DE2950533C2 - Rekuperator - Google Patents

Description

dem vorgeordneten Wärmeaustauscher die dem heißen sein Heißgas-Austrittsende angesetzten, die Heißgase Abgas zugewandten Wände der Kanäle aus hitzebe- zunächst senkrecht zur Rohrrichtung, dann nach ständigem Stahl mit einer feuerfesten Schutzschicht Umbiegung der Strömung entgegengesetzt zu dieser fi ausgekleidet sind und die Kanäle von vorzuwärmenden und quer zu den Heißgasrohren in den Rekuperator || Gasen umspült werden, wobei für die Führung der Gase 5 rück- und aus diesem in den Abgaskanal zuführenden If Leitbleche eingebaut sind. Die Summe der Kanalquer- HeißgaskanaL Die den Rekuperator verlassenden Il schnitte ist ofenseitig, bezogen auf den Querschnitt des Heißgase werden dabei durch den Heißgaskanal to Abgaskanals unter Berücksichtigung der höchstzulässi- nochmals quer durch den Rekuperator hindurchgeführt I| gen Abgasmenge möglichst klein und die verbleibende Dadurch wird eine Intensivierung des Wärmeaustau- $1 ofenseitige Stirnfläche ist mit einer starken Schicht aus io sches und eine Verminderung der Wärmespannungen ff feuerfestem Material versehen. Hierdurch wird einmal im Rekuperator infolge unterschiedlicher Ausdehnung % der vorgeordnete Wärmeaustauscher vor Überhitzung von Mantel- und Heißgasrohren bewirkt, weil die geschützt und außerdem Wärmeeinstrahlung in den Temperaturunterschiede zwischen Heißgasrohr und Abgaskanal hinter dein vorgeordneten Wärmeaustau- Mantelrohr vermindert werden. Diese Lösung ermögscher vermieden. 15 licht eine verhältnismäßig kurze Baulänge des Rekupe-

Der bekannte Rekuperator ist nur als dem eigentli- rato^s. Bei gleichem Wärmeaustausch ohne diese chen vorgeschalteter Rekuperator geeignet, weil er zweifache Durchführung der Heißgase durch den sowohl im Hinblick auf seine Konstruktion, als auch im Rekuperator müßte dessen Baulänge erheblich größer Hinblick auf die zulässigen Materialtemperaturen des sein. Der Heißgaskanal kann aus einem metallischen nachgeschalteten Kanalrekuperators nur für Vorwärm- 20 Kasten mit keramischer Auskleidung bestehen. Er kann temperaturen bis zu ~ 300° C ausgelegt werden kann. jedoch auch mindestens teilweise in den Abgaskanal

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist nun die eingeformt sein.

Schaffung eines Rekuperators, der die Funktion des vor- Um eine Wärmeausdehnung zu erleichtern, können

und gleichzeitig des nachgeschalteten Wärmetauschers gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfinübernehmen kann. Es versteht sich natürlich, daß der 25 dungsgemäßen Rekuperators Kondensatoren in den erfindungsgemäß zu schaffende Rekuperator bei ent- Sammelkanälen für die vorzuwärmenden Gase vorgesesprechender Auslegung auch als vorgeschalteter Re- hen sein,
kuperator verwendbar sein soll. Die Heizfläche des Rekuperators soll für die

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Rekupera- Gasvorwärmung bis auf 750° C ausgelegt sein,
tor der eingangs genannten Gattung vorgeschlagen, daß 30 Um den Rekuperator vor übermäßiger Wärmeeindie Zwangsführung aus die Mittelteile der Heißgasrohre strahlung aus dem davor liegenden Heißgaskanal zu mit Abstand umgebenden und in durch Distanzstückc schützen, soll gemäß einer weiteren bevorzugten gegenüber den Heißgasrohren festgelegten Mantelroh- Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Rekuperators ren besteht, deren Enden jeweils in einen, die freien die Summe der Eintrittsquerschnitte der Heißgasrohre Endteile der Heißgasrohre umgebenden Zu- und 35 10 bis 25%, vorzugsweise 15 bis 20% der Anströmfläche Abfuhrsammelkanal für die zu erwärmenden Gase des Rekuperators betragen,
münden. Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher

