Stahl und Eisen, Jg. 49, Heft 36

STAHL UND EISEN

Z E I T S C H R I F T F Ü R D A S D E U T S C H E E I S E N H Ü T T E N W E S E N

Herausgegeben vom Verein deutscher Eisenhüttenleute G eleitet von D r -Ing. Dr. mont. E. h. O . P e t e r s e n

unter verantwortlicher M itarbeit vo n D r. J.W . R eichert un d D r.M .S c h len k er für d en wirtschaftlichen T e il

H E FT 36 5. SEP TEM B ER 1929 49. J A H R G A N G

Einfluß der Gasströmung im H ochofen auf den Gichtstaubentfall.

V on ©ipL-Qng. J u l i u s S t o e c k e r in Bochum .

[B ericht N r. 104 des Hochofenausschusses des Vereins deutscher E isen h ü tten leu te1).]

(Die Randgängigkeit neuzeitlicher Hochöfen. Beobachtungen über den Gichtstaubentfall und die Beschaffenheit des Mauerwerks im oberen Schacht. Verringerung der Gichtstaubmenge durch Kühlbalken, die aus dem Mauerwerk vorstehen, un d durch Einbau eines Kettenfilters im Gasfang. Erreichung einer gleichmäßigeren Gasströmung, die sich auch in vermindertem Koksverbrauch

ausw irkt.)

D

ie E ntw icklung des H ochofenprofils in den le tz te n Jahren w ar g ek ennzeichnet d u rch E rw e ite ru n g des Gestells und V erkürzung d er B a st, w obei gleichzeitig der Blasquerschnitt v e rg rö ß ert w urde. D ie h ierd u rch erzielte Leistungssteigerung d er Oefen is t re c h t erheblich, so d aß Tageserzeugungen von ü b e r 1000 t B oheisen h e u te n ic h t zu den Seltenheiten gehören.

Diese Hochöfen m it h ohen u n d hö ch sten Tageserzeu­

gungen sind infolge d er besonderen S c h ü ttv erh ältn isse ih rer Gichtverschlüsse u n d durch die seitliche G asabführung alle mehr oder w eniger r a n d g ä n g i g . D er W ärm eingenieur sagt zwar, das sei n ic h t ric h tig , u n d h a t au ch von seinem Standpunkte d urchaus re c h t d a rin , d aß d er Ofen gleich­

mäßig über den ganzen Q u ersch n itt a rb e ite n m üsse. E in Ofen kann dies a b e r n u r d a n n tu n , w enn d er M öller vo ll­

kommen stückig, u n d zw ar in gleichm äßiger Stückgröße aufgegeben w ird. D a dieses H ochziel nie erreich t w ird un d stets mit den S tücken eine gewisse Menge F ein erz aufge- geben werden m u ß , so w ird auch eine m eh r oder w eniger große B andgängigkeit fü r einen w irtsch aftlich en O fengang erforderlich sein. D urch K ip p en von F einerzen in die B a n d ­ zonen die B andgängigkeit h e ru n te rd rü c k e n zu w ollen, is t meines E rachtens falsch u n d h ö ch st u n w irtsc h a ftlic h ; m an würde dadurch n u r erreichen, d aß d e r Ofen viel m eh r als bisher nur in der M itte a rb e ite t. W enn m a n also diese B a n d ­ gängigkeit beseitigen w ürde, so k ö n n te n b e stim m t n ic h t solch große Eisenm engen aus den H ochöfen h erau sg eh o lt werden. D aß die B an d g än g ig k eit den B ren n sto ffb ed arf eines Ofens u n g ünstig beeinflussen w ird , is t n ic h t an zu ­ nehmen. R andgängig is t ein Ofen fa s t im m er n u r im oberen Teil des Schachtes, wo die W ärm ev erlu ste keine B olle spielen; einige M eter u n te rh a lb d er G icht h a t die A rb eit des Gases das B ild schon w esentlich v e rä n d e rt.

Bei den schnell durchsetzenden Oefen s te ig t die G a s ­ g e s c h w i n d i g k e i t in u n erw ünschtem M aße, w as höh ere

G ichttem peraturen, größere W ärm e- u n d S ta u b v e rlu ste zur unangenehm en Folge h a t. B ed en k t m an d an n noch, d aß die Gichtgase den oberen Teil der B eschickung in ein oder zwei dicken S tröm en, je nach der A rt d er G asabführung, d u rc h ­ streichen u n d rech n et m an die G eschw indigkeiten au s, die dabei in den H ohlräum en d er B eschickung e n tste h e n , d an n

0 E rs ta tte t in der 31. Vollsitzung am 31. Mai 1929. — Sonder­

drucke sind zu beziehen vom Verlag Stahleisen m . b. H ., D üssel­

dorf, Postschließfaeh 658.

v e rs te h t m an es auch, w enn bei schnellem O fengang infolge irgen d ein er U nregelm äßigkeit ein b e trä c h tlic h e r T eil der K oksladung m it g rößeren u n d kleineren M öllerbestand­

te ile n in den S tau b sack geschleudert w ird.

