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Wärmeregeneratoren für Industrieöfen, insbesondere für Koksöfen Koksöfen
und ähnliche Industrieöfen besitzen waagerechte Kammern, die,durch die Wärmezufuhr
bewirkende Seitenrwände voneinander getrennt sind. Diese Seitenwände bestehen aus
Hohlmauern, welche in im allgemeinen senkrechte Heizkanäle aufgeteilt sind, in denen
diie Verbrennung des Heizgases stattfindet. Die verschiedenen. bekannten Systeme
unterscheiden. sieh voneinander durch die Stromführung der vorhandenen Me.d,ien,
nämlich des Heizgases, der Verbrennungsluft und der von der Verbrennung herrührenden
Gase. (Der Einfachheit halber wird nachfolgend bei diesen Medien von Gas, Luft und
Rauchgas gesprochen werden.) Die Heizung und die Wiedergewinnung der fühlbaren Wärme
der die Heizwände verlassenden Rauchgase erfoligen durch das bekannte Umkehrsystem,
bei dem jeder Brenner mit zwei Regeneratorkammern in: Verbindung steht. Während
einer Halbperiode dient die eine Kammer der Erhitzung, des Gases und die andere
der Erhitzung der Luft.. Die gleichen Kammern erhalten während der folgenden Halbperiode
Rauchgase.
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Die Regeneratorkammern befinden sieh unterhalb ,des Mauerwerkes der
!Kokskammern und d.--r d.:e Behei,zung,bewirkenden Seitenwände. In dem Raum zwischen.
den Mittelebenen von zwei aufeinanderfolgenden Kokskammern (ein Raum, den man aus
Gründen der Wirtschaftlichkeit möglichst klein zu halten trachtet) müssen grundsätzlich
vier Regeneratorkammern oder Gruppen von Regeneratorkammern angeordnet werden, nämlich
zwei für di,2
Rauchgase, eine für das Gas und eine weitere für die
Luft. Diese Anzahl von Regeneratorkammern kann indessen dann .auf ,die Hälfte vermindert
werden, wenn eine Regeneratorkammer oder eine Gruppe von R aeneratorkammern von
gleicher Art zwei Sekennvände speist, :doch hat dies. notwendigerweise ein Überkreuzen
von Kanälen zur Folge. Da die Kammern, jedoch gegeneinander abgedichtet sein müssen
und, man den sie bildenden Trennwänden eine genügende Stärke geben, muß, damit sie
die Last des Ofenmauerwerkes tragen können, so liegt es auf -der Hand, daß der zur
Verfügung stehende Raum stets sehr beschränkt ist. Außerdem ist zu berücksichtigen,
d:aß trotz des mehr oder weniger zweck -mäßigem Einbaues von Ausdehnungs- und Gleitverbindungen
in das Mauerwerk örtliche Verlagerungen bei Erwärmung des Ofens nicht zu vermeiden
sind. Daraus ergeben sich dann übertritte von Luft oder Gas in die Rauchgase oder
Vorverbrennun:gen, wodurch. die Heizleistung eine -\,'er#rninderung erfährt und
die Festigkeit des Ofens durch örtliche Überhitzungen in Frage gestellt wird.
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Solche Schwierigkeiten treten insbesondere in dem sogenannten Zwischenteil
des Ofens (zwischen dem unteren Teil der Kokskammern und der beheizten Seitenwände
einerseits und dem oberen Teil .der Re@generatoren andererseits) auf, wenn dieser
Zwischenteil von Kanälen durchsetzt ist, die verschiedene Medien. führen und aus
konstruktiven Gründen einander mehr oder weniger überlappen. Fernerhin ist mit solchen
Schwierigkeiten auch in den Regeneratoren zu rechnen, wenn die Regeneratorkammern
.durch Wände oder Mauern voneinander getrennt sind, bei denen d Je Gefahr von Verschiebungen
besteht, wie dies meistenteils der Fall ist.
