SE508135C2 - Rekuperator för ugnar, i synnerhet kontinuerligt operativa glasugnar av vannatyp - Google Patents

Description

15 508 135 2 vertikala schaktet via särskilda infästningsanordningar i schaktets övre del. Via ett samlarrör leds förbränningsluften eller -gasen igenom rören i korgen, varvid luften förvärms innan den när fram till brännarna i smältkammaren. I praktiken är emellertid dylika strálningskorgar förknippade med ett fler- tal nackdelar. En nackdel är att samlarrörets och de enskilda stràlningsrörens infästningar måste noggrant skyddas med hjälp av eldfast massa för att ej angripas av rökgaserna. Vidare krä- ver korgens montering relativt kostsamma arrangemang för att minimera värmespänningar i konstruktionen till följd av termisk expansion. En annan grav nackdel är att korgen i dess helhet måste demonteras och avlägsnas ur sekundärkammaren därest någon rördel i korgkonstruktionen skulle mankera, t ex till följd av läckage. Detta innebär att ugnen, som vanligen skall arbeta kontinuerligt i perioder om 5-8 år, måste ställas av under den tid som åtgår för reparation av korgen. Dylika avbrott i den kontinuerliga driften är extremt kostnadskrävande.

Ett problem i samband med användning av just luft som förbränningsgas är att det under förbränningen bildas kväveoxi- der som är skadliga för miljön. I syfte att eliminera detta problem har på senare tid börjat användas oxygen i stället för luft för förbränningen. Även i samband med användning av oxygen såsom förbränningsgas, föreligger behov av att kunna förvärma gasen genom utnyttjande av de heta rökgasernas värminnehåll. En övergång till förvärmd oxygen låter sig emellertid ej genom- föras utan vidare. Sålunda är oxygen en reaktiv, aggresiv gas samtidigt som materialet i rekuperatorrören utsätts för mycket t ex l0OO°C eller mer. rekuperatorrör har använts antingen ferritiskt, rostfritt stål höga temperaturer, I tidigare kända med hög kromhalt av typen 27 Cr, resten Fe, eller austenitiskt ll Ni, Si, REM, den förstnämnda stáltypen är att den har god härdighet mot stål av typen 21 Cr, resten Fe. Fördelen med angrepp från rökgaserna även vid riklig förekomst av svavel- föreningar som leder till sulfidering till följd av sulfatbild- ning på rörväggarna. En nackdel med detta stål är emellertid att detsamma har låg kryphållfasthet. Det austenitiska stålet har à andra sidan goda krypegenskaper, men denna stáltyp mot- står dock ej rökgaserna på ett tillfredsställande sätt; något som gäller alla legeringar med hög nickelhalt. Därest oxygen 508 135 3 skulle matas genom rör med så hög temperatur som 1000°C eller däröver föreligger därför i båda fallen en klar risk för skal- bildning i rörmaterialets ytskikt på grund av oxidation. An- vändning av förvärmd oxygen såsom förbränningsgas innebär även ökade säkerhetskrav på grund av att gasen är mycket reaktiv och lätt kan antändas med explosivt förlopp vid eventuella läckage.

II E. . E I n 3 Föreliggande uppfinning tar sikte på att undanröja ovan- nämnda problem och nackdelar vid tidigare kända rekuperatorer och skapa en förbättrad rekuperator. Ett grundläggande syfte med uppfinningen är sålunda att skapa en rekuperator som vid behov medger demontering av enskilda, defekta rör även under pågående drift. Ett ytterligare syfte är att skapa en rekupera- tor vars rör låter sig monteras på ett enkelt och optimalt sätt i ugnens sekundärkammare. Ett annat syfte med uppfinningen är att skapa en rekuperator som under drift har stor säkerhet mot läckage. Det är även ett syfte med uppfinningen att skapa en rekuperator som på ett tillförlitligt sätt medger användning av oxygen såsom en rekuperatorn passerande förbränningsgas för brännarna i huvud- eller smältkammaren.

Enligt uppfinningen nås åtminstone det grundläggande syftet medelst de särdrag som är angivna i patentkravets 1 kän- netecknande del. Fördelaktiga utföranden av uppfinningen är vidare definierade i de osjälvständiga patentkraven. i 1 1 . _ 1.5 3 . .

På ritningarna är: Fig l en delvis i sidovy visad längdsektion genom en enskild rörenhet ingående i en rekuperator enligt uppfinningen, Fig 2 en tvärsektion A-A i fig 1, Pig 3 en frontvy visande ett alternativt utförande av en en- skild rörenhet enligt uppfinningen, Fig 4 en sidovy av rörenheten enligt fig 3, Fig 5 en planvy ovanifrån av rörenheten enligt fig 3 och 4, Fig 6 en partiell sektion genom en till en glassmältugn anslu- ten sekundärkammare illustrerande ett utförande av en rekuperator med vertikalt monterade rörenheter, Pig 7 en planvy B-B i fig 6, 508 135 4 Fig 8 en mot fig 6 svarande partiell sektion genom en sekun- därkammare med en alternativ rekuperator innefattande horisontellt monterade rörenheter, och Fig 9 en från vänster i fig 8 betraktad sidovy av samma reku- perator.