G ute E rfo lg e w urden in B ochum m it dem Ofen nach Abb. 1, links, erzielt, dessen P ro fil aus dem Ja h re 1920 sta m m t.

D ie G ic h tte m p e ra tu r is t b ei ih m u n te r B erücksichtigung des v e rh ü tte te n M öllers u n d d er D u rch satzzeit niedrig, etw a 260° im M ittel, der S ta u b e n tfa ll b e tr ä g t w eniger als

A bbildung 1. P ro fil d e r u n tersu ch ten H ochöfen.

4 % , auf den M öller bezogen. B ei dem n äch sten P ro fil (A b b .l, rechts) w urde das G estell auf 5 m erw eitert, die B a st von 5 auf 3,7 m v e rk ü rz t u n d d er B la sq u e rsc h n itt v on rd . 3500 au f 4100 cm 2 v e rg rö ß e rt. G eän d ert w urd en noch die oberen 3,3 m des S chachtes, d e r aus G ründen d er H a ltb a r k e it n ach B urgers aus E isen h erg estellt w urde. E s s te llte sich n u n h erau s, d aß dieser Ofen zw ar sehr g ü n stig a rb e ite te , ab e r d o p p elt soviel S ta u b au sw arf wie die an d eren Oefen, a u c h b e i d er gleichen durch g esetzten K oksm enge. D ie G ic h tte m p e ra tu r w a r u m 60° h ö h er. T ro tzd e m w ar der K o k sv erb rau ch bei gleichen M öllerverhältnissen u n d gleicher B la ste m p e ra tu r u n d ein er von 700 au f 900 t/2 4 h e rh ö h te n E rzeu g u n g g ü n stig er. D ie U rsachen dieser besseren A rb eits­

w eise sollen h ie r n ic h t w eiter u n te rs u c h t w erden. E rg rü n d e t w erden sollen n u r die höh ere G ic h tte m p e ra tu r u n d der

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1298 S ta h l u n d Eisen. E in flu ß der Gasströmung im Hochofen a u f den Gichtstaubentfall. 49. Ja h rg . N r. 36.

höhere E n tfa ll an S tau b , d er viele große u n d k lein e K oks­

stücke e n th ie lt.

D ie oft geh ö rte A nsicht, d aß ein v e rg rö ß e rte r B lasquer­

sc h n itt u n d ein w eiteres G estell m it einem g rößeren to te n M ann auch eine stä rk e re R an d g än g ig k eit des Ofens zur F olge haben, s tim m t m it den B eobachtungen des V erfassers n ic h t ü berein.

D ie R a n d g ä n g i g k e i t w i r d l e d i g l i c h d u r c h d ie S c h ü t t u n g b e e i n f l u ß t ; h ie r die ric h tig e n A bm essungen zu tre ffe n , m u ß ausgeprobt w erden. M an k ö n n te n u n g erade einw enden, d aß die beiden P ro file im oberen S chacht n ic h t v iel vonein an d er abw eichen u n d doch der U nterschied im S ta u b e n tfa ll au f ganz an d ersartig e G asström ung schließen lasse. D och w echselt das B ild nach v erh ältn ism äß ig k u rz e r B etrieb sd au er (Abb. 2 ). B ei dem Ofen rech ts h a t sich nichts geän d ert, w ährend b eim anderen Ofen das M auer­

w erk sta rk verschlissen is t u n d die K ü h lb alk en in den Ofen hineinragen. D er S ch ach tq u e rsch n itt h a t sich um 66 % v e r­

g rö ß ert u n d d a m it die G asgeschw indigkeit um 40 % verrin g ert.

D ie b ei einem randgängigen Ofen am R ande sta rk e n G asström e w erden im m er eine große Menge S ta u b m it­

reißen, w enn sie n ic h t durch die K ühlbalken zu häufigen R ich tu n g s­

änderu n g en gezw ungen w erden. D ie N achteile der R an d g än g ig k eit w er- den durch die vorsteh en d en K ühl- j s m A b alk en g em ild ert. Also G e s c h w i n ­ d i g k e i t s v e r m i n d e r u n g im allge­

m einen u n d R i c h t u n g s ä n d e r u n g eines großen Teiles des G asstrom es sind die beiden U m stände, denen die geringen S taubm engen u n d die niedrigen G ichtgastem peraturen, k u rzu m die bessere A rbeitsw eise der S chächte der a lte n Oefen zuzuschrei­

ben sind. E s is t auffällig, wie diese B eobachtungen m it den A nsichten ein er englischen A b h an d lu n g 2) ü b er­

einstim m en.

