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Verfahren zur Ausnutzung der Abwärme von Stoß- oder Wärmöfen, Siemens-Martin-Öfen
od. dgl. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausnutzung der Abwärme von Stoß-
oder Wärmöfen, Siemens-Martin-Öfen od. dgl., bei denen eine Kühlung von durch Wärme
hochbelasteten Bauteilen durch ein umlaufendes Kühlmittel erfolgt und eine Vorwärmung
des Brenngases oder -öles und der Verbrennungsluft in besonderen Wärmeaustauschern
vorgesehen ist.
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Zur Ausnutzung der Abwärme metallurgischer Öfen ist eine Reihe von
Maßnahmen bekannt. So wird die Abgaswärme von Stoß- und Wärmöfen - deren Gleitschienen
durch Kühlmittel gekühlt werden - für den Betrieb jener Öfen dadurch ausgenutzt,
daß durch die abströmenden Abgase Wärmeaustauscher beaufschlagt werden, die teils
der Verbrennungsluftvorwärmung, teils der Brenngasvorwärmung dienen.
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Auch wird die an ein Kühlmedium, z. B. Luft, das die Gleitschienen
von Stoßöfen durchströmt hat, übergegangene Wärme in einem solchen Ofen dadurch
ausgenutzt, daß diese Luft als Verbrennungsluft Verwendung findet. Ferner ist es
bekannt, neben der Verwertung der an das luftförmige Kühlmittel übergegangenen Wärme
in den Ofenbrennern auch eine entsprechende Ausnutzung bei in gleicher Weise vorgewärmtem
Brenngas vorzusehen.
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Des weiteren ist es bekannt, die Abgase, welche aus Wärmeaustauschern,
die vielfach metallurgischen Öfen - z. B. zwecks Vorwärmung der in solchen Öfen
benötigten Verbrennungsluft - nachgeschaltet sind, austreten, gegebenenfalls noch
Abhitzekesseln zuzuführen.
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Zum Bekannten gehört außerdem eine Vorrichtung zum Kühlen hoch wärmebeanspruchter
Ofenteile, die mittels eines Wasserkreislaufes gekühlt werden und bei der die von
dem Wasser aufgenommene Wärme über einen Wärmeaustauscher auf andere Wärmeverbraucher
übertragen wird.
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Aus einem bekannten Vorschlag ist weiter eine Anlage zur Erzeugung
von Heißwind für einen Schachtofenbetrieb und Heißwasser bzw. Dampf für andere Wärmeverbraucher
zur Verwertung der in den Schachtofenabgasen enthaltenen Wärme bekanntgeworden.
Hierbei wird ein geregelter Teilstrom des Ofenabgases, das vorher Heizflächen einer
mit wasserdurchflossenen Kühlteilen ausgestatteten Brennkammer beaufschlagt hat,
einen Rekuperator zur entsprechenden Endäufheizung des Ofenwindes zugeführt, der
vorher zum Zwecke seiner ersten Vorwärmung über einen Luftvorwärmer geführt wird,
welch letzterer vermittels eines. Wärmespeichers beheizt wird, in den das über die
Heizflächen der Brennkammer erhitzte Kühlwasser ausdampft.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Wärmeinhalt der abziehenden
Ofengase nur so weit für die erforderliche Vorwärmung der Betriebsmedien für die'afenbrenner
mit heranzuziehen, daß der verbleibende Wärmeinhalt derselben auf einer solchen
Höhe gehalten wird, die es ohne weiteres gestattet, in einem durch das Ofenabgas
beheizten, normal ausgebildeten Abhitzekessel einen Nutzdampf höheren Druckes in
ausreichender Menge zu erzeugen.
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Mit den bekannten Maßnahmen ist eine solche vorteilhafte Ausnutzung
der Ofenabwärme nicht erreichbar.
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Dem Bekannten gegenüber besteht die Erfindung darin, daß das aufgeheizte
Kühlmittel von dem Brenngas oder -öl und/oder der Verbrennungsluft durchströmte
Wärmeaustauscher beaufschlagt und diese Medien anschließend vor ihrer Zuleitung
zu den Ofenbrennern weitere von dem Ofenabgas beaufschlagte Wärmeaustauscher durchströmen
und das abziehende Ofenabgas dann in bekannter Weise einem in Strömungsrichtung
nachgeschalteten Abhitzekessel zugeführt wird.
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Durch diese erfinderische Maßnahme ist es nicht nur möglich, gleichzeitig
außer zu der bekannten Vorwärmung der Ofenbrennerbetriebsmedien auch noch zu einer
wirtschaftlich lohnenden Erzeugung eines Nutzdampfes höheren Druckes zu gelangen.