Detalierad beskrivning av föredragna utföranden av uppfinningen I fig 6-9 betecknar 1 generellt en sekundär kammare som ingår i en förbränningsugn, t ex en glasugn av vannatyp, vilken smält- eller huvudbrännkammare. dels ett vertikalt schakt 2, dels ansluten till en bakre sektion av även inbegriper en icke visad Sekundärkammaren 1 inbegriper en horisontell kanal 3 som är den framförvarande smältkammaren. Sekundärkammaren l är helt eller delvis avgränsad av eldfasta väggar 4, företrädesvis i form av tegelväggar. Upptill uppvisar det vertikala schaktet 2 en takdel 5 i vilken finns en central öppning 6 till vilken är ansluten en med 7 betecknad skorsten eller liknande.

Tidigare kända rekuperatorer, som städse monterats i eller i anslutning till sekundärkammarens vertikala schakt, har haft formen av en korgliknande konstruktion innefattande en mångfald jämförelsevis klena rör som hållits samman inbördes via styva överdelar och underdelar ingående i korgen. Om därför läckage uppstått i något av de enskilda rören har det varit nödvändigt att avbryta ugnens drift antingen för att helt av- lägsna korgen ur sekundärkammaren, eller för att medge arbete inuti denna.

I enlighet med föreliggande uppfinning är de olika rör i en rörsats som samfällt bildar en rekuperator utformade såsom enskilda enheter, vilka var för sig är demonterbart införda i sekundärkammaren via hål i dennas väggar. I fig 6 och 7 visas ett utförande vid vilket dylika rörenheter 8 är vertikalt mon- terade i sekundärkammaren. Närmare bestämt är rörenheterna in- stuckna i kammaren via hål i förutnämnda takdel 5 och försedda med flänsar 9 vilka har till uppgift att dels täcka hålen, dels tjäna såsom fästen som förmår uppta belastningen av rörenhetens i kammaren fritt nedhängande del. Såsom visas i fig 7 kan ett flertal rörenheter 8 vara ekvidistant fördelade i omedelbar an- slutning till utloppsöppningen 6. I exemplet enligt fig 7 visas sålunda tolv rörenheter monterade runt öppningen.

U 508 135 Nu hänvisas till fig 1-2 som illustrerar ett första, föredraget utförande av en enskild rörenhet 8 enligt uppfin- ningen. I detta fall är rörenheten sammansatt av ett jämförel- sevis grovt ytterrör 10 och ett koncentriskt inuti detta place- rat innerrör 11 med betydligt mindre diameter än ytterröret.

Vid en främre ände är ytterröret slutet med hjälp av en kupol- liknande änddel 12. Även vid den motsatta, bakre änden är ytterröret 10 slutet med hjälp av en ändplatta 13, vilken dock genomskärs av innerröret 11. I närheten av denna bakre änd- platta 13 uppvisar ytterröret dock en tvärställd rörstos 14 vars fria ände uppvisar en öppning 15 genom vilken förbrän- ningsgas kan passera antingen in eller ut.

Innerröret 11 är öppet vid sina båda motsatta ändar.

Närmare bestämt mynnar en främre öppning 16 i ytterrörets främre, slutna ändparti, medan en bakre öppning 15' ingår i en försedd stos 14' via en rörböj. Även stosen 14 är försedd med en analog fläns med en fläns 17' som är ansluten till röret 11 17. I ringspalten 20 mellan innerrörets 11 utsida och ytterrö- rets 10 insida är med fördel anordnade ett lämpligt antal radi- ella distanselement 18 som håller innerröret stadigt på plats inuti ytterröret. Från ytterrörets fria, främre ändparti kan sticka ut ett utsprång 19 med vars hjälp långa rörenheter låter sig stödas då de monteras horisontellt.

Via flänsarna 17, 17' låter sig rören 10 resp 11 anslu- tas antingen till samlarrör eller till separata rör för att å ena sidan leda förbränningsgas från en källa till den visade rörenheten och å andra sidan leda förvärmd förbränningsgas från rörenheten till ifrágakommande brännare i smältkammaren. Därest öppningen 15 i rörstosen 14 tjänar såsom inlopp för ankommande förbränningsgas tjänar givetvis den analoga öppningen 15' hos innerröret 11 såsom ett utlopp (och vice versa).