Zum Schutz des Rekuperators gegen die Wärme- erläutert

strahlung ' aus den Heißgasen sollen gemäß einer F i g. i zeigt einen Längsschnitt,

bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen 40 F i g. 2 einen Querschnitt des Rekuperators,
Rekuperators die den Heißgasen ausgesetzten Innen- Fig.3 einen Längsschnitt des Rekuperators als

wände der Heißgasrohre und die Stirnflächen des vorgeschalteter Wärmetauscher im eingebauten ZuRekuperators mit feuerfester Masse beschichtet sein. stand in einem Abgaskanal,

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Mantel- F i g. 4 einen Längsschnitt des Rekuperators in

kühlung der Heißgasrohre wird gegenüber der aus der 45 anderer Ausführungsform als eigenständiger (einziger) DE-OS 25 25 928 bekannten Lösung eine Intensivierung Wärmetauscher im eingebauten Zustand in einem des Wärmeaustausche zwischen den Heißgasen und den Abgaskanal.

die Mantelrohre durchströmenden vorzuwärmenden Der Rekuperator besteht aus einer Mehrzahl von

Gasen erreicht Ein optimaler Wärmeaustausch wird bei Heißgasrohren 1, die konzentrisch von Mantelrohren 2 einer Strömungsrichtung der vorzuwärmenden Gase in 50 in einem durch Distanzstücke 3 festgelegten Abstand entgegengesetzter Richtung zu der Strömungsrichtung umgeben sind. Die Heißgasrohre sind in Stirnplatten 4,5 der Heißgase erzielt Bei einer bevorzugten Ausgestal- eingesetzt, die, wie auch die Heißgasrohre 1, durch tung des erfindungsgemäßen Rekuperators ist jedoch keramische feuerfeste Masse 13, 14, 15 thermisch der Einströmkanal für die vorzuwärmenden Gase an die geschützt sind. Die kürzeren Mantelrohre 2 sind mit thermisch besonders hochbelastete Heißgasanströmsei- 55 ihren Enden in parallelen Stirnplatten 6, 7 eingete des Rekuperators gelegt, wobei durch Anordnung schweißt Die sich im Abstand gegenüberstehenden eines Leitblechs in dem Einströmsammeikanal die Stirnplatten 4,6 bzw. 5, 7 bilden in Verbindung mit den vorzuwärmenden Gase zunächst an der Anströmseite sie umgebenden Mantelblechen 8 bzw. 9 je einen des Rekuperators zur Kühlung derselben entlangge- Sammelkanal für die in den Rekuperator hinein- und führt werden. Sie gelangen dann in die durch das 60 wieder herausgeführten vorzuwärmenden Gase. Die Leitblech abgetrennte zweite Kammer des Gasein- Gase gelangen durch den Einströmstutzen 11 in den Strömkanals, von der sich die vorzuwärmenden Gase in Einströmsammeikanal, der durch ein Leitblech 10 die einzelnen Mantelrohre zur Übertragung der Wärme unterteilt ist, durchströmen dann den Zwischenraum der Heißgase verteilen. Dabei ergibt sich eine zwischen den Mantelrohren 2 und den Heißgasrohren 1 Strömungsrichtiing der vorzuwärmenden Gase in 65 unter Aufnahme der von den Heißgasen beim derselben Richtung wie die der Heißgase. Durchströmen der Heißgasrohre 1 abgegebenen Wär-

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemä- me, gelangen in den Abströmsammelkanal und werden Ben Rekuperators ist gekennzeichnet durch einen an durch den Austrittsstutzen 12 abgeführt.

Der Raum 16 zwischen den Stirnplatten 6, 7 und den Mantelrohren 2 kann mit Isoliermaterial ausgefüllt sein, wenn der Rekuperator einem Konvektionskanalrekuperator vorgeschaltet ist.

