NO146151B - Kjoeleanordning for hete gasser i ledninger - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en kjøleanordning for hete gasser i

ledninger, særlig for hete avgasser fra industriovner.

Skjønt kjøleanordningen ifølge oppfinnelsen prinsipielt kan finne anvendelse i enhver gassledning hvor hete gasser skal av-kjøles, vil den i det følgende som konkret eksempel bli belyst ved en anvendelse på avgassledninger fra industriovner hvor ledningene er utstyrt med friskluft-tilførsel. Slike avgass- eller gass-avsugningsledninger med regulerbar eller ikke regulerbar friskluft-tilførsel er kjent bl.a. fra elektriske lysbueovner til fremstilling av elektrostål.

Ved disse ovner blir der hensiktsmessig i gassavsugnings-ledningen bak et strupeorgan, regnet i strømningsretningen, anordnet en regulerbar tilførsel av tilskudds- eller friskluft. Hensikten med denne lufttilførsel er bl.a. å sørge for en etterforbrenning av de hete avgasser fra ovnen samt en avkjøling av disse.

Avkjølingen av gassene understøttes av et for det meste vannkjølet avgassledningsstykke, fortrinnsvis i en rør-mot-rør-konstruksjon, som slutter seg til ledningssystemet på stedet for den nevnte friskluft-tilførsel og i det følgende kort vil bli betegnet som tilslutningsledning eller tilslutningsstykke.

Denne vannkjølte tilslutningsledning bør av hensyn til omkostninger og plass ikke overskride en bestemt lengde, omtrent i størrelsesorden 15 m, og på den annen side blir der på denne strekning resp. lengde av tilslutningsledningen tilstrebet en av-kjøling av gassene med minst 400 C°.

Det er nå uten videre klart at det av energiøkonomiske grunner er gunstig om den vannkjølte tilslutningslednings andel i kjøle-virkningen er størst mulig i forhold til kjølevirkningen av tilskuddsluft, for det første fordi den inntredende oppvarmning av kjølevannet representerer en energi som kan gjenvinnes, og for det annet fordi en stor andel av friskluft betyr et direkte tap i denne energi som ellers kunne gjenvinnes, og der dessuten ville behøves avkjølingsventilatorer med større ytelse. Dette forhold får som praktisk konsekvens at tilførselen av friskluft bør reduseres til det nødvendige minimum, og de hete avgasser bringes i mest mulig intim kontakt med kjøleelementer som eventuelt muliggjør en energigjenvinning som lar seg utnytte. Slike kjøleelementer er f.eks., som det fremgår av det foregående, tilslutningsledningens kjølerør.

Nå skjer imidlertid tilførselen av den relativt kjølige friskluft ved avgassledningens periferi på stedet for gassenes inngang i tilslutningsledningen. I denne danner der seg derfor en slags slange, altså et periferisk skikt, av kjølig friskluft som omgir en het gasskjerne. Denne strømningsform har den dobbelte ulempe at sammenblandingen av luft og igass bare blir ufullkommen og der derfor behøves uforholdsmessig store luft-mengder for etterforbrenningen av gassene, og at luftslangen holdes borte fra den kjølende ledningsvegg, i motsetning til hva som tilstrebes.

Men selv om der ikke skulle inntre utformning av noen luftslange, f.eks. idet der treffes egnede forholdsregler til intens gjennomblanding av inntredende friskluft og hete gasser, vil allikevel ikke det hele volum av blandingen på dennes for-holdsvis korte vei gjennom tilslutningsledningen bli bragt i kontakt med den kjølende vegg på optimal måte.

Oppfinnelsen gir anvisning på en kjøleanordning av den innledningsvis nevnte art, hvormed ulempene og ufullkommenhetene ved teknikkens stadium langt på vei blir eliminiert, idet avkjø-lingsvirkningen på de avgasser som passerer er bestemt avgassledningsavsnitt, med enkle midler blir betydelig forsterket og den avgitte energi eventuelt lar seg gjenvinne.

