CH247527A - Anlage zur Erzeugung erhitzter Gase unter Druck. - Google Patents

Description

      Anlage    zur Erzeugung     erhitzter    Gase unter Druck.    Die Erfindung betrifft eine Anlage zur  Erzeugung erhitzter Gase unter Druck, ins  besondere von     Hochofenwind,    die einen Röh  renerhitzer     aufweist,    dessen     Rohrw        andtem-          peraturen    mindestens teilweise über 650  C  liegen und in dessen     Feuerraum    ein Druck  herrscht, der über dem Atmosphärendruck  liegt.  



  Die     Rohrwände    solcher Röhrenerhitzer  sind, wenn z. B.     Hochofenwind    auf 850<B>'</B> C  zu erhitzen ist, in bezug auf die Beanspru  chung der Materialien allerhöchsten Tempe  raturen ausgesetzt und verlangen daher die       Verwendung    hochwertigen Materials mit ge  nügend hochliegenden     Dauerstandsfestig-          keitswerten    bei genügender     Zunderbeständig-          keit.    Solche Materialien sind aber teuer und  trotz Verwendung derselben sind die Rohre  selbst bei normalen Betriebsverhältnissen  schon bis an die Grenze der noch zulässigen  Werte beansprucht,

   so dass bereits geringe  Übertemperaturen der Heizgase oder un  gleichmässige     Beheizung    und     Beaufschlagung     der Rohre die     Betriebssicherheit    gefährden.  Dies einmal, weil die Festigkeitswerte der  betreffenden Materialien bei ansteigender  Temperatur sehr rasch abnehmen. Sodann  sind solche Materialien häufig einer     Versprö-          dung    ausgesetzt und weisen daher, wenn sie  auf Zug     beansprucht    werden, nur geringe  Zugfestigkeit auf. Dagegen können bekannt  lich auch bereits     versprödete    Materialien  noch bedeutende     Druckspannungen    aushalten.

      Besonders der im Rohrinnern herrschende  Überdruck bedingt bei hohen Temperaturen  gefährliche Beanspruchungen der Rohre. Um  in den     Rohrwandungen    die     Spannungen,    die  von dem im     Innern    der     Erhitzerrohre    herr  schenden Druck hervorgerufen werden, zu  vermindern, ist daher schon vorgeschlagen  worden, den Druck im Feuerraum des     Röh-          renerhitzers    bis höchstens gleich dem Innen  druck der Rohre zu machen.

   Zweck der vor  liegenden Erfindung ist, in dieser Hinsicht  eine weitere Verbesserung zu schaffen, und  sie fusst auf der     Erkenntnis,    dass Zugspan  nungen     in    den     Rohrwandungen    des Erhitzers  überhaupt gänzlich vermieden werden soll  ten. Zu diesem Behufe ist in einer Anlage der  erwähnten Art gemäss der     Erfindung    der  Druck ausserhalb mindestens des Teils des  Röhrenerhitzers, der den höchsten Tempera  turen ausgesetzt ist, um so viel höher als der  Druck im Innern der Rohre jenes     Erhitzer-          teils,    dass in diesen Rohren während des Be  triebes der Anlage keine     Zugspannungen    auf  treten.

   Dadurch werden wohl die Druckbean  spruchungen in den     Rohrwandungen    jener  Rohre gegenüber den bisherigen Bauarten  noch     vergrössert,    dafür treten aber in den  betreffenden Rohren gar keine von Wärme  spannungen herrührenden     Zugbeanspruchun-          gen    und auch keine     weiteren    Zugbeanspru  chungen, wie z. B.     Achsialbeanspruchungen     auf. Es lassen .sich daher für die Rohre des       Erhitzerteils,    der den     höchsten    Temperaturen      ausgesetzt ist, z. B.     keramische    Materialien  verwenden.

   Diese     können    noch höheren Tem  peraturen     als    legierte Stähle ausgesetzt wer  den und bedingen zudem den weiteren Vor  teil, dass sie viel billiger als die genannten  Stähle sind. Die     Erfindung    ermöglicht infol  gedessen die     Schaffung    eines     verhältnismässig          billigen    und betriebssicheren     Röhrengaserhit-          zers,    in welchem sich Gase selbst auf Tem  peraturen von über 850  C bei hinreichender  Betriebssicherheit erhitzen lassen.  



  Auf der beiliegenden     Zeichnung    ist eine  Anlage zum Erzeugen und Erhitzen von       Hochofenwind    in vereinfachter Darstellungs  weise veranschaulicht, an Hand welcher die       Erfindung    erläutert wird.  



