DEP0042274DA

DEP0042274DA - Two-chamber process for the extraction of heat from cupola furnace gases or the like.

Info

Publication number: DEP0042274DA
Authority: DE
Inventors: Richard Karlsruhe Gerisch
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Publication date: 1951-03-08

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.It is known to remove the heat from gases by allowing them to alternately pull through two chambers filled with storage lattice work and alternately remove the heat from the lattice work in one of the storage chambers, e.g. B. by cold wind. First, chamber 1 is heated by the gases, then the heating gases are switched to chamber 2, while the heat stored in the latticework is extracted from chamber 1. After a while, the system switches over and stores heat again in Chamber 1, while the heat is now extracted from the latticework in Chamber 2, etc.

Diese "Regeneratoren" geben keine gleichmäßige Temperatur des vorzuwärmenden Windes. Ferner sind die Umschaltorgane teuer und wenig haltbar.These "regenerators" do not give the wind to be preheated evenly. Furthermore, the switching devices are expensive and not very durable.

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.Ljungström therefore suggested rotating a heat-storing cell drum between the gas heating room and the heat extraction chamber. However, this device was extremely sensitive to dirt, very difficult to clean and not very effective because of the large amounts of false air. Higher pressures in one of the chambers could not be used at all. Therefore, this device could not deal with dusty gases not introduce at all.

Alle diese Nachteile vermeidet das im Folgenden beschriebene neue Verfahren:The new method described below avoids all of these disadvantages:

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.According to the invention, the gases in a chamber with the help of movable heat storage bodies, for. B. balls or rollers that remove heat. Then these storage bodies are brought into a second room, where the heat, z. B. is withdrawn by cold wind, saturated steam o.

Ein Beispiel soll die Anwendung des neuen Verfahrens erläutern:An example should explain the application of the new procedure:

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.The exhaust gases are drawn off 2 1/2 m above the nozzles at a temperature of 800 ° with a pressure of 150 mm water column from a 3 t cupola furnace. The gases are laden with dust. Recuperators were used on a trial basis to recover this exhaust gas heat, but they became soiled in a short time and were therefore poorly efficient. Cleaning the recuperator was also tedious, dirty work.

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.According to the invention, these cupola exhaust gases are therefore passed through a shaft filled with iron balls. These balls remove the heat from the gases up to 150 ° and less and continue to knock down the dust from the exhaust gases. The balls move in the opposite direction to the exhaust gas flow and are drawn off at the bottom of this shaft by a lock drum and thus guided into the pressure chamber of the blower preheating chamber without loss of wind. The balls in the heat extraction shaft lie loosely on top of each other or are guided downwards through built-in spiral floors or stair-shaped steps or the like in countercurrent to the exhaust gases.

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.The heated balls that are passed into the blower preheating chamber, also in countercurrent, heat the cupola furnace wind to around 450 ° and are then transported cold through a second pressure lock to the outside, roll over a sieve chute and then into a bucket elevator, which recirculates them to the exhaust shaft. The two locks drums run at the same metering speed and suitably have the same drive as the bucket elevator. The balls can be made of iron or other metal or corresponding alloys or of ceramic materials or the like. They can be made of solid material or hollow and ribbed on the inside and outside to increase the heat transfer surface.

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.As a result of the constant movement, the attached fly ash constantly knocks and rolls off the balls, clumps together and is deposited on a sieve run in front of the bucket elevator.

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.Thanks to the large free cross-section of around 50% of the passage area between the balls, the winding exhaust gas paths and the even gas distribution and slight eddies, this new device ensures the best heat absorption and equally good heat dissipation. The large heat storage capacity of these spheres or hollow spheres results in a compact design and optimal utilization of the exhaust gas heat.

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.A hollow sphere 70/50 mm in diameter with 6 holes 15 mm in diameter has a heating surface of 2.6 dm (exp) 2 and weighs 0.75 kg. This spherical surface can easily be increased to 3 dm (exp) 2 by corrugating or ribbing the surface. These balls are cast in permanent molds, so they are very cheap.

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.On 1 m (exp) 3 there are about 3000 such balls, corresponding to 2250 kg storage capacity and 78 - 90 m (exp) 2 heating surface and at 500 ° ball temperature a heat amount of about 120,000 calories per rotation, if the balls are returned with 100 ° heat . With 5 revolutions per hour, 1 m (exp) 3 such balls transfer around 600,000 calories. In the above case, 3000 m (exp) 3 air must be heated to 500 ° per hour. For this purpose 1.25 m (exp) 3 balls are sufficient on the heating side and 1.25 m (exp) 3 balls on the cooling side, so a total of about 6000 kg hollow balls of the above dimensions.