Fig.3 weist den erfindungsgemäßen ebenfalls als einem Konvektionskanalrekuperator vorgeschalteten Rekuperator, eingebaut in einen Abgaskanal 20. Vor und hinter dem Rekuperator sind zusätzliche Schutzwände 17, 18 angeordnet Dabei ist der Raum 16 zwischen den Stirnplatten 6, 7 und den Mantelrohren 2 nicht mit Isoliermaterial ausgefüllt, sondern es sind an beiden Seiten Einstrahlungsräume 19 vorgesehen, die mit dem Abgaskanal 20 in Verbindung stehen. Beide Einstrahlungsräume 19 sowie der Raum 16 sind in Höhe der Luftein- bzw. -austrittsstutzen durch eine Hänge- is deckenkonstruktion oder durch ein Gewölbe abgedeckt. Bei dem in F i g. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Rekuperator so ausgelegt, daß er die Funktion eines vor- und eines nachgeschalteten Wärmetauschers übernehmen kann. An der Abströmseite des Rekuperators ist ein Heißgaskanal 21 angeordnet, der die Heißgase zunächst senkrecht, dann in entgegengesetzter Richtung und schließlich in Richtung quer zur Strömungsrichtung der Heißgase in den Heißgasrohren 1 umlenkt und durch den Rekuperator hindurch zu nochmaligem Wärmeaustausch und dann in den Abgaskanal 20 leitet Der Heißgaskanal 21 kann durch einen metallischen mit feuerfestem Material beschichteten Kasten, aber auch durch eine entsprechende Ausformung des Abgaskanals gebildet sein.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche: von 2^ ^-1350° C zu erzielen, ist es erforderlich, daß die Verbrennungsmedien, in der Regel Luft und Gas,

1. Rekuperator, der aus einer Mehrzahl parallel besonders hoch vorgewärmt werden. Je höher die angeordneter, beidseitig in Stirnplatten, Löcher in Vorwärmung der eingesetzten Schwachgase, um so diesen durchdringend, eingesetzter Heißgasrohre 5 höher ist die erreichbare Endtemperatur der Brennerund einer Zwangsführung für die die Heißgasrohre flamme. Diese Vorwärmung erfolgt durch Wärmeausumströmenden vorzuwärmenden Gase besteht, tauscher im Abgaskanal des Tiefofens.

dadurch gekennzeichnet, daß die Zwangs- Um die große Wärmemenge der Abgase zu nutzen, führung aus die Mittelteile der Heißgasrohre (1) mit wurden anfangs keramische Wärmeaustauscher einge-Abstand umgebenden und in durch Distanzstücke (3) 10 setzt, die einer hohen Temperaturbelastung unterworgegenüber den Heißgasrohren (1) festgelegten fen werden konnten. Nachteilig war bei diesen Mantelrohren (2) besteht, deren Enden jeweils in Wärmeaustauschern die große Undichtigkeit und die einen, die freien Endteile der Heißgasrohre (1) niedrige Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsumgebenden Zu- und Abfuhrsammeikanal (7) für die luft, so daß eine exakte Flammenausbildung mit derart zu erwärmenden Gase münden. 15 vorgewärmten Verbrennungsmedien trotz hoher Vor-

2. Rekuperator für Wärmeaustausch mittels wärmung nicht möglich war. Aus diesem Grunde Heißgasen, die eine Temperatur von 1200° C oder wurden Rekuperatoren aus hitzebeständigem Stahl höher haben, nach Anspruch 1, dadurch gekenn- entwickelt, deren Haltbarkeit allerdings Grenzen zeichnet, daß die von den Heißgasen umströmten gesetzt sind. Bei den derzeit verwendeten hitzebeständi-Flächen der Heißgasrohre (1) und die Stirnflächen 20 gen Stählen ist eine längere Haltbarkeit der Wärmeausdes Rekuperators mit feuerfester Masse (13,14,15) tauscher nur dann zu erwarten, wenn das Abgas eine beschichtet sind. Temperatur von 900° C nicht überschreitet Da aber der

3. Rekuperator nach Anspruch 1 oder 2, gekenn- Stahlblock z. B. auch einer Walztemperatur von 1250°C zeichnet durch einen an sein Heißgas-Austrittsende ausgesetzt wird, verlassen die heißen Abgase den angesetzten, die Heißgase zunächst senkrecht zur 25 Tiefofen mit Temperaturen von 1200° C und höher. Rohrrichtung, dann nach Umbiegung der Strömung Man hat daher vor dem eigentlichen Wärmetauscher entgegengesetzt zu dieser und quer zu den aus hitzebeständigem Stahl (Kanalkonvektionsrekupe-Heißgasrohren (1) in den Rekuperator rück- und aus rator) einen kleineren Kanalkonvektionsrekuperator, diesem in den Abgaskanal (20) zuführenden Heiß- luftseitig parallel geschaltet, angeordnet, der die heißen gaskanal (21). 30 Abgase auf eine Temperatur abkühlen soll, die für den

