DD263785A1 - Roehrenofen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Roehrenofen der chemischen Industrie zur Aufheizung und/oder chemischen Umwandlung von in den Rohren eines Rohrsystems gefuehrten Mediums. Erfindungsgemaess wird eine Erhoehung und Vergleichmaessigung des Waermeueberganges von dem heissen Rauchgas auf das Rohrsystem dadurch erreicht, dass die Strahlungszone nach oben durch eine feuerfeste Decke verschlossen ist. Die senkrechten Waende der feuerfesten Einmauerung sind mit einer Vielzahl kleiner Oeffnungen versehen, die in ein Kanalsystem in der feuerfesten Einmauerung muenden. Das Kanalsystem ist mit einem oder mehreren Abzuegen in Richtung der Konvektionszone oder eines Schornsteines versehen. Figur

Description

Titel der Erfindung Röhrenofen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Röhrenofen für die 'chemische Industrie« der zur Aufheizung und/oder chemischen Umwandlung von in den Rohren eines Rohrsystem geführton Medien dient» Die Aufheizung und/oder chemische Umwandlung erfolgt dabei durch Verbrennung eines Brennstoffes in der Strahlungszone des Röhrenofens·

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

In Röhrenöfen sind allgemein Rohrsysteme in verschiedener Anordnung in einer oder mehreren Reihen an den Wänden oder in der Nähe der Wände in der Strahlungszone angeordnet· Durch die Verbrennung eines Brennstoffes im zentralen Teil der Strahlungszone werden heiße Rauchgase erzeugt, die ihre Wärme überwiegend durch Strahlung an die Rohre und damit an das darin geführte Medium abgeben· Diese heißen Rauchgase werden eus dem oberen Teil der Strahlungszone direkt nach oben oder seitlich, vorzugsweise durch eine Konvektionszone, dom Schornstein zugeführt· Die Aueführung von Röhrenöfen hat aber den Nachteil, daß die Wärmebelastung des Rohrsyatems - auf den Umfang der einzelnen Rohre gesehen - sehr unterschiedlich ist· Die dem Strahlungsraum zugewandte Seite der Rohre ist thermisch hochbelascet und die der Wand zugewandte Rückseite unterliegt einer weit geringeren Wärmebelastung· Weiterhin besteht eine unterschiedliche Wärmebeaufschiagung der Rohre in Abhängigkeit von deren Abstand von den Brennern· Dadurch ergibt sich eine ungleichmäßige Aufheizung des in den Rohren geführten Mediums.

Bekannt ist ein Röhrenofen, bei dem ein Rohrsystem wandfern in der Strahlungszone angeordnet ist. Dazu sind in den Seitenwänden der Strahlungszone wechselseitig gegenüber Brenner dicht über dem Boden angeordnet, deren Achsen spitzwinklig auf den Boden gerichtet sind. Durch diese Anordnung soll eine Erhöhung der Oberflächentemperatur dee Ofenbodene und der Seitenwände erzielt werden, um so den Wärmeübergang auf das Rohrsystem zu erhöhen, eine verstärkte Zirkulation der heißen Rauchgase in der Strahlungszone zu erreichen und damit den Wärmeübergang auf den Rohrumfang gesehen zu vergleichmäßigen. Die Strahlungszone geht dabei ohne Unterbrechung in die Konvektionszone über, (SU-PS 384 857)

Der Nachteil der Erfindung liegt aber gerade in der starken Erwärmung des Ofenbodens und des unteren Teiles der Seitenwände, die zu einer stark ungleichen Strahlungsbelastung des unteren Rohrsystembereiches in der Strahlungszone führen· Weiterhin ergibt sich der Nachteil, daß diese Ausführung zu großen Unterschieden zwischen den Wandtemperaturen und gleichzeitig auch der Strömungsintensität der heißen Rauchgase zwischen dem unteren Strahlungszonenbereich verglichen mit dem oberen Bereich führt.

Nachteilig bei dieser Ausführung ist es auch, daß für das wandferne Rohrsystem eine umfangreiche zunderfreie Stützkonstruktion erforderlich ist. Hinzu kommt als weiterer Nachteil, daß für die besonders stark erhitzten Teile der Strahlungszone (Boden und untere Seitenwände) zusätzliche Maßnahmen zur Wärmeisolation getroffen werden müssen.

