-
Einräumiger Wärmespeicher zur Erhitzung von Gasen oder Dämpfen Die
Erfindung bezieht sich auf einräumige Wärmespeicher (Regcneratoren) zur Erhitzung
von Gasen oder Dämpfen auf hohe Temperaturen, wobei der wärmespeichernde Besatz
durch Verbrennung von Gas aufgeheizt wird und die heißen Verbrennungsgase durch
den Besatz von einem Ende desselben zum anderen strömen.
-
Es sind Winderhitzer bekannt, deren Wärmespeicher in einzelne, räumlich
voneinander getrennte Abschnitte unterteilt sind, wobei jedoch die Beheizung an
dem einen Ende nur von einer Stelle aus erfolgt.
-
Man hat ferner Winderhitzer gruppenweise derart miteinander verbunden,
daß von vier Winderhitzern stets zwei zur Vorwärmung der in den beiden anderen Winderhitzern
zur Verbrennung zwecks Aufheizung des Gitterwerkes benötigten Luft dienen.
-
Um Gas auf hohe Temperaturen zu erhitzen, ist es weiter bekannt, mehrere
Regeneratoren derart hintereinanderzuschalten, daß das nach Aufheizung eines Regenerators
durch diesen geführte erhitzte gasförmige Mittel zur Aufheizung sowohl des damit
im Zugwechsel zusammenarbeitenden Regenerators als auch (durch Abzweigung .eines
Teiles des aufgeheizten Gases) eines anderen Regeneratorpaares dient, das auf diese
Weise auf noch höhere Temperaturen erhitzt wird.
-
Schließlich hat man auch vorgeschlagen, bei mit feuerfesten Füllstoffen
ausgestatteten Öfen zur Durchführung von Gasreaktionen auf hohen Temperaturstufen
während der Aufheizung Beheizungspausen
einzulegen, um den nur
eine geringe Wärmeleitfähigkeit besitzenden Füllstoffen durch solche Ausgleichspausen
Wärme hoher Temperaturstufe aufzuladen. Hierbei ist es jedoch nur möglich, die Wärmeaufnahmefähigkeit
der Füllstoffe unmittelbar vor der Beheizungsstelle zu steigern, während die Wärmeaufnahme
der Füllstoffe beim weiteren Durchgang der die Füllstoffe aufheizenden heißen Verbrennungsgase
abnimmt.
-
Die Temperatur, auf welche der feuerfeste Besatz erhitzt wird, ist
begrenzt durch die Eigenschaft der feuerfesten Stoffe, beim Erhitzen auf eine bestimmte
TemMeratur zu erweichen und den Zusammenhalt zu verlieren. Die günstigste Leistung
erreicht ein regenerativer Gaserhitzer dann, wenn der feuerfeste Besatz gleichmäßig
auf eine Temperatur erhitzt wird, die nur wenig unterhalb der Erweichungstemperatur
liegt.
-
Nun ist es aber bei den bisher bekannten regenerativen Gaserhitzern
nicht möglich, die Temperatur des Besatzes über eine größere Ausdehnung desselben
bis nahe an den Erweichungspunkt zu steigern. Eine derart hohe Erwärmung verlangt
sehr hohe Flammentemperaturen der Beheizungsmedien, die weit oberhalb des Erweichungspunktes
liegen. Soll hierbei der feuerfeste Besatz nicht stellenweise über den Erweichungspunkt
erhitzt «-erden, dann muß innerhalb der zum Aufheizen dienenden heißen Gasmassen
ein Temperaturausgleich vorgenommen werden, bevor die heißen Verbrennungsgase auf
den feuerfesten Besatz treffen. Dies fordert in der Praxis die Anordnung vergleichsweise
großer Verbrennungskammern vor dem Besatz, was mit erheblichen Wärmeverlusten verbunden
ist.