W enn es gelingen w ürde, die G ich t­

te m p e ra tu r u n d den S ta u b e n tfa ll

beim neuen Ofen zu senken, dan n m ü ß te dieser a n un d fü r sich schon g ü n stig arb eiten d e Ofen noch bessere E rgebnisse aufw eisen. E in M ittel hierzu sollte das K e t t e n ­ f i l t e r 3) sein, das die F o rm eines senkrecht hängenden H o h l­

zylinders von einem D urchm esser gleich dem des Schlag­

p anzers h a t (Abb. 3). An den V ersteifungsrippen d er G icht­

schüssel is t m it W inkeleisen ein k rä ftig e r Flacheisenring b efestig t, an dem die S tränge der G liederketten (nicht leh ren h altig , 10 m m sta rk ) h än g en ; diese K etten strä n g e reichen bis a n den Schlagpanzer h erab . Vor den A bzugs­

ro h ren h ängen in ein er B reite von 3,4 m die K e tte n in einer D ich te von 76 S trän g en je m U m fang, w äh ren d au f dem restlichen Teil des F ilteru m fan g es die D ichte geringer is t u nd n u r 43 S trän g e je m U m fang b e trä g t. E s w ird d adurch e r­

re ic h t, d a ß n u r d er kleinere T eil d er G asm enge durch den d ich teren T eil des F ilte rs den u n m itte lb a re n W eg in die G asabzugsrohre nehm en k an n , w ährend d er g rö ß ere T eil den Um w eg durch den lichteren T eil des F ilte rs m achen m uß. U n te rh a lb des F ilte rs is t ein B lechkragen an g eb rach t, d er die A ufgabe h a t, den heru n terrieseln d en S tau b von der O fenw andung abzuleiten, d a m it d er Ofen am R an d e n ich t zu d ic h t g eht, also die R an d g än g ig k eit n ic h t g e stö rt w ird.

E in e A ufw irbelung des S taubes fin d e t k a u m s ta tt, d a er durch Zonen geringerer G asström ung zu rü ck fällt.

2) B ritisches P a te n t N r. 299 941 (1928).

3) D R P . N r. 471 885 (1929) u n d A uslandspatente.

W äh ren d sich zu erst eine V erm inderung des G ichtstaubes k a u m feststellen ließ — n u r die K oksstücke fe h lte n voll­

kom m en — , w urde sp ä te r der S ta u b e n tfa ll täg lich geringer u n d ging n ach etw a 3 W ochen auf die H ä lfte h eru n ter.

Zugleich fiel die T em p e ra tu r des G ichtgases u m 60° ab, w ährend der K o hlensäuregehalt eine S teigerung u m rd . 10 % erfuhr. D ie Folge dieser V eränderungen m u ß te eine Senkung des W ärm ebedarfs des Ofens sein. T atsächlich w ar der K o ksverbrauch bei der üblichen W in d te m p e ra tu r von 600°

u m etw a 30 k g /t R oheisen geringer.

W enn m an einem a n u n d fü r sich schon in w ärm ew irt­

sch aftlich er B eziehung g ü n stig a rb e ite n d e n H ochofen noch 30 kg K oks je t erzeugten E isens e rsp a rt, so is t das sehr viel, d a m an bei gegebenen M öllerverhältnissen ja einm al an einen P u n k t an k o m m t, wo d e r Ofen zu d ic h t g eh t, d. h.

die G leichm äßigkeit der G asström ung g e stö rt w ird, u n d der Ofen a n fä n g t auszuw erfen. D ieser P u n k t w ird u m so später erreich t, je w eniger zerreiblich u n d je schw erer verbrennlich d er eingebrachte K oks ist. A uch die G leichm äßigkeit der Stückgröße w irk t günstig auf die G asström ung ein. D eshalb

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27

Sc/inffl 4 - ß

A bbildung 2. A enderung des Profils im B etrieb.

A bbildung 3.

