen vorbeistreichen.A favorable embodiment of the device according to the invention is located then before, if the diameter of the respective narrower turns around the pipe diameter is smaller than the diameter of the other adjacent turns. then every closer turn occurs by half the pipe thickness before the further turn. These Arrangement offers the flowing exhaust gases a smooth passage, and still meet the heat rays every turn. The number of possible turns then results from the, for a, practically speaking, unrestrained flow, the heat-transferring one i By means of and the conditionally necessary widest and narrowest turn, taking into account the flow rate and the amount of gases. The turns can also be in chosen so that the flowing gaseous flow is mainly or partly outside brush around the turns.

Die engste Windung und die weiteste Windung erhält je einen Anschluß an dem Zufl.uß oder an dem Abfluß des zu erhitzenden Stoffes. Dadurch ist es möglich, einen bereits teilweise erhitzten Stoff, beispielsweise den Dampf, den Einwirkungen der heißesten Gase auszusetzen und im Gegenstrom zu arbeiten. je nach der Richtung des strömenden _Wärmeüb.ertragungsmittcls wird dann der Zufluß oder Abflugß des zu erhitzenden Stoffes an der engsten Windung angeschlossen.The narrowest turn and the furthest turn each receive a connection at the inflow or outflow of the material to be heated. This makes it possible an already partially heated substance, for example steam, the effects exposure to the hottest gases and work in countercurrent. depending on the direction of the flowing heat transfer medium is then the inflow or outflow of the material to be heated connected to the narrowest turn.

Beheizte, spiralförmige Rohrstränge mit nach einem Ende stetig enger werdenden Windunen sind an sich bekannt. Als Ein-Z, richtung zum Nwtzbarmachen von in den Abgasen von Gas- und Kokserzeugwngsüfen enthaltener Wärme haben sie bei Einbau in einen Abgaskanal jedoch den Vorteil, bei. höchster Wärineausnutzung auf kleinstem Raum die Stnömung der Abgase nicht zu behindern. ` Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung in Abb. i in, Seitenansicht und in Abb. 2 in Vorderansicht dargestellt.Heated, spiral-shaped pipe strings with gradually narrowing towards one end becoming cones are known per se. As A-Z, direction to Utilization of the heat contained in the exhaust gases of gas and coke-making fuel however, when installed in an exhaust duct, they have the advantage of. highest heat utilization not to hinder the flow of exhaust gases in the smallest of spaces. `On the drawing is an embodiment according to the invention in Fig. i in, side view and in Fig. 2 shown in front view.

Die hier als Dampferhitzer dienende Einrichtung liegt innerhalb :eines Raumes, der von einer Seite strahlende Wärme empfängt, Abb.3 zeigt .die Einrichtung in schematischer Darstellung nach zwei Ausführungsmöglichkeiten in dem Abgaskanal :eines Gaserzeugungsofens, für dessen Betrieb der überhitzte Dampf bestimmt ist.The device serving here as a steam heater lies within: one Room that receives radiant heat from one side, Figure 3 shows the facility in a schematic representation according to two possible embodiments in the exhaust duct : a gas-generating furnace for which the superheated steam is intended to operate.

