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Verfahren zum Vorwärmen von Luft mittels rekuperativer Lufterhitzer
Es ist bereits seit langen Jahren bekannt, Kupolöfen oberhalb der Gicht mit rekuperativen
Lufterhitzern auszurüsten, um dadurch die fühlbare Wärme der Gichtgase noch auszunutzen.
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In dem Bestreben, außer der fühlbaren Wärme der Kupolofengichtgase
auch noch deren latente Wärme zur Vorwärmung von Luft nutzbar zu machen, soll gemäß
einem neueren Vorschlag in den nach außen abgeschlossenen Raum zwischen Gicht und
Lufterhitzer zwecks Nachverbrennung der Kupolofengichtgase Luft, und zwar insbesondere
ein Teil der im Lufterhitzer selbst erwärmten Luft eingeleitet werden, wobei hier
auch noch durch Anordnung besonderer Brenner zusätzliche Verbrennungswärme zugeführt
werden kann.
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Ein anderer Weg zur Vorwärmung von Luft für den Kupolofenbetrieb besteht
darin, nicht die Gichtgase des Kupolofens für die Beheizung des Lufterhitzers heranzuziehen,
sondern den _ Lufterhitzer dadurch zu beheizen, daß heiße Gase aus dem Kupolofen
oberhalb der Schmelzzone abgezogen und dem Lufterhitzer zugeführt werden. In weiterer
Ausgestaltung dieses Gedankens hat man auch schon vorgeschlagen, diese oberhalb
der Schmelzzone aus dem Kupolofen abgezogenen Gase in dem Lufterhitzer bzw. in einer
Vorkammer desselben mittels weiterhin noch zugeführter, vorzugsweise in dem Lufterhitzer
selbst erwärmter Luft zu verbrennen.
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Alle die vorbeschriebenen Verfahren beruhen darauf, den Lufterhitzer
mit im Kupolofen selbst gebildetem Gas zu beheizen, und zwar entweder mit dem Gichtgas
oder mit Gas, welches oberhalb der Schmelzzone dem Ofen entnommen wird, wobei
im
letzteren Fall nicht nur eine Beeinträchtigung der Wärmebilanz des Ofens, sondern
auch Störungen des Schmelzverlaufes eintreten können.
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Es sind weiterhin rekuperativ beheizte Lufterhitzer für den Kupolofenbetrieb
bekannt, bei denen die Beheizung der Lufterhitzer dadurch völlig unabhängig von
den Ofengasen bzw. Ofenabgasen ist, daß reine Fremdbeheizung für den Lufterhitzer
vorgesehen ist, wodurch u. a. sehr hohe Lufttemperaturen erreicht werden sollen.
Derartige fremdbeheizte Lufterhitzer bedingen naturgemäß einen verhältnismäßig hohen
Wärmeaufwand, was sich insbesondere in Zeiten von Brennstoffknappheit unangenehm
und hindernd auswirkt.
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Die Erfindung bezieht sich nun auf eine Kombination der vorstehend
geschilderten bekannten Verfahren und besteht darin; zur Vorwärmung von Luft mittels
rekuperativer Lufterhitzer unter Ausnutzung der Wärme von Kupolofenabgasen ein zweistufiges
Lufterhitzungsverfahren anzuwenden, und zwar derart, daß die in an sich bekannter
Weise in einem ersten, von den Gichtgasen des Kupolofens vorzugsweise unter Nachverbrennung
derselben beheizten Lufterhitzer vorerhitzte Luft in einem nachgeschalteten, an
sich gleichfalls bekannten fremdbeheizten Lufterhitzer weitererhitzt wird.
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Die zweistufige Lufterhitzung ist zwar an sich bereits für den Dampfkesselbetrieb
bekannt. Demgegenüber bedeutet die Kombination zweier an sich bekannter Lufterhitzer
für den Kupolofenbetrieb insofern eine wesentliche Bereicherung der Technik, als
es die vorgeschlagene Anordnung ermöglicht, den bekantlich schwierigen und unsicheren
Betrieb des Kupolofens mit Luftvorwärmung sicher und elastisch zu gestalten, ohne
dabei auf die Ausnutzung der Abwärme des Ofens zu verzichten.