D as K e tte n filte r und seine Anbringung im Gasfang.

soll d er K oks, der die A uflockerung h au p tsäch lich besorgt, n ic h t groß- u n d kleinstückig d u rch ein an d er gegichtet w erd en ; w enn verschiedenstückiger K oks v e ra rb e ite t w erden m uß, so w ird er zw eckm äßig g e tre n n t aufgegeben. Auch die gleichm äßige S tückgröße des M öllers is t n a tü rlic h äu ß erst v o rte ilh a ft. D ieser M u sterzu stan d lä ß t sich, w ie schon er­

w äh n t, k au m e rre ic h e n ; in B ochum w ird ab er zum m indesten b ei den d reh b aren A ufsatzkübeln eine gleichm äßige Schich­

tu n g d er einzelnen S orten herb eig efü h rt.

D ie E r k l ä r u n g f ü r d ie g ü n s t i g e W i r k u n g d e s K e t t e n f i l t e r s lieg t in d er Z w angsläufigkeit d er G asab­

führung. D as Gas k a n n n ic h t m eh r wie b isher in zwei großen T eilström en den oberen Ofen durcheilen, sondern m u ß sich ü b er den ganzen Q u ersch n itt v erteilen u n d seine W ärm e w enigstens a n die le tz te n G ichten gleichm äßiger ü b ertrag en u n d bessere R e d u k tio n sa rb e it leisten. D u rch die eben­

m äßigere V erteilung des Gases w ird ohne Zweifel seine Ge­

schw indigkeit u n d d ad u rch d er S ta u b e n tfa ll v errin g ert. Auch die n iedrigere G ic h tte m p e ra tu r fin d e t so ih re E rk lä ru n g . F e r­

n er t r i t t beim H in d u rch streich en des Gases durch die K e tte n ­ glieder eine häufige R ic h tu n g sän d eru n g des G asstrom es ein;

G eschw indigkeitsverringerung u n d häufige R ich tu n g sän d e­

ru n g des G asstrom es sind also fü r die V erm inderung des S taub- en tfalls bestim m end. A lles in allem k a n n gesagt w erden, daß diese einfache E in ric h tu n g den H ochofengang sehr g ü n stig be­

ein flu ß t, der seitd em gleichm äßiger u n d ru h ig e r gew orden ist.

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ö. Septem ber 1929. E in flu ß der Gasströmung im Hochofen a u f den Gichtstaubentfall. S ta h l un d Eisen. 1299

^ Die B efürchtung, daß das m i t e i n e r B ü t t e l v o r ­ r i c h t u n g v e r s e h e n e K e t t e n f i l t e r n i c h t f r e i z u h a l t e n sei, b ra u c h t m an nich t zu haben. In dieser B e­

ziehung liegen besonders ungünstige V erhältnisse in Bochum wegen des Zink- u n d B leigehaltes des M öllers vor. U m E r ­ fahrungen zu sam m eln, w urde das K e tte n filte r in den ersten 14 Tagen n ich t ab g esch ü ttelt. L aufende D ruckm essungen im Ofeninnern in n erh alb u n d a u ß erh alb des F ilte rs sicherten vor unliebsam en U eberraschungen. D er D ruckunterschied wurde allm ählich im m er größer, ein Beweis, d aß sich das F ilter zusetzte, w ährend d er S ta u b e n tfa ll sich verrin g erte.

Nach 14 Tagen w urde eine K lappe g eöffnet; d er sich leich t lösende A nsatz (A b i. 4) b estan d aus 16,70 % F e, 3,15 % S i0 2, 0,65 % A120 3, 4,51 % CaO, 1,63 % MgO, 45,33 % Zn, 2,15 % Pb. D ann w urde noch 8 Tage w eiter geblasen, u m zu sehen, wie w eit m an sp ä te r m it dem D ich terh än g en der Ketten gehen konnte. Als d er D ru ck u n tersch ied 800 m m W.-S. betrug u n d d adurch größere G asverluste beim G ichten entstanden, w urde g e rü tte lt. Sofort t r a t d er a lte Z u stan d

Abbildung 4. S tau b an satz auf dem K e tte n filte r nach 14 B etrieb stag en .

wieder ein, der D ru ck u n tersch ied fiel auf 200 m m W .-S., der Staubentfall stieg zw ar w ieder, blieb ab e r im m er noch 50 % unter den früheren M engen. E in gew isser D ru ck u n tersch ied vor und h in te r dem F ilte r is t zur E rzie lu n g ein er g u ten F ilterw irkung erforderlich. D ie H ö h e dieses D ru c k u n te r­

schiedes m uß in jedem einzelnen F a lle a u sp ro b ie rt w erden.