i ist das Rohr, das die Windungen 2 bis 8 besitzt. Bei 9 liegt der Anschluß des Rohres, i und dessen. :engste Windung 8 an dem Zulauf, bei i o der Anschluß der weitesten Windung an dem Abfiuß des überhitzten Dampfes. Die Windung 3 ist enger als die Windung 2, die Windung q. wieder :enger als die Windung 3 usw. In dem Beispiel ist der Durchmesser der Windung 3 etwa um die Rohrstärke kleiner als der Durchmesser der Windung 2. Ebenso ist der Durchmesser der Windung ¢ um die Rohrstärke kleiner als der Durchmesser der Windung 3 usw. Die strahlende Wärme kommt von rechts und trifft innerhalb des von dem Rohrgebilde umschlossenen Raumes sämtliche Windungen. i i ist :ein verschließbares Schauloch. , 12 ist eine Entgasungskammer, an deren Außenseite der in senkrechtem Schnitt dargestellte Abgaskanal r3 liegt, der sich oberhalb. der Rekuperation 15 für die Erhitzung von Verbrennungsluft für die Eteheizung des Ofens ,erstrebkt. Die Abgase ziehen, wie die Pfeile im Kanal 13 anzeigen. Im Kanal. 13 ist der Dampfüberhitzer 1q., der den Abb. i und 2 entspricht, eingebaut. Er wird hier von den strömenden Abgasen hauptsächlich durchflossen. Die Gase strömen in die weiteste Windung 2 :ein und treten aus der engsten Windung 8 aus. Gleichzeitig können aber die Gase auch außerhalb des Saumgebildes des Dampfüberhitzers :entlangströmen und die Windungen vorn der Außenseite :erhitzen.i is the pipe that has turns 2 to 8. At 9 is the connection of the pipe, i and its. : narrowest turn 8 at the inlet, at io the connection of the furthest turn at the outflow of the superheated steam. The turn 3 is narrower than the turn 2, the turn q. again: narrower than the turn 3, etc. In the example, the diameter of the turn 3 is about the tube thickness smaller than the diameter of the turn 2. Likewise, the diameter of the turn ¢ is smaller than the diameter of the turn 3, etc. by the tube thickness Radiant heat comes from the right and hits all turns within the space enclosed by the pipe structure. ii is: a closable peephole. , 12 is a degassing chamber, on the outside of which lies the exhaust gas channel r3 shown in vertical section, which is above. the recuperation 1 5 for the heating of combustion air for the Eteheiz the furnace, aspired. Draw in the exhaust gases as indicated by the arrows in channel 13. In the canal. 13 the steam superheater 1q., Which corresponds to Figs. I and 2, is installed. Here it is mainly flowed through by the flowing exhaust gases. The gases flow into the furthest turn 2: and exit from the narrowest turn 8. At the same time, however, the gases can also flow outside of the edge structure of the steam superheater: and heat the windings at the front of the outside:

In der Abb.3 ist links die :erfindungs-? gemäße Einrichtung für den Fall dargestellt, daß nur strahlende Wärme :einwirken soll. Die Strahlung kommt aus den Wänden :des Kanals 3 und von den strömenden Gassen. Sie wirkt durch die weiteste Öffnung 2 hin:durrh auf alle dahinterliegenden, aber nicht verdeckten Windungen.In Fig.3 is the left: Invention? appropriate facility for the Case shown that only radiant heat: should act. The radiation is coming from the walls: of canal 3 and from the flowing lanes. It works through the widest opening 2: turn to all the turns lying behind, but not covered.

Diese Darstellung zeigt, daß :auch zwei vollständig gleiche Erhitzer in :einem Ofen bei verschiedenen Voraussetzungen - Wärme-Übertragung durch B:erührwn;g und Strahlung - nebeneinander angewendet werden können. Wie die Darstellung zeigt, kann der außerhalb der Abgasströmung liegende, von der Strahlungswärme getroffene Erhitzer durch :einen angeordneten Schieber 16 ganz oder teilweise ausgeschaltet werden.This illustration shows that: even two completely identical heaters in: an oven with different conditions - heat transfer through B: erührwn; g and radiation - can be applied side by side. As the illustration shows can be that which lies outside the exhaust gas flow and is hit by the radiant heat Heater by: an arranged slide 16 completely or partially switched off will.

Die :erfindungsgemäße Einrichtung kann außer zur Dampferhitzung auch zum Erhitzen von Flüssigkeiten, beispielsweise-Wasser, Öl, von Gasen, beispielsweise Spül- und Reaktionsgas für einen Ofenbetrieb, bei dem der Überhitzet dieser Art dien Abgasen die Wärme entzieht, oder vom Dämpfen, beispielsweise Teerdämpfe, bei Einführung solcher in vorgewärmtem Zustande in einen, Ofenraum, benutzt werden.The device according to the invention can also be used for steam heating for heating liquids, for example water, oil, gases, for example Purge and reaction gas for a furnace operation in which the overheating of this type the exhaust gases extract heat, or from steaming, for example tar vapors Introduction of such in a preheated state in an oven room, can be used.

Claims

YATENTAN FRUITS: i. Device for making use of in the exhaust gases Heat contained in gas and coke-making furnaces through an exhaust duct built-in pipe coil, characterized in that the pipe coil isi the between Exit of the heating gases from the heating wall and: the entry of the exhaust gases into the Heat recovery system lying channel. in adjacent turns arranged, which of mine is perpendicular or almost perpendicular to the planes of the windings lying axis become steadily narrower towards one side and its longitudinal axis in Direction of flow of the exhaust gases lies.

2. Device according to claim i, characterized in that that the diameter of the narrower turn is about the pipe diameter smaller is than the diameter of the respective adjacent further turn.

3. Pipe heater according to claim i and 2, characterized in that the narrowest and the widest Winding connected either to the inflow or outflow of the star to be heated is.