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Eine vorteilhafte Maßnahme, die geeignet ist, das Dampfaufkommen des
Abhitzekessels noch erheblich zu steigern, besteht darin, daß das Kühlmittel nach
dem Durchströmen der dem ersten Vorwärmen des Brenngases oder Brennöles und der
Verbrennungsluft
dienenden Wärmeaustauschern und vor dessen Rückführung
zu den Kühlstellen des Ofens einem weiteren Wärmeaustauscher zugeführt wird, der
der Vorwärmung des Speisewassers dient.
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In der Anordnung der Wärmeaustauscher an sich ist eine gewisse Freizügigkeit
möglich, indem dieselben parallel und/oder hintereinander in den Fluß des wärmeabgebenden
Kühlmittels geschaltet werden können.
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Eine weitere erfindungsgemäße Ausbildung kann ferner darin bestehen,
daß in den Kühlmittelkreislauf vor Eintritt des Kühlmittels in die Kühlstellen ein
mittels eines Luftgebläses oder natürlichen Kaminzuges betriebener Luftkühler geschaltet
wird, dessen Abluft über eine besondere Leitung dem zum Kamin abströmenden Abgas
oder im Bedarfsfalle als Verbrennungsluft dem Brenner zugeführt wird.
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Diese Maßnahme ermöglicht in vorteilhafter Weise bei einem etwaigen
Ausfall des einen oder anderen Wärmeaustauschers im Kühlmittelkreislauf die geregelte
Herunterkühlung des Kühlmittels bzw. bei Ausfall der Wärmeaustauscher zur .Aufheizung
der Verbrennungsluft die Zuführung der aufgeheizten Abluft dieses Luftkühlers als
Verbrennungsluft für die Ofenbrenner.
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Nach einer andersartigen Ausbildung wird in den Kühlmittelkreislauf
die Dampfwassertrommel des Abhitzekessels als Ausgleichsgefäß zwischengeschaltet.
Hierdurch entfällt das sonst in dem Kühlmittelkreislauf anzuordnende Ausgleichsgefäß,
und alle Wärmeschwankungen in diesem Kühlmittelkreislauf werden durch Abfangen der
Temperaturspitzen gut ausgeglichen. Erhöht sich etwa der Wärmeinhalt des Kühlmittels
durch Ausfall des einen oder anderen Wärmeaustauschers in unzulässiger Weise, dann
wird die entsprechende Wärme dem Abhitzekessel übermittelt, wodurch dessen Wärmebilanz
verbessert wird. Das aus der Dampfwassertrommel im Kühlmittelkreislauf zurückgelangende
Kühlmittel dagegen weist immer eine gleichmäßig tiefe Temperatur auf, da die Temperaturspitzen
des in die Dampfwassertrommel eintretenden Kühlmittels hier abgefangen werden.
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Die Erfindung ist in zwei Beispielen vereinfacht in der Zeichnung
dargestellt, und zwar zeigt F i g. 1 einen Stoßofen mit einer Abwärmeausnutzung
in bekannter Ausführung, F i g. 2 die Abwärmeausnutzung bei Stoßöfen in der erfindungsgemäßen
Ausbildung, F i g. 3 die Abwärmeausnutzung bei mit Türkühlrahmen versehenen Siemens-Martin-Öfen
und nachgeschaltetem Abhitzekessel und F i g. 4 die Abwärmeausnutzung bei Stoßöfen
mit als Ausgleichsgefäß geschalteter Dampfwassertrommel des Abhitzekessels.
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In F i g. 1 wird eine bei Stoßöfen bekannte Wärmeausnutzung gezeigt.
Der Stoßofen ist mit 1 bezeichnet. Die gekühlten Gleitschienen 2 und die Trägergerüstrohre
3 des Stoßofens 1 sind hierbei von einem diese durchströmenden Kühlmittel
gekühlt. Die Ausnutzung der Abwärme erfolgt in diesem Falle lediglich dadurch, daß
die aus dem Ofen austretenden Abgase zunächst einen Vorwärmer 4 zur Vorwärmung der
Verbrennungsluft durchströmen, um anschließend einen oder mehrere Wärmeaustauscher
5 zu durchströmen, die dem Vorwärmen des Verbrennungsgases dienen. Die Abgase werden
dann in den Kamin 6 abgeführt. Die Verbrennungsluft und das Verbrennungsgas werden
über Leitungen 7, 8 den Ofenbrennern 9 und 10 zugeleitet.
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Die F i g. 2 zeigt eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens. Auch hier ist der Stoßofen mit 1 bezeichnet, dessen Gleitschienen 2
und deren Trägergerüstrohre 3 durch ein Kühlmittel gekühlt werden. Das entsprechend
aufgeheizt und dem Kühlbereich des Ofens austretende Kühlmittel durchfließt nacheinander
einen Wärmeaustauscher 11 zur ersten Vorwärmung der Verbrennungsluft und einen Wärmeaustauscher
12 zur ersten Vorwärmung des Verbrennungsgases bzw. zur Vorwärmung des Brennöles,
falls ölheizung für den Ofen vorgesehen ist. Anschließend wird das Kühlmittel durch
einen Wärmeaustauscher 13, z. B. einen Ekonomiser, geführt, der der Vorwärmung des
Speisewassers für den Abhitzekessel 14 dient. Das abgekühlte Kühlmittel wird
dann durch die Pumpe 15 in die Kühlflächen des Stoßofens 1 zurückgeführt.
