DEP0042274DA - Zweikammerverfahren zur Gewinnung der Wärme aus Kupolofengasen o. dgl. - Google Patents

Description

Es ist bekannt, Gasen die Wärme dadurch zu entziehen, daß man diese abwechselnd durch zwei mit Speichergitterwerk gefüllte Kammern ziehen lässt und abwechselnd in einer der Speicherkammern dem Gitterwerk die Wärme entzieht, z. B. durch Kaltwind. Zunächst wird also Kammer 1 durch die Gase aufgeheizt, dann werden die Heizgase auf Kammer 2 geschaltet, während aus Kammer 1 die im Gitterwerk aufgespeicherte Wärme entzogen wird. Nach einiger Zeit wird umgeschaltet und wieder in Kammer 1 Wärme gespeichert, während jetzt dem Gitterwerk in Kammer 2 die Wärme entzogen wird usw.

Diese "Regeneratoren" geben keine gleichmäßige Temperatur des vorzuwärmenden Windes. Ferner sind die Umschaltorgane teuer und wenig haltbar.

Deshalb schlug Ljungström vor, eine wärmespeichernde Zellentrommel zwischen Gasheizraum und Wärmeentzugkammer rotieren zu lassen. Diese Vorrichtung war aber äusserst schmutzempfindlich, sehr schwer zu reinigen und wegen grosser Falschluftmengen nicht sehr wirksam. Höhere Drucke in einer der Kammern waren dabei überhaupt nicht anwendbar. Deshalb konnte sich diese Vorrichtung bei staubigen Gasen überhaupt nicht einführen.

Alle diese Nachteile vermeidet das im Folgenden beschriebene neue Verfahren:

Erfindungsgemäß wird den Gasen in einer Kammer mit Hilfe von beweglichen Wärmespeicherkörpern, z. B. Kugeln oder Walzen, die Wärme entzogen. Dann werden diese Speicherkörper in einen zweiten Raum gebracht, wo ihnen die Wärme, z. B. durch Kaltwind, Sattdampf o. dgl., entzogen wird, wonach die Speicherkörper im Kreislauf wieder dem gasbeheizten Wärmeaufnahmeraum zugeführt werden.

Ein Beispiel soll die Anwendung des neuen Verfahrens erläutern:

Aus einem 3 t-Kupolofen werden die Abgase 2 1/2 m über den Düsen mit einer Temperatur von 800° abgezogen mit einem Druck von 150 mm WS. Die Gase sind staubbeladen. Rekuperatoren wurden versuchsweise zur Rückgewinnung dieser Abgaswärme verwendet, verschmutzten aber in kurzer Zeit und erhielten dadurch einen schlechten Wirkungsgrad. Weiter war die Reinigung des Rekuperators mühsame Schmutzarbeit.

Erfindungsgemäß werden diese Kupolofenabgase deshalb durch einen mit Eisenkugeln gefüllten Schacht geleitet. Diese Kugeln entziehen den Gasen die Wärme bis auf 150° und weniger und schlagen weiter den Staub aus den Abgasen nieder. Die Kugeln bewegen sich entgegengesetzt zum Abgasstrom und werden in diesem Schacht unten durch eine Schleusentrommel abgezogen und so ohne Windverlust in den Druckraum der Gebläsewindvorwärmkammer geleitet. Die Kugeln im Wärmeentzugschacht liegen lose übereinander oder werden durch eingebaute Spiralböden oder treppenförmige Stufen o. dgl. im Gegenstrom zu den Abgasen nach unten geführt.

Die in die Gebläsewindvorwärmkammer geschleusten erhitzten Kugeln erwärmen, ebenfalls im Gegenstrom, den Kupolofenwind auf etwa 450° und werden dann kalt durch eine zweite Druckschleuse ins Freie befördert, rollen über eine Siebrinne und dann in ein Becherwerk, welches sie im Kreislauf in den Abgasschacht zurückführt. Die beiden Schleusen- trommeln laufen mit gleicher Zuteilgeschwindigkeit und haben zweckmäßig den gleichen Antrieb wie das Becherwerk. Die Kugeln können aus Eisen oder sonstigem Metall oder entsprechenden Legierungen oder aus keramischen Stoffen oder dgl. bestehen. Sie können aus vollem Material hergestellt oder hohl und innen und außen verrippt sein zur Vergrößerung der Wärmeumsatzfläche.

Infolge der dauernden Bewegung klopft und walzt sich der angesetzte Flugstaub ständig von den Kugeln ab, ballt sich zusammen und wird auf einem Sieblauf vor dem Becherwerk abgeschieden.

Diese neue Vorrichtung bringt durch den großen freien Querschnitt von etwa 50% der Durchgangsfläche zwischen den Kugeln, ferner durch die gewundenen Abgaswege sowie durch die gleichmäßige Gasverteilung und die leichten Wirbelungen beste Wärmeaufnahme und gleichgute Wärmeabgabe. Die große Wärme-Speicherfähigkeit dieser Kugeln bzw. Hohlkugeln bringt gedrängte Bauart und beste Ausnützung der Abgaswärme.

Eine Hohlkugel von 70/50 mm Durchmesser mit 6 Löchern von 15 mm Durchmesser hat eine Heizfläche von 2,6 dm(exp)2 bei 0,75 kg Gewicht. Durch Riffelung oder Verrippung der Oberfläche kann diese Kugelfläche leicht auf 3 dm(exp)2 vergrößert werden. Diese Kugeln werden in Kokillen gegossen, sind also sehr billig.