-
Die Erfindung folgt nun dem Leitgedanken, den Besatz am heißen Ende
eines regenerativen Wärmespeichers auf eine größere Strecke, als bisher möglich,
auf die höchste zulässige Temperatur zu erhitzen, um auf diese Weise den aufzuheizenden
Gasen oder Dämpfen die Möglichkeit zu geben, eine größere Fläche Besatzsteine, die
auf der höchsten Temperatur gehalten werden, zu berühren. Auf diese Weise läßt sich
die Leistung des Gaserhitzers erheblich steigern, ohne daß man in Gefahr kommt,
den Besatz des Gaserhitzers zu beschädigen.
-
Nach dem grundsätzlichen Merkmal der Erfindung wird der Besatz des
Wärmespeichers am heißen Ende in mehrere Abschnitte unterteilt, die unmittelbar
einzeln oder gruppenweise beheizt werden, während die- heißen Abgase aus den einzelnen
Besatzabschnitten gesammelt durch den übrigen Teil des Besatzes strömen.
-
Die heißen Abgase beheizen somit den Wärmespeicherbesatz nach .dem
kalten Ende zu mit abfallender Temperatur. so daß trotz der nahe dem Erweichungspunkt
der Besatzstoffe eines Teiles des Besatzes erfolgten Aufheizung die fühlbare Wärme
der Abgase im Wärmespeicher weitgehend ausgenutzt wird.
-
Ferner sieht die Erfindung vor, den Besatz am heißen Ende des Wärmespeichers
in mehrere in Reihe miteinander verbundene Abschnitte zu unterteilen, zwischen denen
je eine vorzugsweise kurzflammig arbeitende Gasluftfeuerung angeordnet ist. Bei
dieser Ausführungsform der Erfindung kann der Besatz am heißen Ende des Wärmespeichers
in zickzackartig miteinander verbundenen Räumen angeordnet werden, die je einen
Abschnitt des Gaserhitzerbesatzes aufnehmen und die durch Gasluftbrenner beheizt
werden, welche an der Verbindung des einen mit dem nächsten Besatzraum liegen.
-
Die Anwendung macht es möglich, die Temperatur der zum Aufheizen des
Wärmespeicherbesatzes dienenden Gase wesentlich über den Punkt zu erhöhen, der bisher
als zulässig galt. Dadurch, daß die Aufheizmedien in viele Einzelströme unterteilt
mit dem Besatz in Berührung kommen, wird eine gleichmäßigeErhitzung des Besatzes
am heißen Ende des Wärmespeichers erreicht, und zwar über eine viel größere Besatzfläche,
als bisher bei Anwendung einer einzigen Brennkammer vor dem Besatz möglich war.
Die zu erhitzenden Gase oder Dämpfe werden beim Durchströmen des Wärmespeichers
vom kalten Ende her auf dem längeren Wege durch den am heißen Ende auf eine längere
Strecke auf die höchstzulässigen Temperaturen aufgeheizten Besatz auf Temperaturen
erhitzt, deren Differenz zwischen dem Besatz und den austretenden erhitzten Gasen
oder Dämpfen weit unter den bisher erreichten Grenzen liegt. Ferner sind durch die
weitgehende Verteilung der Heizmittel örtliche Überhitzungen ausgeschlossen.
-
In der Zeichnung ist in Abb. i ein senkrechter Schnitt durch einen
gemäß der Erfindung ausgebildeten Wärmespeicher wiedergegeben; Abb. 2 zeigt einen
waagerechten Schnitt nach Linie II-II der Abb. i; Abb. 3 stellt in einem senkrechten
Schnitt eine weitere Ausführungsform der Erfindung dar.
-
In der Zeichnung ist ein in Doppelturmform gebauter regenerativer
Wärmespeicher wiedergegeben, der aus zwei im wesentlichen zylindrischen, senkrechten
Gehäusen i, 2 besteht. Das Gehäuse i ist mit feuerfestem Mauerwerk 3 ausgekleidet,
welches innen einen schachtartigen Raum frei läßt, der in üblicher Weise mit einem
Besatz 4 aus geeigneten feuerfesten Steinen, beispielsweise Lochsteinen, ausgesetzt
ist. Der Raum 5 unterhalb des Besatzes ist mit einer Öffnung 6 zu versehen, an welche
die Rohrleitung für aufzuheizende Gase und die Rohrleitung für heiße Abgase, die
zum Aufheizen des Wärmespeichers dienten, angeschlossen «-erden.