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 dieseTo avoid heat losses, the exhaust gas and air preheating shafts are each surrounded by an outer jacket and the air to be preheated is fed into this outer jacket before it enters the air shaft filled with hot balls. To this

Weise wird die teuere Isolierung dieser Schächte gespart und nur die Leitungen von und zu den Öfen müssen isoliert werden.In this way, the expensive insulation of these shafts is saved and only the lines from and to the ovens have to be insulated.

Die Vorteile dieser Erfindung sind:The advantages of this invention are:

1.) Die Vorrichtung beansprucht nur einen kleinen Raum und kann deshalb neben jeder Feuerung angebracht werden.1.) The device only takes up a small space and can therefore be installed next to any furnace.

2.) Die Kosten sind sehr gering im Vergleich zu großen Rekuperatoren.2.) The costs are very low compared to large recuperators.

3.) Die Vorrichtung kann auch für staubreiche Gase verwendet werden. Die Schmutzarbeit des Reinigens fällt fort.3.) The device can also be used for dusty gases. The dirty work of cleaning is no longer necessary.

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.4.) The service life of the device is much longer and the balls can be replaced during operation, while burned-out recuperators require long periods of inactivity for replacement and expensive spare parts.

5.) Der Wirkungsgrad wird durch zweimalige Verwendung des Gegenstromprinzips und großer Heizflächen sehr hoch.5.) The efficiency is very high by using the countercurrent principle twice and using large heating surfaces.

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.6.) The flow resistance is low and the flow path is very large due to the constant deflections between the balls. This results in a particularly high coefficient of heat transfer.

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.7.) The device can also be used for gases with high pressure or negative pressure. The entry of false air is reliably avoided. The power consumption for the locks and the bucket elevator in high pressure winds is very low.

8.) Die Vorrichtung kann auch zum Vorwärmen von ätzenden Gasen, Säuredämpfen usw. verwendet werden.8.) The device can also be used to preheat corrosive gases, acid vapors, etc.

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.9.) As a result of the good heat transfer and the much lower metal weight of the device, it is already in thermal equilibrium after a few minutes and thus already fully effective at the beginning of melting, while the previous devices only reached the operating equilibrium temperatures after a long time.

10.) Durch den Fortfall der Isolierung der Wärmeaustauschschächte ergibt sich, neben besserer Wärmeübertragung, ein viel geringerer Preis.10.) The omission of the insulation of the heat exchange ducts results, in addition to better heat transfer, at a much lower price.

Die beigefügte Zeichnung bringt ein Ausführungsbeispiel des neuen Verfahrens:The attached drawing shows an embodiment of the new method:

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.The hot cupola gases enter at A in the direction of the arrow through the sieve bottom a in the heat absorbing rollers, z. B. metal balls, filled space b and heat them, for. B. in countercurrent. Then they leave room b through smoke exhaust B. The heated roller bodies come from room b through lock c into room e. At D, cold wind passes through the sieve bottom f into room e and heats up, e.g. B. in countercurrent flow, on the hot rolling elements in this room e. Then the hot blast leaves room e through nozzle 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.The rolling bodies cooled in this way are withdrawn through lock g and returned by bucket elevator i with buckets k through funnel 1 in the circuit to container b.

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.A slide m regulates the inflow of the rolling elements to the cups k. The dirt stripped from the rollers falls through the grate n into containers 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.According to the invention, the cold air is passed through the nozzle C around container b and then around container e, before it enters container e at D through sieve bottom f and leaves this after being heated by the balls through nozzle E to serve as a hot blast to melt the iron .

Claims

1.) Two-chamber process for obtaining heat from cupola gases or the like, characterized in that heat storage body, for. B. balls are circulated in the direction of the heat absorption chamber after the heat extraction space.

2.) The method according to claim 1.), characterized in that the circulatory movement of the heat storage body between the receiving and delivery space takes place via locks.

3.) Heat storage body for performing the method according to claim 1.) and 2.), characterized by full or hollow, externally or internally ribbed or smooth rolling bodies, that is, balls, rollers, ellipsoids o.