DE3103034A1

DE3103034A1 - Rekuperator

Info

Publication number: DE3103034A1
Application number: DE19813103034
Authority: DE
Inventors: Rudolf Graf; Manfred Ing.(grad.) 4100 Duisburg Gruner
Original assignee: Krupp Stahl AG
Current assignee: Krupp Hoesch Stahl AG
Priority date: 1979-12-15
Filing date: 1981-01-30
Publication date: 1982-10-28
Also published as: DE3103034C2

Description

PATBNTANWALTSBÜRO Γ SCHUMANNSTR. Ο7 . D-4000 DÜSSELDORF f,

Rekuperator
Zusatz zu Patent (Patentanmeldung P 29 50 533.7)

Die Erfindung betrifft einen Rekuperator, der aus einer Mehrzahl parallel angeordneter, beidseitig in Stirnplatten, Löcher in diesen durchdringend, eingesetzter Heißgasrohre und einer Zwangsführung für die die Heißgasrohre umströmenden vorzuwärmenden Gase besteht und bei dem die Zwangsführung der vorzuwärmenden Gase aus die Heißgasrohre in durch Distanzstücke festgelegtem Abstand umgebenden, mit ihren Enden in Zu- bzw. Abfuhrsammelkanäle für die vorzuwärmenden Gase mündenden Mantelrohren gegeben ist.

In der Stahlindustrie werden zum Beispiel zur Aufheizung der gegossenen Blöcke auf Walζtemperatur Tiefofen eingesetzt, bei denen zur Beheizung z.B. Schwachgase als Brenn-

PAHNIANWAUE: $

OlpL-Iny. W. COHAIISZ DipHng. R KNAUf · Dipl. Im). H. B COHAUSZ · Dipl.-Ing. 11 H. WhRNER |;

Krupp Stahl AG jjf

Alleestr. 165 J*

4630 Bochum L

■ Stoffe herangezogen werden. Um dabei eine hinreichende

J Temperatur des Ofenraums von z.B. 135o° C zu erzielen, ist ,:| f - es erforderlich, daß die Verbrennungsmedien, in der Regel

vjj ( ■ Luft und Gas, besonders hoch vorgewärmt werden. Je höher

\ die Vorwärmung der eingesetzten Schwachgase, um so höher

.!J ist die erreichbare Endtemperatur der Brennerflamme. Diese

\ . Vorwärmung erfolgt durch Wärmeaustauscher im Abgaskanal des

jj Tief of ens.
-j

•,I Um die große Wärmemenge der Abgase zu nutzen, wurden

\ anfangs keramische Wärmeaustauscher eingesetzt, die einer

⁵ . hohen Temperaturbelastung unterworfen werden konnten.

j Nachteilig war bei diesen Wärmeaustauschern die große Un-

j dichtigkeit und die niedrige Strömungsgeschwindigkeit

, der Verbrennungsluft, so daß eine exakte Flammenausbildung

ν mit derart vorgewärmten Verbrennungsmedien trotz hoher

i Vorwärmung nicht möglich "war. Aus diesem Grunde wurden

J Rekuperatoren aus hitzebeständigem Stahl entwickelt, deren

■' Haltbarkeit allerdings Grenzen gesetzt sind. Bei den

j derzeit verwendeten hitzebeständigen Stählen ist eine

längere Haltbarkeit der Wärmeaustauscher nur dann zu

I erwarten, wenn das Abgas eine Temperatur von 900 C nicht

, überschreitet. Da aber der Stahlblock z.B. auch einer

^: Walztemperatur von 1250 C ausgesetzt wird, verlassen die

'_',. heißen Abgase den Tiefofen mit Temperaturen von 1200 C

.j „ und höher.