-
Oben wird der Besatzraum von einer feuerfesten Kuppeldecke 7 abgeschlossen,
die auf einer schrägen, ringförmigen Basis $ ruht, welche von einem oberen Randvorsprung
des Gehäuses i gebildet wird. Die Kuppeldecke 7 wird von einem domartigen Gehäuse
9 umgeben.
-
Von dem Kuppelraum io führt ein Verbindungskanal i i zu dem Kuppelraum
12 des zweiten turmartigen. Wärmespeichergehäuses 2.
-
Das Gehäuse :2 ist ebenfalls mit einer feuerfesten Ausmauerung 13
ausgestattet wie das Gehäuse i. Auch die aus feuerfestem Material bestehende
Kuppeldecke
i.. ist entsprechend der Kuppeldecke 7 ausgebildet.
-
In dem senkrechten Schacht, der von dem Mauerwerk 13 gebildet wird,
sind nun eine Reihe von waagerechten Trennwänden 15 angeordnet, die mit Abstand
voneinander liegen. Der Zwischenraum zwischen den Trennwänden 15 ist mit einem waagerecht
verlaufenden feuerfesten Besatz 16 ausgestattet. Die Zwischenräume zwischen den
Wänden 15 sind ferner miteinander verbunden, wie bei 17 in der Zeichnung angedeutet.
Der Raum unterhalb der obersten Trennwände 15 steht mit dem Kuppelraum 12 in Verbindung
und der von der untersten Trennwand 15 begrenzte Raum mit dem Rohrstutzen 18, durch
welchen die erhitzten Gase oder Dämpfe abgezogen werden können.
-
Die Verbindungsstelle 17 zwischen den mit dem Besatz. 16 ausgefüllten
Räumen sind, wie aus der Zeichnung ersichtlich, etwas erweitert und nicht mit einem
feuerfesten Besatz ausgefüllt. Mit den Verbindungsräumen 17 ist nun je ein kurzflammig
brennender Gasluftbrenner i9 verbunden. Diese Brenner bestehen aus einem vorzugsweise
konischen Brennkanal, in den zweckmäßig vorgewärmte Medien getrennt und unter guter
Durchwirbelung eingeleitet werden. 'Man erzielt eine äußerst kurzflammige Verbrennung,
so daß die von dem Brenner i9 ausgehenden Flammen praktisch innerhalb der Brennkanäle
oder der sich daran anschließenden Verbindungsräume ausgebrannt sind. Auf diese
Weise werden Oberflächenverbrennungen an dem Besatz 16 vermieden.
-
Heizgas und Luft werden dein Brenner ig durch die Rohrleitungen 20
und 21 in regelbarer Weise zugeführt.
-
Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform sind die Besatzräume
16 zickzackartig miteinander verbunden, so daß die zum Aufheizen der unteren Räume
16 dienenden Gase mit durch die oberen Besatzräume 16 ziehen. Infolgedessen brauchen
die oberen Brenner i9 nur so viel Wärme zu entwickeln, daß die Gase dauernd auf
der höchsten zulässigen Temperatur gehalten werden, welche der Besatz 16 verträgt.
Auf diese Weise wird ein großer Teil des Gesamtbesatzes des Wärmespeichers auf eine
hohe Temperatur gebracht, im Gegensatz zu der Arbeitsweise der bisher bekannten
Wärmespeicher mit einer vorgeschalteten Verbrennungskammer, bei denen nur eine Schicht
des Besatzes die zulässige Höchsttemperatur annimmt.
