NL9002150A - Compacte gasgestookte luchtverhitter. - Google Patents

Description

Titel: Compacte gasgestookte luchtverhitter.

De uitvinding heeft betrekking op een warmtewisselaar voor het verwarmen van lucht of een ander gas, voorzien van tenminste één gasgestookte brander welke is voorzien van een metalen pijpvormige verbrandingskamer die deel uitmaakt van de warmtewisselaar en zich uitstrekt in de baan van te verwarmen lucht.

In het bijzonder betreft de uitvinding een luchtverhitter welke geschikt is voor het verwarmen van proceslucht in ovens en drogers met temperaturen tot ca.400°C, waarbij vermenging van verbrandingsgassen en proceslucht niet is toegestaan.

Bij dergelijke warmtewiselaars is vooral bij compacte uitvoering een probleem waar rekening mee moet worden gehouden dat de temperatuur van de verbrandingsgassen hoog is ten opzichte van de beoogde eindtemperatuur van de te verwarmen proceslucht en dat de warmte-overdracht gas/gas slecht is, althans langzaam verloopt.

Bekende oplossingen van deze problemen omvatten de toepassing van dure hittebestendige materalen voor de pijpvormige verbrandingskamer en/of het stoken van de brander met een grote luchtovermaat om de vlamtemperatuur te verlagen. De eerstgenoemde maatregel heeft het nadeel van een hoge kostprijs en de laatstgenoemde maatregel leidt tot een slecht thermisch rendement en hoge schoorsteenverliezen. Verbetering van het rendement door het voorverwarmen van de verbrandingslucht heeft het nadeel dat de N0X productie toeneemt.

De uitvinding beoogt een warmtewisselaar voor het verwarmen van lucht of een ander gas waarbij de genoemde nadelen zijn vermeden.

Hiertoe is bij de warmtewisselaar volgens de uitvinding de pijpvormige branderkamer voorzien van het warmte-afgevende oppervlak vergrotende middelen, zoals vinnen, waarbij de pijpvormige branderkamer de eerste trek vormt van ten minste twee parallelle trekken die bij de einden via keerkasten communiceren en waarbij de brander een hoge-snelheidsbrander is.

Bij de warmtewisselaar volgens de uitvinding kan de branderkamerpijp van eenvoudig roestvast staal zijn vervaardigd. Het door de hoge-snelheidsbrander in de branderkamerpijp geïnjecteerde gas-luchtmengsel creërt een onderdruk bij het begin van de kamer waardoor een deel van de reeds gedeeltelijk gekoelde gassen uit de tweede trek in de branderkamer wordt gerecirculeerd waarmee wordt bereikt dat de vlamtemperatuur wordt beperkt tot 1100° a 1200°C en het NΟχ-gehalte laag blijft. Door het grote volume verbrandingsgassen dat door de trekken wordt gecirculeerd wordt tevens de warmte-verdeling over de warmte-afgevende oppervlakken verbeterd.

Voor een efficiënte verlaging van de gastemperatuur in de tweede en eventueel volgende trekken wordt bij voorkeur de stroom te verwarmen lucht in tegenstroom geleid, d.w.z. van hoger naar lager genummerde trekken.

Verder kunnen volgens de uitvinding de pijpen van de tweede trek eveneens zijn voorzien van het warmte-afgevende oppervlak vergrotende vinnen.

Zowel bij de eerste als bij de tweede trek kunnen ter verbetering van het warmte-overdrachtsrendement, meer vinnen zijn aangebracht dan op grond van het verschil in warmteoverdracht nodig is. Daarmee wordt bereikt dat de pijpwandtemperatuur dichter bij de luchttemperatuur dan bij de verbrandingsgastemperatuur komt te liggen

Door het aanbrengen van koelvinnen op de pijpen van de verbrandingskamer en van de tweede trek kan de pijpwandtemperatuur zodanig worden verlaagd dat zelfs bij een procesiuchttemperatuur van ca. 45Q°C en een geringere drukval van de proceslucht over de luchtverhitter, de pijpen van de verbrandingskamer en van de tweede trek van eenvoudige RVS-soorten kunnen zijn vervaardigd.

In nadere uitwerking van de uitvinding kunnen meerdere trekken, telkens parallel opgesteld ten opzichte van de eerste twee trekken, echter in serie geschakeld en uitmondend in een rookgasafvoer, zijn aangebracht. De in tegenstroom over deze trekken stromende lucht wordt aldus geleidelijk verwarmd door per trek een betrekkelijk geringe warmte-overdracht.

Door daarbij de opeenvolgende trekken te vormen uit pijpen waarvan het aantal en/of doorsnede per trek afnemen, wordt het afnemen van het rookgasvolume door afkoeling gecompenseerd en blijft de snelheid van het rookgas in de pijpen voldoende hoog om ook bij compacte bouw een goede warmte-afgifte te waarborgen.