Man går her ut fra en kjent teknikk som angitt i hovedkravets innledning, og som altså innebærer at man til kjølingen av avgassene gjør bruk av et avgassledningsavsnitt med innsatte kjølepaneler som har form av rørsløyfer og er anordnet på tvers av strømningsretningen, og hvor rørsløyfene er anordnet flerdobbelt bak hverandre og gjennomstrømmes av kjølevæske eller kjøledamp. Ved den kjente utførelse arbeider panelene og deres rørsløyfer som varmevekslere, og avgassen får også sin kjøling hovedsakelig ved disse rørsløyfer hos panelene. De brennbare bestanddeler i avgassen avgir sin følbare varme, men der skjer ingen etterforbrenning. For gjenvinning av varme i forbindelse med selve anordningen gjør man altså ikke bruk av de brennbare bestanddeler, og hvis man forbrenner disse,så skjer det dermed selvsagt i et eksotermt varmeforløp og således prinsippielt også med temperaturhøyning•

Til grunn for oppfinnelsen ligger nå nærmere bestemt den oppgave å utforme en anordning av den sistnevnte art videre slik at det i forbindelse med tilførsel av tilleggsluf t og etterforbrenning av de brennbare bestanddeler i avgassledningsavnit-tet allikevel er mulig å oppnå den korrekte kjøling av avgassene på en meget kort strekning. Kort strekning betyr at selve avgassledningsavsnittet kan utføres tilsvarende kort. For løs-ning av denne oppgave blir anordningen ifølge oppfinnelsen ut-formet som angitt i hovedkravets karakteristikk.

Ved den foretrukne utførelsesform for oppfinnelsen er panelenes rør i paneler som følger på hverandre i strømnings-retningen forskutt, sidelengs i forhold til hverandre i tverr-retningen.

Med oppfinnelsen oppnår man en rekke spesielle virk-ninger: den tilleggsluft som trenger inn gjennom den roterende innløpsluftspalte i avgassledningens vegg kan ved anordningen ifølge oppfinnelsen ikke i likhet med en kaldluftkvei1 danne en kaldluftkveil omkring de hete avgasser som strømmer i kjernen. Tvertimot virker panelenes rørsløyfer som turbulens-utviklende innlegg, så der i praksis på hvert rør utformer seg en karmansk hvirvelgate,og der som resultat i forbindelse med kraftig gjennomblanding oppstår et strømningsfelt med homogen isotrop turbulens.

Foruten at forbrenningen således skjer på kort strekning, forbedrer turbulensen samtidig varmeovergangen til rørene eller rørsløyfene, og det ikke bare til rørene eller rørsløyfene i panelene, men også og spesielt til de rør eller rørsløyfer som avgassledningsavsnittet i sveiset utførelse rør mot rør er opp-bygd av. Dette gjør det likeledes mulig å arbeide med et meget kort avgassledningsavsnitt.

Av denne redegjørelse fremgår det således at kalorier

fra de brennbare bestanddeler ved en realisering av oppfinnel-sens lære ved hjelp av anordningen ifølge oppfinnelsen blir tilført varmegjenvinninger til tross for den korte utformning

av anordningen til formålet, samtidig som denne utmerker seg ved god termodynamisk virkningsgrad med hensyn til varmeuveks-1 ingen.

Et utførelseseksempel på kjøleanordningen ifølge oppfinnelsen er vist på tegningen og vil bli beskrevet nærmere i det følgende. Fig. 1 er et oppriss av et avgassledningsavsnitt med kjøle-paneler innført i ledningen.

Fig. 2 viser et snitt etter linjen A-B på fig. 1.

På figurene er samme deler forsynt med samme henvisningstall.

Fig. 1 viser et avsnitt av en avgassledning, f.eks. fra en elektrisk lysbueovn, bestående av et endeparti 4 av et rør, f.eks. nedstrømsenden av ovnsbendet, en tilskuddsluft-regulering 6 i samsvar med luxemburgisk patentsøknad nr. 80 034, samt en damp-eller vannkjølt tilslutningsledning 8 i rør-mot-rør-utførelse, hvori der er innbygget kjølepaneler 10, 12, 14, 16, likeledes i damp- eller væskekjølt rør-mot-rør-utførelse, plasert etter hverandre i gassenes strømningsretning 18' og loddrett på denne. En luftspalte 18 sikrer stadig tilførsel av et minste kvantum av tilskuddsluft fra omgivelsene.