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Die Erfindunig bezieht sich nun auf Öfen., bei denen die Seitenwände
senkrechte Heizkanäle enthalten, von -denen: zweckmäßig, wenn auch nicht notwendigerweise,
jeweils zwei zu einem haarnadelarti;gen Verlauf zusammengefaßt sind,. Hierbei vermeidet
die Erfindung die geschilderten Mängel durch eine besondere Anordnung :der Regeneratoren
und durch eine neuartige Verbindung zwischen den Rege-neratoren und,den Heizkanälen.
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Die Erfindung besteht in, einer Einzel- oder Gesamtanwendung der nachfolgend
gekennzeichneten Merkmale und derjenigen, die sich aus der Beschreibung der Ausführungsbeispiel-,-
ergeben.
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Eine Regeneratoranlage gemäß der Erfindung kennzeichnet sich in erster
Linie durch die Verwendung von Einzelregeneratoren (von einem Paar für jeden Brenner),
die voneinander und auch von den Mauern oder Wänden unabhängig sind, welche den
Unterbau der Ofenau.fmauerung bilden, so daß die Einzelregeneratoren von dem umgebenden
Mauerwerk her keiner Kraftbeanspruchung oder Verformung ausgesetzt sind, wodurch
ihre Dichtigkeit beeinträchtigt werden könnte.
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Das zweite Merkmal besteht,darin:"daß zwischen den Regeneratoren und
detm sogenannten Mittelbeil des Ofens keine stoffliche Verbindung besteht. Gemäß
dem dritten Merkmal -der Erfindung enthältder sogenannte Mittelteil des Ofens kein;
der Fortleitung der verschiedenen Medien (Luft, Gas oder Rauchgase) dienenden Kanäle
oder Züge.
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Das vierte Merkmal besteht darin, daß die Einzelregeneratoren an ihrem
oberen Teil jeweils düsenartig ausgebildet oder mit einem Aufsatz von kegeli@ger
oder pyramidenförmiger Gestalt vers;h:en sind. Eine Gruppe von zwei Düsen (oder
Aufsätzen), welche zu zwei benachbarten Regeneratoren gehören, von denen der eine
für das Gas und der andere für die Luft bestimmt ist, bildet sozusagen einen Brenner.
Diese Gruppe von zwei Düsen oder Aufsätzen, die, wie schon gesagt, von dem Ofenmittelteil
unabhängig ist, ragt frei in einen Hohlraum in dem Ofenzwischenbenl hinein, der
selbst eine kegelige oder pyramidenartige Form hat. Das aus den Düsen (oder Aufsätzen)
und ,diesem Raum bestehende Ganze bildet einen könvergierenden Injektor.
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Gemäß :dem fünften Merkmal der Erfindung befinden sich alle Kanäle
oder Züge, die üblicherweise in dem Ofenzwischentei.il untergebracht werden, in
.dem unteren Teil dies massiven Mauerwerkes der Regeneratoran.lage, welches keiner
Au:sdchnung und keinen sich daraus ergehenden Verschiebungen ausgesetzt ist.
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Fig. i veranschaulicht schematisch den, grundsätzlichen Erfindungsgedanken.
Hierbei ist von der übrigens durchaus nicht notwendigen Voraussetzung ausgegangen:,
daß die Rauchgase oberhalb ,der Kokskammer strömen.
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Der gezeigte senkrechte Schnitt liegt in einer Ebene, die zu d er
Mittelebene der Kokskammern senkrecht verläuft. Cl, C2, C3 sind die leeren Räume
der aufeinanderfol:genden Kammern, während P1 und P2 die senkrechten Kanäle -der
Heizwänd..e,darstellen, die von. den Kammern durch die Wände i, i', z, z' getrennt
sind. Das Mauerwerk der Öfen wird von den Trennmauern 3 der R:e.gen-eratoranlage
getragen. Die einzelnen Re.generatoren Rg, Ra, Rä , Rg bestehen beispielsweise
aus aufeinandergesetzten Röhren aus feuerfestem Stoff ähnlich den Röhren, wie sie
üblicherweise zum Ableiten der Ofenabgase im Häuserbau Verwendung finden. Die Regeneratoren
sind von dem Mauerwerk durch freie (L'wi-achenräume 4., .a. getrennt, so daß sich
etwaige Verformungen des Mauerwerkes, wie z. B. der Tragmauern 3, nicht auf die
Regeneratoren übertragen können. Dize Zwischenräume 4, 4. können mit einem zusammenpreßbaren
Stoff, wie z. B. besonders feuerfester mineralischer Wolle oder mit einem pulverförmigen
Material, wie z. B. ,gepulvertem Schamotte, zerkleinertem Ton o:d:.,dgl., versehen
sein:. Bei G und A sind die Zufeitungskan:äle für das Gas bzw. die Luft dargestellt.