^;i Man hat daher vor dem eigentlichen Wärmetauscher aus hitzebe-

• ständigem Stahl (Kanalkonvektionsrekuperator) einen kleineren

Ί Kanalkonvektionsrekuperator, luftseitig parallel geschaltet,

^i angeordnet, der die heißen Abgase auf eine Temperatur abkühlen

■ soll, die für den nachfolgenden Wärmetauscher aus hitzebestän-J digem Stahl vertretbar ist. Der vorgeordnete Wärmetauscher mußt 1 ( aufgrund schnellen Verschleißes häufig ausgewechselt werden.

führen neben höheren Investitions- und Betriebskosten, bedingt
durch groß dimensionierte Kanäle sowie Saugzug- und Kühlluftanlagen, wegen des kleineren ausnutzbaren Wärmegefälles zu
einer Verschlechterung des Gesamtwirkungsgrades der Ofenanlage.

Eine Standzeitverbesserung ist dadurch jedoch nur für den nachgeordneten Rekuperator erreicht worden.

Im Hauptpatent wurde ein Rekuperator, der die Funktion des
vor- und gleichzeitig des nachgeschalteten Wärmetauschers

Denn bei Erreichen der Solltemperatur des Einsatzmaterials von _t" 1200 - 1280 C wird, zum Zweck des Temperaturausgleiches im

.Material, die Brennstoffmenge und damit auch die Verbrennungs- r

( luftmenge kontinuierlich bis auf etwa 15 % der Maximalmenge ge- i^;

drosselt. Dadurch ergibt sich bei höchster Abgastemperatur ein j

nur noch geringer Kühleffekt für die Rekuperatoren, zumal der ρ

Gesamtluftstrom aufgeteilt werden muß. i

Während des Aufheizvorganges und nach Erreichen der Solltempera-

, tür kommt es, besonders in Verbindung mit der sich entsprechend f

der abnehmenden Brennstoffmenge schließenden Abgasklappe hinter *

den Rekuperatoren, zu einer Aufladung des sich dem Ofen an- ■

schließenden Abgaskanals vor den Rekuperatoren bis zur Soll- |,

temperatur, so daß in Folge' der Festkörperstrahlung der i

Wände sowie der Gasstrahlung der Abcjas schichten die zulässigen . ^

Materialtemperaturen häufig überschritten werden. [

Zur Verbesserung der Rekuperatorstandzeit wurden deshalb ;

unter Zuhilfenahme eines Mischgitters erhebliche Kühlluft- r-

mengen direkt in den Abgaskanal vor den Wärmetauschern ge- j,

blasen, um eine gewisse Abkühlung der Abgase zu erzielen. Diese f

^ Kühlluftmengen belasten die Saugzuganlage in hohem Maße und ;

übernehmen kann oder bei entsprechender Auslegung auch als vorgeschalteter Rekuperator verwendbar ist, vorgeschlagen.

^1;i . Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei sehr hohen -Sf

I Abgastemperaturen eine bessere Kühlung bzw. eine bessere

; . Beherrschung der zulässigen Werkstofftemperaturen der

^:] wärmeaufnehmenden Flächen zu erreichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Rekuperator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen.

j Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen

'.■> gekennzeichnet.

ijj Bei dem erfindungsgemäßen Rekuperator wird die gestellte

ύ Aufgabe gelöst, denn es werden nicht nur wie bei dem Reku-

■'.; perator gemäß Hauptpatent die wärmeaufnehmenden Flächen

'\ durch, vorbeiströmende Luft gekühlt, sondern es wird zu-I

*i sätzlich. Wärme aus dem Raum um die Heißgasrohre entzogen.

j Die überschüssige Energie wird nicht nur an die Mantelrohre,

,.*; sondern auch an die Leitbleche und das Mantelblech abge-

>\ geben.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt den Rekuperator in einer teilweise gegeschnittenen Ansicht und

' Fig. 2 von vorn.