  In der Figur bezeichnet 1     einen    Hochofen.  Die in     diesem    benötigte Verbrauchsluft  (Wind) wird von einem Verdichter 2     gäIie-          fert,    der sie aus der Atmosphäre ansaugt und  auf einen höheren Wert     verdichtet,    als dem  Verbrauchsdruck im Hochofen 1     entspricht.     Die so     -verdichtete    Luft gelangt durch eine  Leitung 3 in ein Röhrensystem 4 eines mit  Heizgas gefeuerten Erhitzers 5, wo sie durch  indirekte Zufuhr     äusserer    Wärme auf höhere  Temperatur gebracht wird, um hierauf durch  eine Leitung 9 in eine Luftturbine 6 zu ge  langen, wo sie teilweise entspannt wird.

   Die  so teilweise entspannte Luft, deren Druck  aber noch etwas über dem Verbrauchsdruck  im Hochofen 1 liegt, gelangt aus der Turbine  6 durch eine Leitung 7 in ein zweites Röhren  system 8 des Erhitzers 5, wo sie durch  nochmalige     indirekte    Zufuhr äusserer Wärme  auf die für den     Betrieb    des Hochofens 1 be  nötigte     Endtemperatur    erhitzt wird. Das       Röhrensystem    8 ist einer höheren Feuergas  temperatur ausgesetzt     als    das Röhrensystem  4. Die so erhitzte Luft strömt dem Hochofen  1 durch eine Leitung 91 zu.

   Die in der Luft  turbine 6 erzeugte Leistung wird zum An  treiben des     Verbrauchsluftverdichters    2 und  eines     Heizgasverdichters    10 benutzt. Letz  terer säugt Heizgas durch eine Leitung 10'  an und fördert dasselbe in eine Leitung 11,  die an einen     Hauptbrenner    14 des Erhitzers 5       angeschlossene    ist, Von der     Leitung    11     zweigt       eine Leitung 12 ab, die zu einem Hilfsbrenner  13 des Erhitzers 5 führt.

   Die im Erhitzer 5       benötigte    Verbrennungsluft wird von der       Luftturbine    6 geliefert, welcher die betref  fende Luftmenge an einer vor der letzten Ex  pansionsstufe gelegenen Stelle 17 entnommen  wird, um von hier durch Leitungen 18 und  19 zu den Brennern 14     bezw.    13 zu gelangen.

    Das durch die Leitungen 11, 12 zuströmende  Heizgas und die durch die Leitungen 18, 19  strömende     Verbrennungsluft    bestimmen den       Druck    in den Feuerräumen 15, 16 des     Er-          hitzers    5, und der     Förderdruck    des Heiz  gasverdichters 10 sowie der Entnahmedruck  an der Stelle 17 sind nun so festgelegt, dass  der Druck im     Feuerraum    15 um so viel höher  als der Druck im     Innern    der Rohre des     Heiz-          systems    8     ist,

      dass in den Rohren dieses  Systems 8 während des Betriebes des     Luft-          erhitzers    5 keine Zugspannungen auftreten.  Um den Überdruck der dem Erhitzer 5 ent  strömenden Rauchgase     nutzbringend    zu ver  werten, strömen dieselben durch eine Lei  tung 20 einer     Abgasturbine    21 zu, deren Lei  stung     zusammen    mit derjenigen der Lufttur  bine 6 zum Antrieb der Verdichter 2 und 10  dient. 22 ist ein     Anwurfmotor,    der so aus  gebildet ist, dass er     Überschussleistung    auf  nehmen, oder auch zusätzliche Leistung ab  geben kann, so dass er dann als Beschleuni  gungsmotor wirkt.

   Die der Abgasturbine 21  entströmenden Gase geben Wärme in einem  ersten     Wärmeaustauscher    23 an die aus dem  Verdichter 2' durch die Leitung 3 in das     Heiz-          system    4 strömende Druckluft und in einem  zweiten     Wärmeaustauscher    24     teils    an einen  Luftstrom, der an der     Stelle    25 dem Ver  dichter 2 entnommen und durch eine Leitung  26 nach der Stelle 27 der Leitung 20 strömt,  und teils an die durch die Leitung. 11 strö  menden Heizgase ab.

   In die Leitung 26 ist  ein Einstellorgan 2$ eingebaut, so     dass    sich  mit Hilfe der an der Stelle     2'7    in die     Leitung     20 einströmenden, vorgewärmten Luft die  Temperatur der der     Abgasturbine    21     zu-          strömenden    Rauchgase regeln lässt.  



       Durchgeführte        Untersuchungen    haben ge  zeigt, -     dass    sich     besonders        günstige    Verhält-           nisse    ergeben, wenn die Differenz     Ap    zwi  schen dem Druck ausserhalb der Rohre des       Heizsystems    8 und im Innern dieser Rohre       mindestens    gleich dem     Werte:     
EMI0003.0006     
    ist.     Dabei    ist:

    
EMI0003.0008     
  
    s <SEP> = <SEP> Wandstärke
<tb>  r, <SEP> :- <SEP> Innenradius <SEP> der <SEP> Rohre
<tb>  r, <SEP> = <SEP> Aussenradius <SEP> J
<tb>  a <SEP> --- <SEP> Wärmeausdehnungskoeffizient
<tb>  E <SEP> = <SEP> Elastizitätsmodul
<tb>  W <SEP> = <SEP> Wärmemenge <SEP> je <SEP> Rohrlängeneinheit
<tb>  v <SEP> = <SEP> Einschnürung
<tb>  Wärmeleitzahl.