Weliswaar kunnen de pijpen van de derde en volgende trekken eveneens van koelvinnen zijn voorzien echter dit is van minder belang omdat de kans op overschrijding van de maximaal toelaatbare wandtemperatuur hier klein is.

Opgemerkt wordt dat op zichzelf een warmte-wisselaar voor luchtverwarming door straling bekend is met een hoge-snelheidsbrander en een pijpvormige verbrandingskamer welke voor recirculatie van verbrandingsgas bij de einden in verbinding staat met een pijpvormige tweede rookgastrek.

Daarbij is de tweede trek echter concentrisch om de branderkamer heen aangebracht en zijn beide vervaardigd van materiaal dat bestand is tegen hoge temperaturen, die voor warmte-afgifte door straling gunstig zijn.

Ter verduidelijking van de uitvinding zal, onder verwijzing naar de tekening, een uitvoeringsvoorbeeld van de compacte gasgestookte luchtverhitter worden beschreven.

Volgens de tekening, die schematisch een langsdoorsnede van de warmte-wisselaar voor het verwarmen van proceslucht toont, is de luchtverhitter voorzien van een hoge-snelheidsbrander 1 met een toevoer 2 voor gas en een toevoer 3 voor verbrandingslucht. De brander 1 is op enige afstand gemonteerd vóór een pijpvormige branderkamer 4. De branderkamer 4 is aan de einden voorzien van keerkasten 5 en 6, tussen welke zich eveneens pijpen 7 van de tweede trek uitstrekken, zodat deze bij de einden in open verbinding staan met de branderkamer 1.

In het weergegeven uitvoeringsvoorbeeld zijn zowel de pijpen van de eerste als van de tweede trek voorzien van het warmte-afgevende buitenoppervlak vergrotende koelvinnen.

De afmetingen van de branderkop 1, van de branderkamer 4 en de afmetingen en/of het aantal pijpen 7 van de tweede trek bepalen de mate van recirculatie van het verbrandingsgas.

Een branderkop 1 met een uitblaasopening van 35 mm diameter, een branderkamer 4 met een lengte van 600 mm en een diameter van 100 mm, een tweede trek bestaande uit 20 pijpen 7 met dezelfde lengte als de branderkamer en met een diameter van 23 mm, geven goede resultaten bij een brandercapaciteit van ca. 120 kW. De keerkasten zijn inwendig bekleed met hittebestendige isolatieplaat.

Via de keerkast 5 nabij de brander 1 kunnen verbrandingsgassen ontwijken naar een derde trek 8, bestaande uit 20 vinpijpen van 600 mm lengte en 15 mm diameter. Deze gassen kunnen dan via een keerkast 9 een vierde trek 10 bereiken, bestaande uit 16 pijpen met dezelfde afmetingen en vervolgens een vijfde trek 11 en een zesde trek 12, beide bestaande uit 12 pijpen eveneens met een lengte van 600 mm en met een diameter van 15 mm.

In de praktijk kunnen slechts twee keerkasten zijn aangebracht waarin door middel van schotten de verbindingen met de verschillende trekken is ingesteld.

De laatste trek staat via een rookgasverzamelkast 13 in verbinding met een rookgasafvoerpijp 14.

De stromingsrichting van de te verwarmen proceslucht is aangegeven met de pijlen 15.

Claims (6)

1. Warmtewisselaar voor het verwarmen van lucht of een ander gas, voorzien van tenminste één gasgestookte brander welke is voorzien van een metalen pijpvormige verbrandingskamer die deel uitmaakt van de warmtewisselaar en zich uitstrekt in de baan van te verwarmen lucht, met het kenmerk, dat de pijpvormige branderkamer (4) is voorzien van het warmte-afgevende oppervlak vergrotende middelen, zoals vinnen (V), waarbij de pijpvormige branderkamer (4) de eerste trek vormt van ten minste twee parallelle trekken die bij de einden via keerkasten (5,6) communiceren en waarbij de brander (1) een hoge-snelheidsbrander is.

2. Warmte-wisselaar volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de stroom te verwarmen lucht in tegenstroom (15) wordt geleid, d.w.z. van hoger naar lager genummerde (12-4) trekken.

3. Warmte-wisselaar volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de pijpen (7) van de tweede trek eveneens zijn voorzien van het warmte-afgevende oppervlak vergrotende vinnen (V) .

4. Warmte-wisselaar volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat zowel bij de eerste (4) als bij de tweede trek (7) meer vinnen zijn aangebracht dan op grond van het verschil in warmte-overdracht nodig is.

5. Warmte-wisselaar volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat meerdere trekken (8-12), telkens parallel opgesteld ten opzichte van de eerste twee trekken (4,7), echter in serie geschakeld en uitmondend in een gasafvoer (13,14), zijn aangebracht.

6. Warmte-wisselaar volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de opeenvolgende trekken zijn gevormd uit pijpen (4-12) waarvan het aantal en/of doorsnede per trek afnemen.