DEP0000130DA - Industrieofen mit Kanal zur geregelten Verteilung von Gasströmen - Google Patents

Description

In regenerativ beheizten Industrieöfen, beispielsweise Koksöfen, müssen die Regeneratorkammern in beiden Wechselperioden, d.h. in beiden Strömungsrichtungen, über ihren gesamten Querschnitt gleichmässig und während der Periodendauer gleichbleibend beaufschlagt werden.

Es ist bekannt, hierfür zwei Kanäle (oder Leitungen) anzuordnen, einen für die aufsteigende Strömung und einen für die abfallende Strömung. Hierbei werden die Durchtrittsöffnungen zwischen den Kanälen und der Regeneratorkammer derart kalibriert, dass von dem einen Kanal aus die Verteilung der eintretenden Luft eine richtige Beaufschlagung des Gitterwerks ergibt, und die Absaugung in den anderen Kanal auch eine gleichmässige Beaufschlagung des Gitterwerks mit Abgas bewirkt. Es stellt sich aber als Nachteil heraus, dass bei der aufsteigenden Seite sich die Luft durch den in dieser Periode totliegenden Rauchgaskanal entsprechend den Zugunterschieden in den über diesem Kanal in einer Reihe hintereinander liegenden Regeneratorabteilen einen unge- wollten und unkontrollierbaren Weg sucht und in der nächsten Periode in dem dann totliegenden Luftkanal eine entsprechende ungewollte Strömung der Rauchgase stattfindet.

Man hat den Vorschlag gemacht, unterhalb der Regeneratoren nur einen einzigen Kanal anzuordnen und die Strömungsrichtung in diesem Kanal gleichzuhalten, d.h. also den Austritt des Rauchgases an das entgegengesetzte Ende wie den Eintritt der Luft zu legen. Da aber die Charakteristik des Druckverlaufs in einem Kanal, in dem sich das Volumen durch Abgabe von Seitenströmen vermindert, eine andere ist, als in einem Kanal, in dem sich das Volumen durch Aufnahme von Seitenströmen vermehrt, kiann mit dieser Massnahme nicht der gewollte Erfolg erzielt werden.

Es wurde auch die Anordnung eines Kanals unterhalb der Regeneratoren vorgeschlagen, bei dem die Durchtritte zwischen dem Kanal und dem Regenerator derart ausgebildet sind, dass die Strömung aufsteigend und abfallend durch die gleiche Öffnung unterschiedliche Widerstände vorfindet, indem sich der Widerstandskoeffizient der Durchtritte für die eine Strömungsrichtung in entgegengesetztem Sinne verändert wie für die andere Strömungsrichtung. Hierbei wird aber übersehen, dass in einem solchen Kanal unterhalb von Regeneratoren Temperaturschwankungen auftreten, die zeitlich und in der Länge des Kanals unterschiedlich sind, und dass die Durchtrittsmengen durch Querschnitte gleich welcher Art stets temperaturabhängig sind.

Zum Stand der Technik bleibt noch darauf hinzuweisen, dass Kanäle mit veränderlichem Querschnitt bekannt sind, bei denen Veränderungen der strömenden Gasmengen durch Veränderung des Kanalquerschnittes derart ausgeglichen werden, dass an allen Stellen im Kanal eine konstante Gasgeschwindigkeit erreicht wird.

Nach der Erfindung wird die oben gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass ein einziger Kanal mit einer oder mehreren Reihen von Durchtrittsöffnungen zwischen dem Kanal und dem Regenerator angeordnet wird, wobei die Querschnitte des Kanals und der Durchtritte so festgelegt werden, dass die Summe aller Druckverluste und und -gewinne im Kanal und in den Durchtrittsöffnungen jeweils eine konstante Grösse ist und dabei die Veränderungen durch Temperaturschwankungen ebenfalls erfasst werden.

Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass dieser Kanal unterhalb der Regeneratorkammern eine solche Form erhält, dass sein Querschnitt von dem Eintritt bis zum Ende sich nach dem Gesetz einer Parabel vermindert. Diese Querschnittsveränderung über die Länge des Kanals kann durch die Formgebung einer oder mehrerer Seitenwände des Kanals erreicht werden. Es können z.B. zwei Begrenzungswände des Kanals über die Länge des Kanals parallel geführt und der Abstand der beiden anderen Begrenzungswände voneinander von Durchtritt zu Durchtritt nach einer parabolischen Kurve verringert werden.

Ein derart ausgeführter Kanal nimmt für beide Strömungsrichtungen der Gase, für jede beliebige Gesamtgasmenge, bei jeder Gastemperatur und für jede Gasart (Schwachgas, Starkgas, Luft, Rauchgas usw.) eine praktisch genügend genaue Aufteilung der Gesamtgasmenge für den über den Durchtrittsöffnungen liegenden Gasraum, beispielsweise Regeneratorraum, in dem gewollten Verhältnis vor, wenn zweckmässig folgende Anordnungen getroffen werden:

Die Summe der Druckverluste und -gewinne durch Reibung, Geschwindigkeits- und Temperaturveränderung soll am Anfang des Kanals annähernd gleich Null sein und sodann der Kanal derart verjüngt werden, dass durch den Anstieg dieser Summe die Veränderungen der übrigen Verluste ausgeglichen werden. Weiterhin soll die Summe der Querschnitte aller Einzeldurchtritte zwischen diesem Kanal und dem Regeneratorraum geringer als 75% des Anfangsquerschnitts des Kanals sein, und diese Einzeldurchtritte sollen derart ausgebildet sein, dass sie der abwärtsgerichteten Strömung einen etwa doppelt so hohen Widerstand entgegensetzen als der aufwärts gerichteten Strömung.