Diese E rgebnisse w urden bei einem K o k sd u rch satz von 500 t/2 4 h erzielt; diese ersten V ersuche fielen in eine Z eit, in der der Ofen lan g sam b e trie b e n w erd en m u ß te . B ei stärkerem B lasen m u ß te n sich die V erh ältn isse n a tü rlic h bei den verhältnism äßig locker häng en d en K e tten g lied ern etw as ändern. D er K oks, auch der feine K oks, blieben im Ofen.

Der S tau b en tfall stieg von 4 auf 5 % des M öllers, sta n d jedoch noch 40 % h in te r dem frü h eren E n tfa ll zurück.

E ine V erm inderung der in den G asreiniger geblasenen Stoffe w ird auch d adurch an g estreb t, d aß ein T eil d er G i c h t g a s e a m U m f a n g e d e s O f e n s c h a c h t e s a b g e ­ f ü h r t w ir d (Abb. 5), also m it dem stü rzen d en M öller n ic h t in B erührung k om m t. Bei den G ichtverschlüssen dieser A rt w erden die beiden G asabzugsrohre schräg n ach oben

g efü h rt, w odurch den schw ereren, vom G asstro m m it­

gerissenen E in zelteilen d er B eschickung G elegenheit ge­

geben w ird , in den Ofen zurückzufallen. D u rch diese A n­

ordnung w ird der S ta u b e n tfa ll zw ar auch n ied rig g eh alten , doch is t die G leichm äßigkeit d er G asström ung noch n ic h t erreich t, d a dieselbe sich auch h ier im Sinne d er beiden A b­

führungsrohre als T eilström e im oberen T eil der B egichtung b ild e n k an n .

W elche S c h l ü s s e s i n d a u s d i e s e n B e o b a c h ­ t u n g e n zu ziehen? Bei einem neu herzu stellen d en Ofen k ö n n te m an zwei W ege einschlagen. D er erste W eg w äre der, den oberen O fenschacht gleich so d ü n n w an d ig au szu ­ m au ern , wie er n ach v erh ältn ism äß ig k u rz e r B etriebszeit von selbst b isher gew orden is t, u n d die K ü h lb alk en m it dem M auerw erk abschneiden zu lassen. D ie A ngriffsm öglichkeit des M öllers w ird v errin g ert, so daß es w esentlich län g er d au ern w ird, bis das M auerw erk z e rs tö rt ist. D er S ta u b ­ en tfall w ird von A nfang an, wie die E rfa h ru n g in Bochum g eleh rt h a t, b ei diesem S ch ach tp ro fil sehr g ering sein.

D ie billigere B auw eise k ö n n te in dieser A bsicht b estärk en . D er K e tten v o rh an g w ürde tr o tz des g erin g eren S ta u b - entfalles auch h ier eingebaut w erden, vo r allen D ingen wegen seines günstigen E influsses auf den Ofengang. D e r zw eite, te u re re W eg w äre der, den oberen T eil des Schachtes aus E isen herzustellen, n achdem es gelungen ist, den G ic h ts ta u b ­ e n tfa ll u n d die G ic h tte m p e ra tu r zu senken u n d den Ofen-

A bbildung 5. G ichtverschlu ß m it A b­

fü h ru n g eines Teils des Gases am U m fang des O fenschachtes.

gang d urch zw angsläufige G asabführung g ü n stig zu b eein ­ flussen. D ie w ahrscheinlich längere L eb en sd au er des Ofens w ürde die h ö h eren A nlagekosten rech tfertig en .

W ie aus dem B erich t h erv o rg eh t, w urd en die chem ischen V orgänge im H ochofen ganz a u ß e r a c h t gelassen u n d zur K läru n g einiger d ie W irtsch a ftlich k eit des H ochofen­

betriebes m itb estim m en d er F ra g e n n u r physikalische Ge­

setze herangezogen. D er A u sgangspunkt d e r U eberlegung w ar, d aß d e r S ch ach t die H a u p ta rb e it des H ochofens zu leisten h a t u n d sie auch schnell u n d g u t leisten k a n n . D as A ugenm erk w ar d a ra u f g e ric h te t, den Oefen v iel W in d b ei v erh ältn ism äß ig niedrigem D ru ck zuzuführen u n d alles S törende, w as die gleichm äßige G asström ung b eh in d ern k o n n te, au szu sch alten . W enn es d a n n gelungen is t, m it k leinen E in h e ite n bei einem M öllerausbringen vo n 49 % , einem V erbrauch von 750kg tro ck en em K oks je t B o h eisen u n d einem d u rch sch n ittlich en V erb rau ch von 16,0 + 1 2 ,0 = 28,0 % d e r erzeu g ten G asm enge fü r W in d e rh itz u n g u n d G eb läse tä g ­ lich 9 0 0 1 schw efelarm es S tahleisen zu erzeugen, so is t d a ra u s w ohl zu schließen, d aß au ch dieser W eg zum Ziele fü h r t.