-
Die heißen Gase, welche ihre fühlbare Wärme erhöhter Temperatur an
den Besatz 16, welcher gegebenenfalls auch aus einem besonders widerstandsfähigen,
hochfeuerfesten Stoff hergestellt werden kann, abgegeben haben, gelangen dann in
den Kuppelraum 12 und von dort durch den Kanal i i in den Kuppelraum io. Sie ziehen
dann durch das in normaler Weise ausgeführte Gitterwerk oder Besatz q. und geben
dort ihre Wärme niedrigerer Temperaturstufe ab, um schließlich durch den Rohrstutzen
6, bis auf den günstigsten Temperaturpunkt abgekühlt, abgezogen zu werden. Sobald
die Abschnitte 16 des Besatzes auf die gewünschte hohe Temperatur erhitzt sind,
wird die Zufuhr von Gas und Luft zu dem Brenner i9 abgestellt, und der Wärmespeicher
kann nunmehr, gegebenenfalls nach vorherigem Ausspülen, zum Aufheizen des zu behandelnden
Gases oder Dampfes oder Gas-Dampf-Gemisches benutzt werden. Das zu behandelnde Gas
wird durch den Rohrstutzen 6 in die Wärmespeicherhälfte i eingeleitet, wird dort
zunächst auf eine mittlere Temperaturlage vorgewärmt und zieht so vorgewärmt dann
durch die Besatzabschnitte 16, wo das Medium die höchste Temperatur annimmt. Der
Austritt des hocherhitzten Mediums ist bei 18 angedeutet.
-
Anstatt, wie in der Zeichnung dargestellt, die unmittelbar beheizten
besonderen Abschnitte des Wärmespeicherbesatzes in einem turmartigen Gehäuse neben
dem den Hauptteil des Besatzes überragenden Gehäuse anzuordnen, ist es auch möglich,
die Besatzabschnitte 16 oberhalb des Besatzes 4. anzuordnen.
-
Die Erfindung kann schließlich auch in der Form ausgeführt werden,
daß die einzelnen Abschnitte 16R des Besatzes, wie aus Abb. 3 ersichtlich, am heißen
Ende des Gaserhitzers parallel geschaltet, d. h. einzeln oder gruppenweise beiderseits
an einen Verteilkanal 23 bzw. Sammelkanal 2.4 angeschlossen «-erden, der zum Zuführen
und Ableiten der Heizmedien dient. Der Verteilkanal 23 wird hierbei mit einer Kammer
25 verbunden, in welcher durch Verbrennung von Gas und Luft heiße Gase sehr hoher
Temperatur erzeugt werden. Diese heißen Gase werden dann, durch den Verteilkanal
23 in geregelten Einzelströmen gleichmäßig durch Öffnungen 26 verteilt, über den
Besatz in die einzelnen Abschnitte 16a geleitet, in die der Gaserhitzerbesatz am
heißen Ende unterteilt ist. Auf der anderen Seite der Besatzabschnitte 16a werden
die heißen Gase in dem Sammelkanal 2.4 vereinigt und gesammelt durch die übrigen
Zonen des Erhitzerbesatzes q. geführt. In entsprechender Weise wird verfahren, wenn
die aufzuheizenden Medien durch den Gaserhitzer strömen.
-
Die erfindungsgemäße Einrichtung kann in vorteilhafter Weise zum Erhitzen
von Gasen oder Dämpfen beliebiger Art auf hohe Temperaturen benutzt werden. Von
besonderem Vorteil ist die Anwendung der Erfindung bei der Aufheizung von Gasen
oder Dampf-Gas-Gemischen, welche als Spülgas (Wärmeträger) zur Erzeugung von Wassergas
aus festen Brennstoffen benutzt werden. Ferner ist der erfindungsgemäße Gaserhitzer
mit besonderem Vorteil anwendbar zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffe enthaltenden
Gasen, beispielsweise Kohiendestillationsgas mit Wasserdampf oder Kohlensäure in
Kohlenoxyd-Wasserstoff-Gemische.