Es hat sich herausgestellt, dass unter diesen Voraussetzungen alle Durchtritte gleiche Querschnitte und gleiche Form erhalten, was baulich eine ausserordentliche Erleichterung ist und womit vor allen erreicht wird, dass die Querschnitte während des Betriebes nicht eingestellt bzw. geregelt zu werden brauchen.

Die durch die Durchtritte aus dem Sohlkanal in die Regeneratoren hindurchtretenden Gasmengen sind dann aufsteigend für alle Durchtritte gleich, ebenso wie die durch die Durchtritte aus dem Regenerator in den Sohlkanal abfallend abgesaugten Mengen für alle Durchtritte gleich sind. Damit erhält man einen Regeneratorraum mit gleichmässiger und gleichbleibender Beaufschlagung in beiden Strömungsrichtungen, wobei der Druck in diesem Regeneratorraum über seinen ganzen Querschnitt betrachtet gleichbleibt, er also als ein Raum gleichmässigen Druckes angesehen werden kann. Die Mengenverteilung ist praktisch unabhängig von der Temperaturerhöhung des strömenden Mediums im Sohlkanal, von der absoluten Gasmenge, welche in den Sohlkanal einströmt und von der Menge, die in die Durchtritte mit gleicher Grösse für jeden Durchtritt aufwärts und abwärts strömt, also unabhängig von der Belastung des Ofens, von dem spezifischen Gewicht des strömenden Mediums, also unabhängig davon, ob Luft oder Schwachgas verschiedener Zusammensetzung aufsteigend und ob Luft oder Schwachgas verschiedener Zusammensetzung abfallend strömt, weil sich bei einer Ausbildung des Kanals und der Durchtritte nach der Erfindung alle diese Veränderungen in den einzelnen Gliedern der Verluste, wie z.B. diejenigen durch Reibung, Geschwindigkeits- und Temperaturveränderung so auswirken, dass die Summe dieser Verluste gleich bleibt.

Sollen bei ausserordentlich starkem Temperaturanstieg während der Luftperiode die Durchtrittsöffnungen vom Sohlkanal in den Regenerator allmählich verändert werden, so kann zweckmässig die Temperatur selbst zur Veränderung der Öffnungsweiten der Durchtritt benutzt werden, indem Verschiebungen aufgrund von Wärmedehnung die Querschnitte der Durchtrittsöffnung verändern. So können z.B. zwei

Reihen von Durchtrittsöffnungen übereinander gelegt und die untere Reihe aus Gusseisen, die ober Reihe aber aus feuerfestem Steinmaterial hergestellt werden, wobei sich das Gussmaterial bei Temperaturschwankungen gegenüber dem Steinmaterial unterschiedlich ausdehnt bzw. zusammenzieht und dadurch die Durchtrittsöffnungen entsprechend der Temperatur verändert. Bei Verwendung von gleichartigen Materialien, z.B. zwei Platten aus Gusseisen müssen die Festpunkte der die Öffnung enthaltenden Platten versetzt angeordnet werden, wodurch ebenfalls von der Temperatur bewirkte Querschnittsveränderungen erreicht werden. Es können, um grössere gegenseitige Verschiebungen bei Temperaturveränderungen zu erzielen, auch Materialien mit verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten, z.B. Guss einerseits und Aluminium andererseits, mit gleich oder versetzt angeordneten Festpunkten zur Querschnittsveränderung der Durchtrittsöffnungen entsprechend den Temperaturschwankungen verwendet werden.

Claims (3)

1. Industrieofen mit einem Kanal zur geregelten Verteilung von Gasströmen, der eine oder mehrere Reihen von Durchtrittsöffnungen aufweist, durch welche in wechselnden Perioden Gase in beiden Strömungsrichtungen in bestimmtem Mengenverhältnis strömen, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe aller Zugverluste und -gewinne im Kanal und in den Durchtritten für alle Durchtritte in beiden Strömungsrichtungen jeweils den gleichen Wert dadurch ergeben, dass der Kanal eine kontinuierliche oder absatzweise Querschnittsveränderung, z.B. nach Form einer Parabel erhält, wobei der Parabelscheitel am Kanalende liegt.

2. Industrieofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Kanalwände parabelförmig ausgebildet sind oder der Abstand zweier Begrenzungswände nach einer parabolischen Kurve verläuft, wobei sich die Parabelspitze am Kanalende befindet.

3. Industrieofen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Baustoffe mit derart unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten und durch eine solche Ausführung der Durchtritte, dass die Schwankungen der durchströmenden Gasmengen entsprechend den Temperaturschwankungen während der Periodendauer selbsttätig ausgeglichen werden.