Der Rekuperator besteht aus einer Mehrzahl von Heißgasrohren 1 , die von Mantelrohren 2 in einem durch Distanzstücke 3 festgelegten Abstand konzentrisch umgeben sind. Die Heißgasrohre 1 sind in Stirnplatten 4 eingesetzt, die, wie auch die Heißgasrohre 1, durch keramische fesuerfeste

.5.-O.L 310303Λ

*7

Masse 14 thermisch geschützt sind. Die kürzeren Mantelrohre 2 sind mit ihren' Enden in parallelen Stirnplatten 6 eingeschweißt. Die sich im Abstand gegenüberstehenden Stirnplatten 4,6 bilden in Verbindung mit dem Mantelblech 8 je einen Sammelkanal für die in den Rekuperator hinein- und wieder herausgeführten vorzuwärmenden Gase. Die Gase gelangen durch den Einströmstutzen 11 in den Einströmsammelkanal, der durch ein Leitblech 10 unterteilt ist, durchströmen dann den Zwischenraum zwischen den Mantelrohren 2 und den Heißgasrohren 1 unter Aufnahme der von den Abgasen beim Durchströmen der Heißgasrohre 1 abgegebenen ν Wärme, gelangen in den Abstromsammelkanal und werden durch

den Austrittsstutzen 12 abgeführt.

Erfindungsgemäß ist auch der zwischen den Stirnplatten 6 befindliche Raum 16 von dem Mantelblech 8 umgeben, das mit Kondensatoren 22 ausgestattet sein kann. In vertikaler Richtung ist der Raum 16 durch Leitbleche 10a unterteilt. Die Ein- bzw. Austrittsstutzen 11a, 12a schließen den Raum 16 nach oben ab.

Durch eine Verbindung des Austrittsstutzens 12 mit dem Eintrittsstutzen 11a werden die Wärmeaustauschflächen ver- ζ größert und damit zusätzliche Hilfsheizflachen geschaffen.

Aufgrund der großen Brührungsflachen wird auch bei heizwertreichen Gasen (Reichgase), mit einem Luft-Abgasverhältnis

, Nm /h Verbrennungsluft . \ —= ;,

Nm /h Abgas

das bis zu 100% über dem von heizwertarmen Gasen (Armgase) liegt, eine hohe Luftvorwärmung bei wirtschaftlicher Baugröße des Rekuperators erreicht.

■ · β

Rekuperatoren der erfindungsgemäßen Ausführung lassen sich somit hinsichtlich einer hohen Luftvorwärmung sowie der
Beherrschung der zulässigen Materialtemperaturen sehr gut den unterschiedlichen Erfodernissen sowohl von Reichgas als auch von Armgasfeuerungen mit hohen Abgastemperaturen anpassen.

Claims

&"FiORACK PATENTANWALTS BÜRO SCHXJMANNSTR. 97 . D-4000 DÜSSELDORF Telefon:(0211) 683346 Telex:08586513 copd PATENTANWÄLTE; OipL-ing, W. COHAUSZ · Dipl.-Ing. R. KNAUF · Dipl.-Ing. H. B. COHAUSZ · Dipl.-Ing. D H. WERNER 29.1.1981 .'· Ansprüche

1. Rekuperator, der aus einer Mehrzahl parallel angeord- \ neter, beidseitig in Stirnplatten, Löcher in diesen ■; durchdringend, eingesetzter Heißgasrohre und einer I Zwangsführung für die die Heißgasrohre umströmenden ; vorzuwärmenden Gase besteht und bei dem die Zwangs- : führung aus die Heißgasrohre in durch Distanzstücke

festgelegtem Abstand umgebenden, mit ihren Enden in \

Zu- bzw. Abfuhrsammeikanäle für die Gase mündenden

Mantelrohren gegeben ist nach Patent j

(Patentanmeldung P 29 50 533.7), dadurch

gekennzeichnet , daß der Raum (16) um \>

die Heißgasrohre (1) zwischen den Stirnplatten (6) ■■

durch Leitbleche (10a) unterteilt/ von einem Mantel- '

blech (8) umgeben und nach oben durch Ein- und Aus- \- trittsstutzen (11a, 12a) abgeschlossen ist.

2. Rekuperator nach Anspruch 1,dadurch ge- ■ kennzeichnet , daß das Mantelblech (8) i mit Kompensatoren (22) ausgestattet ist. \

79/418¹
W/Ka

\

3. Rekuperator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch J gekennzeichnet, daß der Äustritts-

I stutzen (12) unter Bildung von Hilfsheizflachen wärme-

'' leitend mit dem Eintrittsstutzen (11a) verbunden ist.