1300 S tahl u n d Eisen. Die Berechnung von Regeneratoren. 49. Ja h rg . N r. 36.

Z u s a m m e n f a s s u n g .

B ei B an d g än g ig k eit, wie sie die m eisten Oefen m it hoher E rzeu g u n g infolge ih re r S c h ü ttv e rh ä ltn isse u n d G asab­

fü h ru n g h e u te aufw eisen, w erden die a m B ande sta rk e n G asström e im m er eine große Menge S ta u b m itfü h ren . D urch richtige A b m e s s u n g e n a n d e r G i c h t lä ß t sich die S ch ü ttu n g so beeinflussen, daß das Gas gleichm äßiger durch einen g rößeren Q u ersch n itt des Ofens s tre ic h t; hierdurch w ird seine G eschw indigkeit u n d als Folge w iederum die m itgerissene Staubm enge v e rm in d e rt. B etriebsbeobach­

tu n g en zeigten, d aß von großem E inflüsse auf den G icht­

sta u b e n tfa ll die B eschaffenheit des S c h a c h t m a u e r w e r k s ist. B eim V ergleich der E rgebnisse zweier ziem lich ähnlicher H ochöfen stellte sich h eraus, d aß bei dem Ofen, dessen M auerw erk schon ziem lich verschlissen w ar, so d aß die K ü h lb alk en aus dem S ch ach t h e rau srag ten , der S ta u b ­ en tfa ll viel geringer w ar als bei dem Ofen m it g la tte m E isen ­ schacht nach B urgers. D ie vorsteh en d en K ü h lk asten zw ingen das Gas zur häufigen B ich tu n g sän d eru n g , w odurch d er S ta u b au sfällt.

G u te E rfolge w urden w eiter m it dem E in b a u eines K e t t e n f i l t e r s im G asfang erreicht, das zu n äch st rein m echanisch einen T eil des m itgerissenen S taubes zu rü ck h ält.

D ad u rch , daß dem G asstrom auf dem u n m itte lb a re n W eg zu den seitlichen G asabzügen ein g rö ß erer W id ersta n d e n t­

gegengesetzt w ird , m u ß das Gas sich gleichm äßiger auf den ganzen O fenquerschnitt v e rteilen ; das fü h r t ebenfalls zu einer V erm inderung des S tau b en tfalls. Schließlich w urde

noch ein G i c h t v e r s c h l u ß ausgeprobt, b ei dem ein T eil der G ichtgase a m U m fang des O fenschachtes a b g e fü h rt w ird, so d aß er m it dem stü rzen d en M öller n ic h t in B erührung k o m m t. A uch durch diese A nordnung w ird der G ic h tsta u b ­ an fall niedrig gehalten.

B eim B au n eu er H ochöfen w ird m a n diese B eobach­

tu n g e n berücksichtigen. D enn die G asführung, w ie sie sich d urch M auerw erksbeschaffenheit u n d K e tte n filte r einstellte, b ra c h te neben d er V erringerung des S ta u b e n tfa lls eineE rnied- rig u n g d er G ic h tte m p e ra tu r u n d des K ok sv erb rau ch s, also n ic h t zu u n tersch ätzen d e w irtsch aftlich e V orteile.

An den V ortrag k n ü p fte G. B u l le , D üsseldorf, folgende Be­

m erkung a n : N icht überall lie fert der Hochofen d an n die besten Ergebnisse, wenn er randgängig ist, wie H e rr Stoecker es fest­

gestellt h a t. N ach am erikanischen E rfahrungen sind die R eak­

tionen auf den H ochofenquerschnitt ganz anders v e rte ilt. Man h a t d o rt bei eingehenden U ntersuchungen festgestellt, daß die Gase in der O fenm itte besonders schnell hochsteigen, w ährend am Ofenrande die Gase verhältnism äßig langsam w andern, also um ­ gekehrt, wie es in D eutschland gewöhnlich der F a ll ist4).

Man w ird zweckmäßig U ntersuchungen d arüber anstellen, ob randgängige Oefen m ehr oder weniger S tau b liefern als m ittel­

gängige. E in Vergleich m it am erikanischen V erhältnissen ist ohne w eiteres n ich t m öglich, d a d o rt andere E rze in B etracht kom m en. A ber es w äre denkbar, d aß Oefen, die nach am erikani­

scher A rt stä rk er in der M itte arbeiten, an sich weniger Staub geben als die Oefen von H errn Stoecker, die s ta rk randgängig sind.