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Bei der bekannten zweistufigen Lufterhitzung im Dampfkesselbetrieb
erfolgt die Lufterhitzung in der ersten Stufe durch Abgas der Kesselfeuerung und
in der zweiten Stufe durch die Feuerung des Kessels bzw. in der ersten Stufe durch
Sattdampf und in der zweiten Stufe durch die Kesselabgase; in beiden Fällen geschieht
hier die zweistufige Lufterhitzung durch die gleiche Wärmequelle, und zwar in unmittelbarer
oder teilweise auch in mittelbarer Ausnutzung derselben.
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Die erfindungsgemäße zweistufige Lufterhitzung für den Kupolofenbetrieb
erfolgt derart, daß in der ersten Stufe vorzugsweise -die latente Wärme der Kupolofenabgase
ausgenutzt und in der zweiten Stufe eine von dem eigentlichen Aggregat, nämlich
dem Kupolofen, völlig unabhängige Fremdbeheizung vorgenommen wird.
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Zur Durchführung des neuen Verfahrens sind demgemäß zwei Lufterhitzer
erforderlich, nämlich ein z. B. über der Gicht oder seitlich über der Gicht des
Kupolofens vorgesehener, heizgasseitig von den Kupolofenabgasen, vorzugsweise unter
Nachverbrennung derselben beaufschlagter Lufterhitzer, in welchem die Luft gewissermaßen
als erste Stufe vorerhitzt wird, und ein zweiter, vorzugsweise neben dem Kupolofen
aufgestellter, fremdbeheizter Lufterhitzer, welchem die in dem ersten Lufterhitzer
vorerhitzte Luft zugeführt wird und den diese gewissermaßen als zweite Stufe in
hocherhitztem Zustand verläßt, um alsdann als hocherhitzter Wind dem Kupolofen zugeführt
oder auch anderweitig verwendet zu werden.
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Die Wirtschaftlichkeit einer solchen Anlage ist im Hinblick auf die
höheren Anschaffungskosten zwar geringer als bei einer Anlage mit nur einem Lufterhitzer,
doch tritt diese Frage unter Umständen dann zurück, wenn es sich um die Forderung
einer weitgehenden Kokseinsparung beim Kupolofenbetrieb und um die Frage der weitgehenden
Ersparnis von Zusatzbrennstoffen handelt. Die Gichtgase werden selbst bei sehr niedrigem
Kokssatz bei Heißwindbetrieb immer noch so viel C O enthalten, daß sich ihre Verbrennung
in einem über der Gicht angeordneten Lufterhitzer lohnt. In einem solchen vorzugsweise
über der Gicht angeordneten, beispielsweise verhältnismäßig kleinenLufterhitzer,
von welchem Heißluft zur Verbrennung des C O über der. Gicht abgezweigt werden kann,
wird immerhin noch eine Vorwärmung der Luft auf über ioo bis 200'°' C ermöglicht,
bei restloser Verbrennung der Gichtgase unter Ausnutzung ihrer fühlbaren und latenten
Wärme. Die so bereits vorgewärmte Luft wird dem fremdbeheizten zweiten Winderhitzer
zugeführt und dort beispielsweise auf 400 bis 6oo° C oder auch noch höher erhitzt,
wobei die diesem fremdbeheizten zweiten Winderhitzer zuzuführende Wärmemenge um
den Teil der Vorwärmung verringert wird, welcher bereits im ersten Lufterhitzer
über der Gicht geleistet worden ist, so daß hier eine geringere Menge an Fremdbrennstoffen
erforderlich ist. Eine weitere Verringerung der für die Beheizung des zweiten Lufterhitzers
erforderlichen Brennstoffmenge kann dadurch erzielt werden, daß dem zur Beheizung
dieses Lufterhitzers dienenden Brenner Heißluft aus dem Lufterhitzer selbst zugeführt
wird, welche z. B. aus einer Zwischenstufe abgezogen und auf Temperaturen von etwa
4oo° C gebracht sein kann, um nicht Spezialbrennerbauarten verwenden zu müssen.