         Bei der in der Zeichnung dargestellten  Ausführungsform ist angenommen,     dass    die  Rauchgase um die Rohre     strömen    und die zu  erhitzende Luft durch die Rohre des,     Erhit-          zers        .strömt.    Die     Erfindung    lässt sich aber  auch anwenden, wenn     dass        Umgekehrte    der  Fall ist, das heisst wenn die Rauchgase .durch  die Rohre strömen und die     zu    erhitzende Luft  um die Rohre strömt.

   In diesem Falle wird  die im Erhitzer     benötigte    Verbrennungsluft  an der Luftturbine an einer Stelle     tieferen     Druckes als die Verbrauchsluft entnommen.  



       Unter    Umständen kann es     zweckmässig     -ein, die Betriebsverhältnisse so festzulegen,  dass der Druck ausserhalb sämtlicher Rohre  des     Röhrenerhitzers.    um so viel .höher als. der  Druck im Innern der verschiedenen     Erhitzer-          rohre    ist,     dass    in     letzteren        während    des Be  triebes der Anlage keine Zugspannungen  auftreten.  



  Die in der Abbildung gezeigte Turbo  gruppe kann als     u@nabhängig    arbeitende Ein  heit ausgelegt sein, in welchem Falle der  Motor 22 nur zum Anwerfen. der Anlage  dient.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Anlage zur Erzeugung erhitzter Gase unter Druck, insbesondere von. Hochofen- wind, die einen Röhrenerhitzer aufweist, des sen Rohrwandtemperaturen mindestens teil weise über 65,0 C liegen und in dessen Feuer raum ein Druck herrscht, der über -dem Atmosphärendruck liegt, dadurch gekenn zeichnet, dass der Druck ausserhalb minde stens des Teils des Röhrenerhitzers, der .den höchsten Temperaturen ausgesetzt ist, um so viel höher als der Druck im Innern der Röhre jenes Erhitzerteils ist,

   dass in den Ro-hren dieses Teils während des Betriebes der An lage keine Zugspannungen auftreten. UNTERANSPRüCHE: 1. Anlage nach Patentanspruch, :dadurch ;ekennzeichnet, dass die Differenz zwischen , dem Druck ausserhalb mindestens eines Teils der Erhitzerrohre und im Innern der Rohre dieses Teils mindestens gleich dem Werte: EMI0003.0042 ist. 2.

   Anlage nach Patentanspruch, in wel cher der Atmosphäre entnommene Luft in einem Verbrauchsluftverdichter auf höheren Druck gebracht wird, dadurch gekennzeich net, dass der Luftturbine Verbrennungsluft für den Erhitzer an einer Stelle entnommen wird, die vor der Austrittsstelle der Ver brauchsluft aus dieser Turbine liegt, und diese Verbrauchsluft durch die aussen von den Rauchgasen umströmten Rohre des Er- hitzers strömt. 3.

   Anlage nach Patentanspruch, in wel cher der Atmosphäre entnommene Luft in einem Verbrauchsluftverdichter auf höheren Druck gebracht wird, dadurch gekennzeich net, dass die Verbrauchsluft an einer Stelle aus der Luftturbine austritt, die vor der Stelle liegt, an der dieser Turbine Verbren nungsluft für den Erhitzer entnommen wird, und dass die Rohre des Erhitzers von der Ver brauchsluft um- und von den Rauchgasen durchströmt werden. 4.

   Anlage nach Patentanspruch und Un teranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die dem Lufterhitzer entströmenden Rauchgase, die noch einen Überdruck auf weisen, in einer Abgasturbine entspannen, wobei die Temperatur der Rauchgase am Eintritt in die Abgasturbine mit Hilfe eines regelbaren Luftstromes, der dem Verbrauchs luftverdichter entnommen wird, auf der ge wünschten Höhe gehalten wird. 5. Anlage nach Patentansprucb: und den Unteransprüchen 2 und 4, dadurch gekenn zeichnet, dass die der Abgasturbine entströ menden Gase noch Wärme an die vom Ver- brauchsluftverdichter in den Erhitzer strö mende Luft abgeben.

   6. Anlage nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 2 und 4, dadurch gekenn zeichnet, dass die der Abgasturbine entströ menden Gase noch Wärme an -den dem Ver- brauohsluftverdichter entnommenen Luft strom abgeben, der zur Regelung der Raueh- gastemperatur vor dem Eintritt in die Ab gasturbine dient. 7. Anlage nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 2, 4 und -6, dadurch gekenn zeichnet, dass die der Abgasturbine entströ menden Gase auch Wärme an das vom Heiz gasverdichter verdichtete Heizgas abgeben.