4) Techn. P a p e r B ur. Mines N r. 442 (1929).

D ie Berechnung von Regeneratoren.

Von K. B u m m e l u n d A. S c h a c k in D üsseldorf.

[B ericht N r. 173 des Stahlw erksausschusses des V ereins deutscher E isen h ü tten leu te* ).]

( Berechnungsverfahren zur Erm ittlung der laufenden Oas- un d Windtemperaturen. Oröße der je m2 Heizfläche aus­

getauschten Wärmemenge. Zeitliche Temperaturänderung zwischen A n fa n g und Ende einer Halbperiode. Höchste und tiefste Temperatur während der Periode und Temperaturverlauf. D ie Wärmedurchgangszahl. Laufende Steintemperatur.

Heizflächenwirkungsgrad. Ausgetauschte Wärmemenge. Beispiel f ü r die Berechnung und ausführliche Erläuterungen.)

I

n le tz te r Z eit sind m ehrfach A rbeiten, die die B erechnung von B egeneratoren zum G egenstand h aben, v erö ffen tlich t w orden. U eber die E rgebnisse von dreien dieser A rb eiten , die der Lösung des Problem s m it H ilfe der b ek an n te n F orm eln des G egenstrom -W ärm eaustauschers1) nahekom m en, soll im folgenden b e ric h te t w erden. In der ersten der e r­

w äh n ten drei A rbeiten b e h an d elt K. B u m m e l 2) die B e­

rech n u n g der W ärm espeicher auf G rund der W ärm ed u rch ­ gangszahl. Die A rb eit ste llt die A nw endbarkeit fa s t aller die W ärm edurchgangszahl der B ek u p erato ren b etreffenden U eberlegungen auf die W ärm edurchgangszahl der B e­

generatoren fest. In einer zw eiten A rb e it ü b er den V erlauf der Gas- u n d W in d te m p e ra tu re n in W ärm espeichern leiten K. B u m m e l u n d A. S c h a c k 3) die fü r den T e m p e ra tu r­

verlauf im B egenerator gü ltig en F orm eln u n te r E inschluß verän d erlich er W ärm edurchgangszahlen ab. E s erg ib t sich, daß die fü r die zeitlich m ittleren T em p eratu ren im Begene­

ra to r geltenden F orm eln die gleichen sind wie die den ge­

w öhnlichen G egenstrom -W ärm eaustauscher beherrschenden.

In d er d ritte n A rb e it w ird von A. S c h a c k 4) die zeitliche

*) Sonderabdrucke sind vom Verlag Stahleisen m . b. H ., Düsseldorf, Postschließfach C64, zu beziehen.

4) U eber den Z usam m enhang zwischen der Arbeitsweise des G egenstrom -W ärm eaustauschers u n d des R egenerators vgl. auch E. H e r z o g : S t. u. E . 46 (1926) S. 1782; 48 (1928) S. 8/11.

2) M itt. W ärm estelle V. d. Eisenh. N r. 119 (19281: St. u. E. 48 (1928) S. 1712/5.

3) M itt. W ärm estelle V. d. E isenh. N r. 121; Arch. Eisen- hüttenw es. 2 (1928/29) S. 473/9 (Gr. D : N r. 35).

T em p eratu rän d eru n g im B eg en erato r berechnet. M it diesen drei A rbeiten is t die M öglichkeit gegeben, alles W ichtige über B egeneratoren im voraus zu berechnen, sobald die erforder­

lichen F estw erte, w ie W ärm eübergangszahlen u n d der K oeffizient X, (s. u n te n ), b e k a n n t sind. D ie B estim m ung dieser F e stw erte is t zur Z eit an einer V ersuchs-B egenerativ- k am m er im Gange.

Im folgenden sollen die H auptergebnisse der drei ge­

n a n n te n A rb eiten in einem ersten T eil zusam m engefaßt und in einem zw eiten T eil a n einem ausführlichen Bechnungs- beispiel e rlä u te rt w erden, d a m it der p ra k tisc h e Ingenieur in der L age ist, ohne besondere M ühe die fü r ih n in F rage kom m enden F älle durchzurechnen.

A. Das Berechnungsverfahren.

B ei den folgenden G leichungen b e d eu te n :

die laufende T em p eratu r 1 als zeitliches die E in trittste m p e ra tu r \ M ittel ü ber die die A u strittste m p era tu r | Gas- oder die S tein tem p eratu r J W indperiode die E x p o n entialfunktion (siehe Abb. 1 u .2 ).

die W ärm edurchgangszahl am b e tra ch te ­ te n P u n k t, bezogen auf die Vollperiode, d. h. den W ärm edurchgang in k c al/m 2 °C j e Vollperiode, g e te ilt durch die Z eitdauer einer Vollperiode (siehe A b sch n itt 7).