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Durch die Verbrennung mit Heißluft in dem fremdbeheizten zweiten Lufterhitzer
ergibt sich eine starke Erhöhung der Verbrennungstemperatur und damit eine Gefährdung
der Rohrelemente des Lufterhitzers. Infolgedessen ist es erforderlich, die Temperatur
der Heizgase zu senken, was in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch erfolgen
kann, daß in an sich bekannter Weise der Feuerung des zweiten Lufterhitzers aus
ihm selbst oder gegebenenfalls auch aus dem ersten Lufterhitzer abziehende Abgase
zugeführt werden. Vorzugsweise wird ein Teil der Abgase des fremdbeheizten Lufterhitzers
zurückgesaugt und dem Feuerraum wieder zugeführt, wobei diese rückgesaugten Abgase
gegebenenfalls entsprechend verdichtet werden müssen, um in den z. B. unter Überdruck
stehenden Feuerraum eingeführt werden zu können. Durch die Rücksaugung der Abgase
wird jede Beschränkung
der Heißwindtemperatur aufgehoben und die
Möglichkeit geschaffen, durch die Kühlwirkung dieser rückgesaugten Abgase eine Senkung
der Verbrennungstemperatur bei gleichbleibendem Wärmeinhalt zu erzielen. Die zur
Beheizung des fremdbeheizten Lufterhitzers benötigte Brennstoffmenge (vorzugsweise
Gas) wird durch diese Maßnahme nochmals erniedrigt. Allerdings ist gegebenenfalls
ein zusätzlicher Ventilator erforderlich und daher ein etwas erhöhter Kraftbedarf;
die Leitungen und der Feuerraum sowie die Brenner müssen selbstverständlich den
größeren Gasmengen entsprechend bemessen werden.
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Insgesamt ergeben sich bei dem neuen zweistufigen Lufterhitzungsverfahren
Einsparungsmöglichkeiten bei vollständiger Wärmeausnutzung der :Xulage. Die Gichtgase
werden bis zum äußersten ausgenutzt, und die Gasmenge des fremdbeheizten Lufterhitzers
wird auf ein Mindestmaß reduziert. Infolgedessen vereinigt die aus zwei Lufterhitzern
kombinierte Anlage die Vorteile beider Winderhitzer in sich, nämlich einerseits
die Ausnutzung der letzten im Kupolofengichtgas noch vorhandenen fühlbaren und latenten
Wärme und andererseits die Möglichkeit zur Erreichung sehr hoher Lufttemperaturen
unter geringstmöglichem Aufwand an Fremdbrennstoffen sowie das Betreiben des Kupolofens
mit Heißwind unmittelbar bei Schmelzbeginn.
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In der Zeichnung ist zur Erläuterung des neuen Verfahrens ein mit
zwei Lufterhitzern ausgerüsteter Kupolofen schematisch dargestellt. Es bezeichnet
i den Kupolofen, 2 die über der Gicht des Kupolofens i vorgesehene erweiterte längs
geteilte Funkenkaininer, in deren seitlich der Ofenachse liegendem Teil der Lufterhitzer
3, der unmittelbaren Ofenstrahlung entzogen, eingebaut ist.
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Gegen Ende der Schmelzperiode kann durch Offnen der im freien Funkenkammerteil
vorgesehenen Klappen d der Lufterhitzer 3 abgeschaltet werden, wobei die Gichtgase
und die Flammen unmittelbar (lern Kamin 5 zuströmen.
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Die in (lern Lufterhitzer 3 vorerhitzte Luft wird dem fremdbeheizten,
z. B. neben dem Ofen aufgestellten Lufterhitzer 6 zugeführt und gelangt von hier
aus als hocherhitzter Heißwind zum Windkasten 7 des Kupolofens. .
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Dem z. B. mit Gas betriebenen Brenner 8 des Lufterhitzers 6 wird in
diesem erhitzte Luft zugeführt, «-elche beispielsweise in einer Zwischenstufe des
Lufterhitzers abgezogen wird.
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Den Gichtgasen des Kupolofens i wird zwecks deren Nachverbrennung
im Lufterhitzer 3 erhitzte Luft zugeleitet.
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Zwecks Drosselung der Heizgastemperatur des Lufterhitzers 6 können
mittels des Ventilators 9 aus dem Lufterhitzer 6 abströmende Abgase rückgesaugt
und dem Feuerungsraum dieses Lufterhitzers wieder zugeführt werden.