Ehuru endast ett enda innerrör 11 visas inuti ytterröret är det tänkbart att inuti ytterröret anordna en rörslinga innefattande ett flertal enskilda, inbördes kommunicerande del- rör. Det är även tänkbart att istället för ett rakt innerrör använda ett skruvformigt rör.

Det skall särskilt påpekas att hela den del av rörenhe- tens ytterrör 10 som sträcker sig från fästflänsen 9 till den fria änddelen 12 och som sticks in i sekundärkammaren 1, är 508 155 6 utåt fullständigt sluten.

' Inlopps- och utloppsöppningarna 15, 17' (vid vilka eventuella läckage riskerar att uppstå) är däremot placerade och därtill hörande kopplingsflänsar 17, bakom flänsen 9, varför desamma i monterat, operativt tillstånd förefinns utanför sekundärkammarens väggar.

Funktionen hos den i fig 1 och 2 visade rörenheten 8 under drift torde vara uppenbar. Antag att förbränningsgasen, t ex luft, oxygen och/eller naturgas, i kallt tillstànd förs in i innerröret 11 via den såsom inlopp tjänande öppningen 15', såsom antyds med vit pil i fig 1. Gasen kommer då att först passera genom innerröret och därefter genom den ringformiga spalten 20 mellan ytter- och innerrören för att slutligen ledas ut genom utloppsöppningen 15. Då gasen passerar genom innerrö- innerröret är t ex inom området 500-700°C. ret sker en inledande uppvärmning i och med att uppvärmt till avsevärd temperatur, Vid den fortsatta passagen genom ringspalten 20 intensifieras uppvärmningen av gasen i och med att ytterröret 10 håller en mycket hög temperatur (oftast ca 1000°C eller högre) i och med att detsamma omsveps av de från smältkammaren emanerande rökga- serna.

Nu hänvisas till fig 3-5 som illustrerar ett alternativt utförande vid vilket den enskilda rörenheten 8' har formen av ett U-rör innefattande två inbördes parallella rörskänklar 21, 21' vilka är inbördes förbundna via en sluten U-böj 22 vid en- hetens främre ände. Dessa båda rörskänklar genomskär en gemen- sam platta 23 som i likhet med flänsen 9 vid utförandet enligt fig 1-2 har till uppgift att dels täcka ett vägghål, dels tjäna såsom montagefläns för enheten. Vid bakre ändar övergår rör- skänklarna i detta fall via rörböjar i vinkelställda stosar 24 som är försedda med kopplingsflänsar 17, 17'. I detta fall förs kall förbränningsgas in i den ena rörskänkeln för att passera ut genom den andra, allt under successiv uppvärmning från in- loppet mot utloppet. Även vid detta utförande är den del av rörenheten som sträcker sig från plattan 23 till den främre, fria änden, full- ständigt sluten.

Enligt uppfinningen kan med fördel såsom material i de beskrivna rörenheterna användas en aluminiumhaltig, järnbaserad legering som på i och för sig känt sätt framställs på pulver- l0 508 135 7 metallurgisk väg, t ex i form av ett rostfritt stål av typ 22CR, 4 à 6 Al resten Fe. Ett för ändamålet särskilt föredraget rörmaterial är beskrivet i SE 8800914-7. Detta material utgörs av en järnbaslegering med 10-40 viktsprocent krom, 2-10 vikts- procent aluminium, högst 5 viktsprocent vardera av kobolt, nickel, kisel, mangan, zircon, och titan, dock sammanlagt högst viktsprocent < 2 viktsprocent sammanlagt av tillsatser av kväve, kol och/eller yttrium, hafnium, och metaller i gruppen sällsynta jordartsmetaller, samt därutöver 0,02-0,1 viktspro- cent syre bundet i form av oxider eller andra refraktära föro- reningar, resten järn, varvid oxiderna föreligger såsom i mate- rialet jämnt fördelade dispergerade partiklar med en medeldia- meter av 1000-3000 Å, varjämte kornen i den metalliska fasen är väsentligen likaxliga. Efter behandling till rör och värmebe- handling vid minst 1050°C kommer denna legering att i huvudsak innehålla mycket långsträckta korn med en längd av minst 5 mm och ett förhållande längd till tvärsnitt av minst 10 till 1.

Ehuru legeringen enligt SE 8800914-7 ursprungligen var avsedd att användas såsom elektriskt motstàndmaterial, har det visat sig att densamma är ytterst lämplig såsom material i rekuperatorrör av det aktuella slaget. Sålunda har materialet en mycket god kryphàllsfasthet även vid höga temperaturer sam- tidigt som oxidation resp sulfidering av metallen är praktiskt taget obefintlig även då densamma kommer i kontakt med aggresiv oxygen som förvärms till höga temperaturer. Den goda kryphàll- fastheten gör att rörenheterna håller för stora mekaniska pàkänningar, varigenom möjliggörs yteffekter av upp till 50 kW/m2 i samband med värmeöverföringen. Med andra ord tillåter ovannämnda material en betydligt högre metalltemperatur än för- utnämnda, tradionella ståltyper.