Bekannt ist ferner aus dem Metallurgieofenbau das Prinzip der inneren Rekuperation der Wärme, das den Effekt der Erhöhung der Oberflächentemperatur des Einmauerungsmaterials durch Abzug der Rauchgase durch perforierte Wände nutzt. Dabei sind im Rekuperationsoferi in den Wänden und in der Decke Abgasöffnungen vorgesehen, durch die das Abgas in darunterliegende Kanäle oder Gewölbe strömt und aus diesen anschließend in den Schornstein geleitet wird. (Buch: Brunklaus; "Industrieöfen-Bau und Betrieb", Vulkan-Verlag, Essen, 1979, S. 728)

Dieses Prinzip der inneren Rekuperation iet xwar för Metallurgie-Öfen ohne innere Einbauten durchaus verwendbar; eine Anwendung im Röhranofenbau konnte jedoch bisher nicht erfolgen« da die Anordnung einee produktdurchströmten Rohrsystem», das mit Hilfe von durch die Einmauerung geführten Halterungselementen befestigt 1st, der Gestaltung einee rauchgasseitig geschlossenen Strahlungsraumes hindernd entgegensteht.

Zur Verbeeeerung der Wärmeverteilung auf das Rohrsystem und einer VergleichmäSigung der Wärmebelaetung auf den Rohrurafa/ig wurden Vergrößerungen des Rohrabetandes der Rohre untereinander oder in Bezug auf den IVandabstand realisiert oder ee wurde eine Strömuncj8b.eeinflusöung in der Strahlungezone in Verbindung mit enteprechender Brenneranordnung vorgesehen« Sc ist auch ein Röhrenofen bekannt, bei dem zontr:lsch in der Strahlungszone eine Vielzahl von Rohren vertikal und parallel zu den Seitenwänden angeordnet ist· In der Nähe des Bodens und gegebenenfalls in den Seitanwänden sind Brenner so angeordnet, daß sie das Heizgas aufwärts in die Strahlungszcne führen· Dadurch soll das Heizgas in der Strahlungszone intensiv verwirbalt werden und die zentrischen Rohre allseitig gleichmäßig umströmen· Anschließend wird das Heizgas aus der Strahlungszone frei durch einen Kanal großen Querschnittes in die Konvektionszone geleitet· (OD-PS 200 677)

Diese Ausführung hat aber den Nachteil, daß der insgesamt für die Wärmebehandlung des Rohrmediums zur Verfügung stehende Rohr·· querschnitt im Verhältnis zur Gesamtfläche der Strahlungszone sehr ungünstig ist· Diese Ausführung erfordert also sehr hohe Investkosten für die Anlage· Hinzu kommt auch bei dieser Lösung, daß trotz der Verwirbelung des Heizgases in der Strah«·· lungszone eine ungleiche Strahlungsbelastung der unteren und oberen Bereiche des Rohrsystems gegeben ist·

Ziel der Erfindung

Ons Ziel der Erfindung ist es, einen Röhrenofen zu schaffen, der bei gleichbleibender Brenner- bzw« Heizleistung eine erhöhte Wärmeausbeute für das aufzuheizende Rohrraummedium in der Strahlungszone gestattet und damit zu einer Brennstoffeinsparung führt.

Dabei ist es weiterhin das Ziel der Erfindung, die Wärmebelastung des Rohrraaterials aller Rohrsystemabschnitte zu vergleichmäßigen und zur Schonung des aufzuheizenden Produktes die Erreichung bzw* Einhaltung der vorgeschriebenen Aufheiztemperatur für das Rohrmedium zu verbessern·

Darlegung des Wesens der Erfindung

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine möglichst gleichmäßige und erhöhte Oberflächentemperatur der umgebenden Wände der fStrahlungszone zu erreichen und den Wärmeübergang durch Strahlung auf die Rohre des Rohrsy3tems auf dem gesamten Rohrumfang gleichmäßig zu gestalten.

Der Erfindung liegt gleichzeitig die technische Aufgabe zugrunde, einen Röhrenofen zu schaffen, bei dem in der Strahlungszone eine gleichmäßige Rauchgasgeschwindigkeitsverteilung erreicht wird ohne eine Strömungsbeeinflussung durch Impuls oder Rezirkulation vornehmen zu müssen.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß die Strahlungszone oben durch eine feuerfeste Decke verschlossen ist und die senkrechten Wände der feuerfesten Einmauerung mit einer Vielzahl kleiner öffnungen versehen sind, die in ein Kanalsystem in der feuerfesten Einmauerung münden und das Kanalsystem mit einem oder mehreren Abzügen in Richtung der Konvektionszone oder eines Schornsteines versehen ist.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Offnungen mit anschließendem Kanalsystem nur in rohrbelegten Wänden vorgesehen sind.