4. Rekuperator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, nachfolgenden Wärmetauscher aus hitzebeständigem dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Platten Stahl vertretbar ist. Der vorgeordnete Wärmetauscher (4, 6; 5, 7) und die Mantelbleche (8, 9) gebildeten mußte aufgrund schnellen Verschleißes häufig ausge-Gassammelkanäle mit Kompensatoren (22) ausgerü- wechselt werden.

stet sind. 35 Denn bei Erreichen der Solltemperatur des Einsatz-S.Rekuperator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, materials von 1200—128O⁰C wird, zum Zweck des dadurch gekennzeichnet, daß die Heizfläche für die Temperaturausgleiches im Material, die Brennstoffmen-Gasvorwärmung bis auf 750° C ausgelegt ist. ge und damit auch die Verbrennungsluftmenge kontinu-

6. Rekuperator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ierlich bis auf etwa 15% der Maximalmenge gedrosselt dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der 40 Dadurch ergibt sich bei höchster Abgastemperatur ein Eintrittsquerschnitte der Heißgasrohrs (1) 10 bis nur noch geringer Kühleffekt für die Rekuperatoren, 25%, vorzugsweise 15 bis 20% der Anströmfläche zumal der Gesamtluftstrom aufgeteilt werden muß.

des Rekuperators beträgt Während des Aufheizvorganges und nach Erreichen

7. Rekuperator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, der Solltemperatur kommt es, besonders in Verbindung dadurch gekennzeichnet, daß in den Gaseintritts- 45 mit der sich entsprechend der abnehmenden Brennstoffsammelkanal (4, 6, 8) an der Heißgasanströmseite menge schließenden Abgasklappe hinter den Rekuperades Rekuperators ein Leitblech (10) derart angeord- toren, zu einer Aufladung des sich dem Ofen net ist, daß dieser Kanal (4,6,8) in zwei vertikale, im anschließenden Abgaskanals vor den Rekuperatoren bis Bodenbereich des Rekuperators miteinander in zur Solltemperatur, so daß in Folge der Festkörper-Verbindung stehende Kammern unterteilt ist, von 50 strahlung der Wände sowie der Gasstrahlung der denen die der Heißgasanströmfläche des Rekupera- Abgasschichten die zulässigen Materialtemperaturen tors näher liegende an den Gaseinströmstutzen (11) häufig überschritten werden.

angeschlossen ist. Zur Verbesserung der Rekuperatorstandzeit wurden

deshalb unter Zuhilfenahme eines Mischgitters erhebli-

ss ehe Kühlluftmengen direkt in den Abgaskanal vor den

Wärmetauschern geblasen, um eine gewisse Abkühlung der Abgase zu erzielen. Diese Kühlluftmengen belasten

Die Erfindung betrifft einen Rekuperator, der aus die Saugzuganlage in hohem Maße und führen neben einer Mehrzahl parallel angeordneter, beidseitig in höheren Investitions-und Betriebskosten, bedingt durch Stirnplatten, Löcher in diesen durchdringend, eingesetz- ω groß dimensionierte Kanäle sowie Saugzug- und ter Heißgasrohre und einer Zwangsführung für die die Kühlluftanlagen, wegen des kleineren ausnutzbaren Heißgasrohre umströmenden vorzuwärmenden Gase Wärmegefälles zu einer Verschlechterung des Gesamtbesteht. Wirkungsgrades der Ofenanlage.

In der Stahlindustrie werden zum Beispiel zur Eine Standzeitverbesserung ist dadurch jedoch nur

Aufheizung der gegossenen Blöcke auf Walztemperatur 65 für den nachgeordneten Rekuperator erreicht worden. Tiefofen eingesetzt, bei denen zur Beheizung z. B. Eine Verbesserung dieser bisher unbefriedigend

Schwachgase als Brennstoffe herangezogen werden. gelösten Verhältnisse brachte die aus der DE-OS Um dabei eine hinreichende Temperatur des Ofenraums 25 25 928 bekannte Lösung. Sie besteht darin, daß bei