I fig 8 och 9 visas ett alternativt utförande vid vilket rörenheterna 8 är horisontellt monterade genom att vara in- stuckna i kammaren genom hål i en vertikal kammarvägg. Därest rörenheterna är särskilt långa kan utsprången 19 medverka till att bära upp desamma, närmare bestämt genom att anordnas vilande på tvärbommar 24 vilka sträcker sig tvärs sekundärkam- maren mellan motsatta kammarväggar.

Claims (5)

N U 30 508 135

1. Rekuperator för ugnar, i synnerhet kontinuerligt operativa glasugnar av vannatyp, innefattande en sats rör, vilka är in- satta i en efter en huvudbrännkammare till ugnen befintlig och av åtminstone delvis eldfasta väggar (4) avgränsad sekundär kammare (1) genom vilken rökgaser kan passera från huvudbränn- kammaren mot ett utlopp, och vilka har till uppgift att äter- vinna värmeenergi ur rökgaserna, närmare bestämt genom att en förbrànningsgas, t ex luft, oxygen och/eller naturgas, bringas att passera igenom rören på sin väg till brännare i huvudbränn- kammaren, k ä n n e t e c k n a d därav, att rörsatsens olika rör är utformade såsom enskilda enheter (8, 8'), vilka var för sig är demonterbart införda i sekundärkammaren (1) via hàl i dennas väggar (4) och vilka var och en i monterat skick har dels en sluten del instucken i sekundärkammaren, dels en från sekundärkammarväggarnas utsida utstickande del med inlopp och utlopp (15, 15') för icke värmd respektive förvärmd förbrän- ningsgas.

2. Rekuperator enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att den enskilda rörenheten (8) är sammansatt av ett grovt ytterrör (10) med en såsom inlopp eller utlopp för förbrän- ningsgas tjänande öppning (15) och åtminstone ett finare rör (11) som är monterat inuti ytterröret och som har dels en såsom utlopp eller inlopp för förbränningsgas tjänande öppning (15'), dels en inuti ytterröret lokaliserad mynning (16), varvid för- bränningsgas som matas in genom den ena öppningen (15, 15') och ut genom den andra tvingas att passera en spalt (20) mellan innerrörets utsida och ytterrörets insida för att förvärmas genom värmeöverföring fràn de heta rökgaserna via ytterröret (10).

3. Rekuperator enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att den enskilda rörenheten (8') har formen av ett U-rör med tvâ rörskänklar (21, 21'), vilka är inbördes förbundna via en sluten U-böj (22) vid en främre ände av rörenheten, och upp- visar såsom inlopp eller utlopp för förbränningsgas tjänande öppningar (15, 15') vid en bakre ände av rörenheten, varvid de 15 25 508 135 9 båda rörskänklarna i området av sagda bakre ände genomskär en (23) gemensam anslutningsplatta anordnad att täcka det vägghàl genom vilket enheten är instucken i den sekundära kammaren (1).

4. Rekuperator enligt något av föregående krav, i synnerhet för förvärmning av oxygen såsom förbränningsgas, k ä n n e - t e c k n a d därav, att sagda rörenheter (8, 8') är helt eller delvis förfärdigade av en aluminiumhaltig, järnbaserad legering som på i och för sig känt sätt är framställd på pnlvermetallurgisk väg.

5. Rekuperator enligt krav 4, k ä n n e t'e c k n a d därav, att sagda legering innefattar 10-40 viktsprocent krom 2-10 viktsprocent aluminium, högst 5 viktsprocent vardera av kobolt, nickel, kisel, mangan, zirkon och/eller titan, dock sammanlagt högst 10 viktsprocent av dessa, mindre än 2 viktsprocent sam- manlagt av tillsatser av kväve, kol och/eller yttrium, hafnium och metaller i gruppen sällsynta jordartsmetaller samt därut- över 0,2-0,1 viktsprocent syre bundet i form av oxider eller andra refraktära föroreningar, resten järn, och att oxiderna föreligger såsom i materialet jämnt fördelade, dispergerade partiklar med en medeldiameter av 1000-3000 Å, varvid kornen i den metalliska fasen är väsentligen likaxliga och varvid det efter bearbetning till rör och värmebehandling vid minst l050°C föreliggande materialet innehåller mycket långsträckta korn med en längd av minst 5 mm och ett förhållande längd/tvärsnitt av minst 10 till 1.