Diese Kanäle stehen mit den auf der gleichen Linie, liegenden Luft- bzw. Gasregeneratorkanälen
in Verbindung. F1 und F2 sind die Kanäle für die Ableitung der Rauchgase, welche
die Re.generatoren Ra' und R durchflossen haben. In .dem betrachteten Betriebszustand
der Anlage verlaufen die Ströme in der Richtung der eingezeichneten Pfeile.
Bei
der folgenden Halbperiode ist die Stromrichtung umgekehrt und die Luft wird dann
durch F1 und das Gas durch F2 zugeführt, während. die Rauchgase gleichzeitig bei
G und A abgeleitet werden.
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Jeder Regenerator besitzt oben einen Aufsatz oder eine Düse 5, 5 und
zwei. benachbarte, einen Brenner bildende Aufsätze oder Düsen sind in einem Raum
6, 6 angeordnet. In diesem Raum herrscht ein relativer Unterdruck, der durch den
Luft- und Gasstrom in den Brennern hervorgerufen wird', in welchen diese Ströme
sich aufwärts bewegen. In dem Raum, welcher zu d:em als Raucbgasabzug dienenden
Brenner gehört, tritt dagegen ein geringer relativer Überdruck auf, der durch die
Einscbnüru:ng des Stromes durch. die Brenneröffnungen verursacht wird.
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Wenn die Regeneratorwände nicht vollständig dicht sind, so findet
eine Verbrennung des durch die Wände hindurchgetretenen Gases mit der hindurchgetretenen
Luft in den Räumen 4,.4 statt. Die sich ergebenden Rauchgase, welche in der allgemeinen
Bewegungsrichtung mitgenommen werden, tragen dann zur Beheizung der entsprechenden
Ofenwange bei. Wenn die Wände 3, 3 nicht vollständig d'.icht sind, so können Rauchgase
aus den Rauchgaskanälen in die Luft- bzw. Gaskanäle übertreten. Es findet dann eine
teilweise Rückfüiirung von Rauchgasen in den Kreislauf statt, der auf,die Heizleistung
keine schädliche Wirkung hat. Im übrigen können gemäß einer anderen verbesserten
Ausführungsform die einzelnen Re,generatoren außen (oder innen) mit einer :dünnen
verschweißten und vollständig dichten, feuerfesten Blechverkleidung versehen werden.
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Gemäß der Erfindung haben die Ei@u7elregeneratoren einen verhältnismäßig
geringen Querschnitt. Zur Erzielung einer guten Leistungsfähigkeit sind diese Regeneratoren
mit feuerfesten Stoffen versehen, die bei einem gegebenen Volumen eine sehr große
Kontaktoberfläche und: eine geringe Stärke haben. Die in der Zeichnung dargestellten
Platten sind nur ein Ausführungsbeispiel. ,Das Füllmaterial kann eine vielfältige
Form haben .und von verschiedener Art sein.