In diesen Kühlmittelkreislauf ist in bekannter Weise ein Ausgleichsgefäß 27 geschaltet.
Das Speisewasser wird in bekannter Weise nach seinem Austritt aus diesem Ekonomiser
in einem Entgaser 16 entgast und durch eine Pumpe 17 dem Abhitzekessel
14 zugeführt. Die Verbrennungsluft und das Brenngas werden nach ihrer ersten
Vorwärmung in den Wärmeaustauschern 11 und 12 durch von dem Ofenabgas
nacheinander beaufschlagten Wärmeaustauschern 18 und 19 und nach erfolgter
Endaufheizung über die Leitungen 7 und 8 den Brennern 9 und 1.0 zur Beheizung des
Stoßofens 1 zugeführt. Das Ofenabgas durchströmt nach dem Verlassen des Wärmeaustauschers
19 die Heizflächen des Abhitzekessels 14, um anschließend in den Kamin 6
zu entweichen.
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In der F i g. 3 ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
bei einem mit einem besonderen Kühlmittelkreislauf zur Kühlung der Türrahmen versehenen
regenerativ befeuerten Siemens-Martin-Ofen gezeigt.
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Der mit 1 bezeichnete Siemens-Martin-Ofen ist mit den Türkühlrahmen
20 ausgerüstet, die durch ein diese durchströmendes Kühlmittel gekühlt werden.
Das Kühlmittel wird nach Verlassen der Ofenkühlstellen einem Luftvorwärmer 21 zugeleitet,
in dem das Kühlmittel seinen Wärmeinhalt an die Verbrennungsluft, die durch ein
Gebläse 22 geliefert wird, zum größten Teil abgibt. Das Kühlmittel durchströmt anschließend
einen Wärmeaustauscher 13 zum Vorwärmen des Speisewassers für den Abhitzekessel
14,
um mittels der Pumpe 15 zu den Kühlstellen 20 des Siemens-Martin-Ofens
1. zurückgeführt zu werden. In diesen Kühlmittelkreislauf ist ebenfalls ein
Ausgleichsgefäß 27 geschaltet. Das Speisewasser wird in bekannter Weise nach seinem
Austritt aus dem Wärmeaustauscher 13 in einem Entgaser 16 entgast und durch eine
Pumpe 17 dem Abhitzekessel 14 zugeführt.
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Die den Wärmeaustauscher 21 vorgewärmt verlassende Verbrennungsluft
wird über eine Drehklappe 23, die dem Reversieren des Ofenbetriebes dient, zur endgültigen
Vorwärmung über den in der vorhergehenden Ofenbetriebsphase durch die Ofenabgase
aufgeheizten Regenerator 24 dem Ofenbrenner 25 zugeführt. Gleichzeitig steht der
in der vorhergehenden Ofenbetriebsphase kaltgeblasene Regenerator 26 zur Wiederaufheizung
durch die Ofenabgase an, die über die Drehklappe 23 und über den Abhitzekesse114
dem Kamin zugeführt werden.
Um bei etwaigem Ausfall des einen oder
anderen Wärmeaustauschers im Kühlmittelkreislauf das mit zu hoher Temperatur zu
den Ofenkühlstellen zurückfließende Kühlmittel regelbar herunterkühlen zu können,
wird in die Rückflußleitung des Kühlmittels ein Luftkühler geschaltet. Die Luft
für den Betrieb des Luftkühlers wird entweder von einem besonderen Gebläse geliefert
oder durch den natürlichen Zug durch den Kühler in regelbarer Menge gesaugt. Die
hierbei erwärmte Abluft wird dem abströmenden Ofenabgas vor dessen Eintritt in den
Kamin zugeleitet oder findet z. B. bei Gebläsebetrieb als Verbrennungsluft Verwendung.
(Diese Ausgestaltung ist nicht gezeichnet.) Eine weitere Schaltungsmöglichkeit für
den Kühlmittelkreislauf zeigt F i g. 4. Hierbei entfällt das sonst erforderliche
Ausgleichsgefäß 27, das durch die Dampfwassertrommel des Abhitzekessels 14 gebildet
wird, in der dann auch etwa eintretende Temperaturspitzen des Kühlmittels wirkungsvoll
aufgefangen werden, und die hierbei aufgenommene Wärme dient dann zu einer Verbesserung
der Nutzdampferzeugung des Abhitzekessels 14. Im übrigen entspricht die Schaltung
des Kühlmittelkreislaufes derjenigen nach F i g. 2. Eine gleiche Anordnung ist selbstverständlich
auch bei dem in F i g. 3 gezeigten Kühlmittelkreis möglich.