Nach einer anderen Ausbildung der Erfindung kann die feuerfeste Decke teildurchläeeig ausgeführt sein« Eine besondere Ausfuhrung der Erfindung ergibt sich dadurch, daß oberhalb der feuerfesten Decke ein vorzugsweise unberohrter Abgas-Sammelraum vorgesehen ist·

Durch die erfindungegemöße Gestaltung eines Röhrenofens ergeben sich folgende hauptsächliche Vorteile:

- verstärkte Aufheizung der feuerfesten Einmauerungsoberfläche und damit verstärkte Rückstrahlung von Wärme auf die der 'feuerfesten Einmauerung zugewandte Seite der Rohre des Rohrsystems,

- gleichmäßiger Abzug der Rauchgase über die Gesamtfläche der senkrechten Wände der feuerfesten Einsäuerung und damit vergleichmäßigte Temperaturverteilung und Wärmeübertragung durch Strahlung und Konvektion auf die Rohre des Rohrsystems in der Strahlungszone,

- Einsparung von Energie für den Betrieb des Röhrenofens bei gleicher oder verbesserter Heizleistung,

- Einsparung von material für das Rohrsystem infolge der verbesserten Auslastung

Ausführungsbeispiel

Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Die zugehörige Zeichnung zeigt einen Vertikalschnitt durch einen Röhrenofen mit erfindungsgemäß gestalteter Strahlungszone·

Der Röhrenofen wird in seinen Hauptteilen gebildet aus einer Strahlungszone 1 mit einer darüber angeordneten Konvektionszone 2 und anschließendem Schornstein 3. Die Sfahlungszone ist an ihren Wänden mit einer feuerfusten Einmauerung 4 und oben mit einer feuerfesten Decke 5 versehen. Die feuerfeste Einmauerung 4 ist an ihrer Innensaite mit einer Vielzahl kleiner Öffnungen 6 versehen, die in ein Kanalsystem 7 innerhalb

der feuerfesten Einmauerung 4 münden· Dieses Kanalsystem 7 besitzt Abzüge 8, die in einen Abgae-Sammelraum 9 oberhalb der feuerfesten Decke 5 münden. Vom Abgas-Sameieiraum 9 erfolgt die Abgasableitung über die Konvektionszone 2 in den Schornstein 3.

I_n der Strahlungszone 1 sind an den Wänden vor der feuerfesten Einmauerung 4 die Rohre des Rohrsystems 10 und am Boden ein oder mehrere Brenner 11 angeordnet·

Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Röhrenofens ist folgende:

Durch die Brenner 11 werden Flammen und in Folge davon wird heißes Rauchgas erzeugt· Infolge der Abdeckung der Strahlungezone 1 mit der feuerfesten Decke 5 wird das heiße Rauchgas gezwungen, unter konvektiver Wärmeabgabe vorbei an den Rohren des Rohrsystems 10 durch die gleichmäßig verteilten Offnungen 6 in das Kanalsystem 7 in der feuerfesten Einmeuerung 4 zu strömen· Dieses Kanalsystom 7 mündet über Abzüge 8 in den Abgas-Sammelraum 9· Von hier strömt das Rauchgas in die Konvektionszone 2 und danach in den Schornstein 3.

Dabei erwärmen sich alle inneren Oberflächenberaiche der Strahlungszone 1 und geben verstärkt Wärme durch Strahlung an das Rohrsystem 10 ab* Gleichzeitig wird dabei eine vergleichmäßigte Strömung der heißen Rauchgase im gesamten Bereich des Rohrsystems 10 durch die dahinterliegenden Öffnungen 6 und eine entsprochende konvektive Wärmeübertragung erreicht.

Dieser Effekt tritt in beschriebener Weise in Röhrenöfen mit einer Strahlungszone ©in. I_n einer dich anschließenden Konvektionszone kann die weitere Nutzung der Wärme des Rauchgases erfolgen, dessen Temperatur bereits vergleichsweise niedriger liegt ale bei Ofen ohne innere Rekuperation.

Claims (4)

1. Patentansprüche

   1» Röhrenofen mit einer Strahlunge- und gegebenenfalls einer Konvektionszone zur Aufheizung und/oder chemischen Umwandlung eines in einem Rohrsystem strömenden Mediums und Beheizung vornehmlich durch Gas- oder Ölbrenner, wobei des Rohrsystem vor den Wänden der Strahlungszone angeordnet ist und die Abgasabfuhrunq dur- » öffnungen in den Wänden erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungszone (1) nach oben durch eino feuerfeste Decke (5) verschlossen ist, daß die senkrechten Wan· de der feuerfesten Einmauerung (4) mit einer Vielzahl kleiner Öffnungen (6) versehen sind, die in ein Kanalsystem (7) in der feuerfesten Einmauerung (4) münden, und daß das Kanalsystem (7) mit einem oder mehreren Abzügen (8) in Richtung der Konvektionszone (2) oder eines Schornsteines (3) versehen ist·
2. 2. Röhrenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen (5) mit anschließendem Kanalsystem (7) nur in rohrbelegtert Wänden vorgesehen sind.
3. 3. Röhrenofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die feuerfeste Docke (5) teildurchlässig ausgeführt ist.
4. 4. Röhrenofen nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der feuerfesten Decke (6) ein vorzugsweise unberührter Abgas-Sammelraum (9) vorgesehen ist·

   - Hierzu gehört 1 Blatt Zeichnungen -