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Fig.2 zeigt in schaubildlicher Darstellung und im unteren Teil aufgebrochen
einen Einzelreigenerator gemäß der Erfindung. 5 ist :der Aufsatz, der sich über
dem Regenerator befindet und, an seinem oberen Teil eine Öffnung aufweist, die den
Gas-oder Luftzutritt zu dem Brenner bildet. Bei 6 ist in dem aufgebrochenen Teil
die Stärke des Verkleidungsbleches sichtbar, das jedoch nicht unbedingt erforderlich
ist. Bei 7 bzw. 7' ist ein Scbn,itt durch die aufeinandergesetzten feuerfesten Rohre
bzw. den feuerfesten Mantel dargestellt, der aus besonderen Platten oder
Steinen bestehen kann. 8 und 8' stellen zwei aufein.andergesetzte und gekreuzte
Plattenreihen dar, welche den wärmespeichernden. Stapel bilden. Es sei jedoch betont,
daß die Anordnung nur ein Ausführungsbeispiel darstellt und d@aß die Einzelheiten
Abänderungen erfahren können. Die Erfindung eignet sich besonders für Öfen, die
nach :dem bekannten Unterbrennersystem beheizt «erden. Hierbei wird das Gas (und
gegebenenfalls die Luft) durch Leitungen verteilt, die sich .außerhalb der von dem
Ofen und der Regeneratoranlage gebildeten. Masse befinden und unterhalb des Ofens
angeordnet sind. Jeder gesonderte Gas- und, gegebenenfalls auch Lufteintritt ist
dabei mit einer leicht zugänglichen Regelvorrichtung, wie z. B. einem Hahn oder
einem Ventil, versehen. Ein derartiges System isst in der französischen Patentschrift
948 430 beschrieben. Die Fig.3 und q. zeigen die Anwendung eines solchen Systems
auf eine Regeneratoranlage gemäß der Erfindung. Fig. 3 ist ein senkrechter Schnitt
durch den unterenTeil einer Regeneratoranlage in der Ebene D-D' in Fig. q, während
Fig.,I ein senkrechter Sahn:itt in der Ebene B-B' in Fig. 3 ist. Das Gas (oder die
Luft) wird durch eine Rohrleitung T oder T' zugeführt, an welche Zweigleitungen
t1, t2, t3 usw. angeschlossen sind. jede dieser Zweigleitungen ist mit einem Regelventil
v1, v2, v3 USW, versehen. Wenn die Regeneratorreihe mit Gas (oder
mit Luft) gespeist wird, so ist :der untere, G oder A entsprechende (Kanal an seinem
Ende durch. .den Umschaltschieher verschlossen, der ihn. von dem sich anschließenden
Raucbgaskanal, trennt. Unter .diesen Bedingungen ist, wenn sich alle Brenner in
dem gleichen Betriebszustand befinden, die Gas- oder Luftabgabe in jedem Regenerator
die gleiche. Infolge der Strömung in den doppelkegeligen Düsen (den sogenannten
Venturirohren) I11, T12, l13..., T1' . . . herrscht in dem Kanal G bzw.
A ein geringer Unterdruck. Wenn man nun, ausgehend von einer derartigen ins
Gleichgewicht gebrachten Regelung, die Gas- hzw. Luftabgabe in eine der Abzweigleitungen,
beispielsweise in die Leitungen t2 vergrößert, so tritt in, dem entsprechenden Venturi
roter V2 eine stärkere Saugwirkung ein. Der oberhalb befindliche Regenerator erhält
:dann nicht nur das durch t2 zugeführte Gas bzw. die dadurch zugeführte Luft, sondern
noch eine geringe zusätzliche Menge, die den anderen Regeneratoren entzogen wird.
Da die Regelung auf diese Weise bei der Luft und bei ,dem Gas von Brenner zu Brenner
erfolgt, so liegt es auf der Hand, daß man keine Regelung der Rauchgase am Austritt
eines jeden Brenners benötigt. Man kann also Regelklappen oder -schieber am Rauchgasaustri:tt
einsparen.
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Wenn nach der Umschaltung die Regeneratoren von Rauchgasen durchflossen
werden, so sind die entsprechenden Rohrleitungen T bzw. T' verschlossen,
und die Rauchgase strömen, durch die Kanäle G bzw. A, die dann durch die Umschaltventile
mit dem anschließenden Rauchgaskanal in Verbindung gebracht sind. Die von den Regeneratoren
kommenden Rauchgase treten dann durch die Venturirohre T11, T12 ... in die
Kanäle G bzw. A
über, wobei ihnen nur ein geringer Durehflußwiderstand entgegensetzt
wird.