Auf 1 m(exp)3 gehen etwa 3000 solcher Kugeln, entsprechend 2250 kg Speicherkapazität und 78 - 90 m(exp)2 Heizfläche und bei 500° Kugeltemperatur einer Wärmemenge von etwa 120000 Kalorien pro Rundlauf, wenn die Kugeln mit 100° Wärme zurückgeschleust werden. Bei 5 Umläufen in der Stunde werden also von 1 m(exp)3 solcher Kugeln etwa 600000 Kalorien übertragen. In obigem Falle sind 3000 m(exp)3 Luft stündlich auf 500° zu erwärmen. Hierzu genügen 1,25 m(exp)3 Kugeln auf der Anwärmseite und 1,25 m(exp)3 Kugeln auf der Abkühlseite, insgesamt also etwa 6000 kg Hohlkugeln obiger Abmessungen.

Zur Vermeidung von Wärmeverlusten umgibt man den Abgas- und den Luftvorwärmeschacht je mit einem Außenmantel und leitet in diese Außenmäntel die vorzuwärmende Luft vor dem Eintritt in den mit heißen Kugeln gefüllten Luftschacht. Auf diese

Weise wird die teuere Isolierung dieser Schächte gespart und nur die Leitungen von und zu den Öfen müssen isoliert werden.

Die Vorteile dieser Erfindung sind:

1.) Die Vorrichtung beansprucht nur einen kleinen Raum und kann deshalb neben jeder Feuerung angebracht werden.

2.) Die Kosten sind sehr gering im Vergleich zu großen Rekuperatoren.

3.) Die Vorrichtung kann auch für staubreiche Gase verwendet werden. Die Schmutzarbeit des Reinigens fällt fort.

4.) Die Lebensdauer der Vorrichtung ist viel höher und Ersatz der Kugeln während des Betriebes möglich, während durchgebrannte Rekuperatoren zum Ersatz langes Stillliegen erfordern und teuere Ersatzteile.

5.) Der Wirkungsgrad wird durch zweimalige Verwendung des Gegenstromprinzips und großer Heizflächen sehr hoch.

6.) Der Strömungswiderstand ist gering und der Strömungsweg wird durch die dauernden Umlenkungen zwischen den Kugeln sehr groß. Dadurch ergibt sich eine besonders hohe Wärmeübergangszahl.

7.) Die Vorrichtung kann auch für Gase mit hohem Druck oder Unterdruck verwendet werden. Der Eintritt von Falschluft wird sicher vermieden. Der Kraftverbrauch für die Schleusen und das Becherwerk bei Hochdruckwind ist sehr gering.

8.) Die Vorrichtung kann auch zum Vorwärmen von ätzenden Gasen, Säuredämpfen usw. verwendet werden.

9.) Infolge der guten Wärmeübertragung und des viel geringeren Metallgewichts der Vorrichtung ist diese nach wenigen Minuten bereits im Wärmegleichgewicht und so bereits zu Beginn des Schmelzens voll wirksam, während die seitherigen Vorrichtungen erst nach längerer Zeit die Betriebsgleichgewichtstemperaturen erreichten.

10.) Durch den Fortfall der Isolierung der Wärmeaustauschschächte ergibt sich, neben besserer Wärmeübertragung, ein viel geringerer Preis.

Die beigefügte Zeichnung bringt ein Ausführungsbeispiel des neuen Verfahrens:

Die heißen Kupolofen-Gase treten bei A in Pfeilrichtung durch den Siebboden a in den mit Wärmeaufnahme-Rollkörpern, z. B. Metallkugeln, gefüllten Raum b und erhitzen diese, z. B. im Gegenstrom. Dann verlassen sie Raum b durch Rauchgasabzug B. Die erhitzten Rollkörper gelangen aus Raum b durch Schleuse c in Raum e. Bei D tritt durch den Siebboden f Kaltwind in den Raum e und erhitzt sich, z. B. im Gegenstromdurchlauf, an den heißen Rollkörpern in diesem Raum e. Dann verlässt der Heißwind Raum e durch Stutzen E.

Die so abgekühlten Rollkörper werden durch Schleuse g abgezogen und durch Becherwerk i mit den Bechern k durch Trichter 1 im Kreislauf in Behälter b zurückgeführt.

Ein Schieber m regelt den Zulauf der Rollkörper zu den Bechern k. Der von den Rollkörpern abgestreifte Schmutz fällt durch Rost n in Behälter o.

Die Kaltluft wird erfindungsgemäß durch den Stutzen C um Behälter b und dann um Behälter e geleitet, bevor sie bei D durch Siebboden f in Behälter e eintritt und diesen nach Erwärmung an den Kugeln durch Stutzen E verlässt, um als Heißwind zum Schmelzen des Eisens zu dienen.

Claims (3)

1.) Zweikammerverfahren zur Gewinnung der Wärme aus Kupolofen-Gasen oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, dass Wärmespeicherkörper, z. B. Kugeln, im Kreislauf in Richtung von der Wärmeaufnahmekammer nach dem Wärmeentzugsraum geführt werden.

2.) Verfahren nach Anspruch 1.), dadurch gekennzeichnet, dass die Kreislaufbewegung der Wärmespeicherkörper zwischen Aufnahme- und Abgaberaum über Schleusen erfolgt.

3.) Wärmespeicherkörper zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1.) und 2.), gekennzeichnet durch volle oder hohle, außen oder innen verrippte oder glatte Rollkörper, also Kugeln, Walzen, Ellipsoide o. dgl.