En regulering av tilskuddsluften kan fordelaktig skje ved hjelp av et reguleringsorgan 6 i samsvar med den ovennevnte luxemburgiske patentsøknad. Her blir segmentformede spjeld 20, 22, 20', 22' åpnet eller lukket i kronbladlignende form ved hjelp av servojekker, hvorav der for enkelhets skyld bare er vist to; som er betegnet med 24 og 24'.

Som det uten vanskelighet kan ses fra fig. 1, må der på grunn av kjøleluften som strømmer inn ved 18/ i det indre av ledningen 8 danne seg et kaldere randskikt langs veggene, så

den tilstrebede kjøling av de hete avgasser i det minste blir sterkt begrenset om der ikke treffes spesielle forholdsregler.

Disse forholdsregler består ifølge oppfinnelsen i anvendelsen av de nevnte kjølepaneler 10, 12, 14, 16 i damp- eller fortrinnsvis vannkjølt rør-mot-rør-utførelse. Hvert av disse kjølepaneler har et innløp 26 og et utløp 28, og mellom disse sirkulerer kjøle-vannet flere ganger serpentinformig opp og ned (fig. 1). Et bestemt antall av disse rørserpentiner er ved hvert panel, f.eks. panelet 10, parallelt tilsluttet felles innløps- og utløps-vannkasser henholdsvis 10' og 10". Denne parallelle anordning av enkelte rørserpentiner fremgår også av fig. 2. Hensiktsmessig er rørserpentinene i to paneler som følger på hverandre i gassens strømningsretning, anordnet forskutt, slik det fremgår av be-tegnelsene 14k, 16^, f°r enkeltvis avmerkede serpen-tiner i panelene 14 og 16. Takket være denne forskutte anordning fås optimal kontakt mellom de hete avgasser og panelenes kjøle-rør.

Foruten en direkte kjølevirkning på gjennomstrømmende

gasser tar oppfinnelsen også sikte på en viss gjennomhvirvling av gassene, hvorved ikke bare kontakten med selve kjølepanelenes kjølerør, men også kontakten med veggen av det kjølede tilslutningsstykke 8 blir forbedret, idet den ovennevnte kaldluftslange blir ødelagt ved hvirveldannelse.

Som det fremgår av tegningen, er panelene innført enkeltvis

i tilslutningsstykket 8, hensiktsmessig ovenfra, og montert på en felles grunnplate 30. En demontering av panelene for vedlikehold eller reparasjon eller for rensning av tilslutningsstykket 8 for avleiret støv kan således gjennomføres uten problemer. Hensiktsmessig er panelene bygget på et modul-system og kan varieres med hensyn til innbygningsantall, alt etter avkjølingskravene. Ved fjernelse av et panel kan åpningen for panelet lukkes med et blind-deksel.

Claims (4)

1. Anordning til kjøling av hete avgasser som inneholder brennbare bestanddeler, særlig fra industriovner, og bestående av et avgassledningsavsnitt med insatte kjølepaneler som dan-nes av rørsløyfer og er anordnet på tvers av strømningsret-ningen, og hvor rørsløyfene er anordnet flerdobbelt bak hverandre og gjennomstrømmes av kjølevæske eller kjøledamp, karakterisert ved at der i avgassledningsavsnittet (4) på oppstrømssiden foran panelene er anordnet et inn-løp for tilleggsluft med roterende innløpsspalte (18) for denne, og at avgassledningsavsnittet (4) som i og for eeg kjent er oppbygget av rørsløyfer eller rør sammensveiset rør mot rør.

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at rørsløyfene i paneler som følger på hverandre i strømningsretningen,er anordnet innbyrdes forskutt i tverretningen (14k, 16k, 14k+1, 16k+1)•

3. Anordning som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at hvert panel (1*0, 12, 14, 16) har en for alle rørene felles vanninnløps- og en felles vannutløps-kasse (henholdsvis 10', 12', 14', 16' og 10", 12", 14", 16") som et bestemt antall rørserpentiner i rør-mot-rør-konstruksjonen er tilkoblet parallelt.

4. Anordning som angitt i krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at panelene (10, 12, 14, 16) er montert enkeltvis på en felles grunnplate (30) som sammen med avgassled-ningen (8) danner en mekanisk enhet.