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Wie schon gesagt, kann die Erfindung bei einer beliebigen HeizkanalanordnungVerwendung
finden. 7weckmäßig wird jedoch die sogenannte Haarnadelführung
und
eine Rückleitung von Rauchgasen in den Kreislauf vorgesehen.
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Fig. 5 zeigt im einzelnen den unteren Teil eines Regenorators bei
Anwendung -der erwähnten Unterbrennerheizung. Gezeigt sind als Beispiel die Regenoratoren
R und R1 in dem Ausgangspunkt. Der Regenorator R steht mit dem Kanal K durch das
-#/enturiroh:r V in Verbindung, während der Regenorator R1 .durch ein Venturiroh.r
h' mit dein gleichen Kanal verbunden ist. Das Venturirohr V' ist etwas anders geformt
als das Venturirolir L", hat aber eine entsprechende Wirkung. Vor jedem ,der Venturirohre
mündet eine Gaszuführung, und zwar t gegenüber dem Venturirohr V und
t (von gebogener Form) gegenüber dem Venturirohr h'. (Diese beiden. Gaszuführungen
sind getrennt, wenn sie auch in. ihrem unteren Teil in der Zeichnung infolge ihrer
Überdeckung zusammenzulaufen scheinen.) Jede der Gaszuführungen besitzt zum Zwecke
der Regelung des durch die Leitung T ankommenden Gases einen Hahn oder ein Ventil
v bzw. v'.
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Der Kanal K' steht mit den. Regenoratoren R und R1 nicht in Verbindung,
sondern ist beisp:ielswveise mixt Hilfe entsprechender, in Fig. 5 gestrichelt eingezeichneter
Venturirohre mit den Regeneratoren R und R1 verbunden. Zu dem Ausgangszeitpunkt
transportiert der Kanal K Rauchgase, während in der Rohrleitung T' kein Strom fließt.
Es ist zu erkennen, daß durch die geschilderte Anordnung die Kreuzungen der Kanäle,
welche sich gewöhnlich in dem Zwischenteil des Ofens befinden und bei denen infolgedessen
durch die Ausdehnungen Verschiebungen auftreten können, im vorliegenden Falle in
dem unteren Teil des Mauerwerkes angeordnet sind, der stets auf niedriger Temperatur
verbleibt und somit solche Gefahren ausschließt.
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Zweckmäßig wird die Regeneratorkonstruktion eines Ofens oder einer
Ofenbatterie unter Verwendung vorgefertigter Blöcke erstellt, deren Zwischenraum
mit feuerfestem Beton ausgefüllt wird, wobei der aus mehreren Elementen zusammengesetzte
Block mit Haltemitteln versehen ist, die ein Verschieben der Elemente beim Transport
bzw. beim Einbau verbinden.
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In der voraufgegangenen Beschreibung wur.d° ,davon ausgegangcn"daß
das Regeneratorsystem gemäß der Erfindung bei einer Koksofenbattcri-e Anwendung
findet. Es handelt sich hierbei aber lediglich um ein Ausführungsbeispiel, und das
System kann auch bei anderen Industrieöfen benutzt werden. !Gleiches gilt für den
beschriebenen Aufbau.
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Wie schon gesagt, ist es zweckmäßig,-die Regeneratorelemente mit einem
zusammendrüokbaren, feuerfesten Stoff zu bekleiden, der die von den Mauern der Regeneratoranlage
übertragenen Kräfte aufnimmt.
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Es ist aber auch möglich, die Regeneratorelemente beim Zusammenbau
mit einem zusammendrückbaren brennbaren Stoff zu bekleiden, der bei der Betriebstemperatur
des Ofens verbrennt und dadurch eine Übertragung von aus einer Verformung der massiven
Wände herrührenden Kräften auf die Regeneratorelemente ausschließt.