4) M itt, W ärm estelle V. d. Eisenh. N r. 122; Arch. Eisen- hüttenw es. 2 (1928/29) S. 481/6 (G r. D : N r. 36).

& u. 9-' in 0 C 9q u. 9-', in 0 C 9-2 U. ß-'j in 0 C 9-s u. 9-'s in 0 C

x „—x e , e

k ' kcal

m 2 h ° C

5. Septem ber 1929. Die Berechnung von Regeneratoren. S tah l u n d Eisen. 1301

F Fx

W u .W '

A bbildung 1. Die F u n k tio n e~

kcal

‘»C '

Ws

f ''li

qp

t u. t ' a u. a ' A3- u. A h '

c ;---kcal kg»C Y1 m3 8 m

k m = m ittlere W ärm edurchgangszahl über die ganze Heizfläche.

kmx = m ittlere W ärm edurchgangszahl ü ber die H eizfläche F x.

die ganze Heizfläche,

die bis zu der b e tra ch te te n Stelle d urch­

laufene Heizfläche, gerechnet vom Gas­

e in tritt an.

den W asserw ert von Gas u n d W in d = Vo­

lum en x spezifische W arm e. In der vor­

liegenden A rbeit bezieht sich W u. W ' auf das in der Vollperiode im D u rchschnitt in 1 h ström ende Volumen, w ährend die auf die in 1 Per. ström enden Volumina bezogenen W asserw erte W p u n d W 'p heißen. Es is t also

W = und W ' = t + t ' t + t ' den au sgenutzten W asserw ert der Steine

= c y —y]s bei doppelseitiger Beheizung.

den kleineren der W asserw erte v on Gas u n d W ind,

einen K oeffizienten (siehe Abb. 3).

einen W irkungsgrad =

w irklich ü b ertrag en e W ärm e höchstens ü b e rtra g b are W ärm e ( f ü r F = oo ).

^ e r V c q ^ ’ q ’ q ' ’ q 2 ’ q ' 2 J l S c d i ® a a S g e t a U S c h t e

W ärm em enge gem äß den K ennzeich­

n ungen in A bsch n itt 3.

die D auer der Gas- u n d W indperiode.

1. D ie l a u f e n d e G a s t e m p e r a t u r ( i n A b h ä n g i g ­ k e i t v o n d e r l a u f e n d e n H e i z f l ä c h e , v o m G a s e i n ­ t r i t t a n g e r e c h n e t ) fcm* Fx / w \

v (,1— ~W') b = — (b i — b ', ) 1 — e

W 1 — w 76

w \ w >)

°C (1)

fü r W = W ' ist

b = b x — ( b L — b 'j ) D ie A b g a s t e m p e r a t u r

/ M itt. 1213) \

\ Gl. 55 ) km* F*

k m F + W W '

°c

= ^ ( i — f) ° c

(la )

(

²

)

1213) \ kcal

^ C kcal

~°~c

/ M itt. 12

\ Gl. 19b ) 2. D ie l a u f e n d e W i n d t e m p e r a t u r (F x vom G as­

e in tr itt a n gerechnet) ^ _ k F

b ' = h j — ( h x— h 'i )

W ' ‘ta x ' i / W \

1 — — e w V w >)

w

1 w

w/6 0-50 ^°c

⁽³⁾

fü r W = W ' ist

» ' = &!-

1 + ( h i - h ' , )

kmx F x

w

1 + k r kcal

m 2 h 0 C

»C

F W

°c

/M i tt . 1213) \

\ Gl. 56 J

(3a)

die W ärm eübergangszahlen am b e tra ch te ­ te n P u n k t,

die T em peraturänderung zwischen A n­

fang u n d E nde der Gas- u n d W in d ­ periode.

D ie H e i ß w i n d t e m p e r a t u r

b ', = b x — (h j — h 'i) f 0 C (4) / M i t t . 1213) \ V Gl. 17b ) die spezifische W ärm e

der Steine,

das spezifische Gewicht m 3 der Steine.

m die äquivalente S tein­

stärk e =

^ gesamtes Steinvolum en gesam te Heizfläche kcal die W ärm eleitzahl der m h °C Steine.

einen K oeffizienten (siehe A b schnitt 7).

A usnutzungsgrad der Steine, d. h. das V erhältnis der wirklich gespeicherten Menge zu derjenigen, die bei X = oo ge­

speichert werden würde. A bbildung 2. Die F u n k tio n e + x .

1302 S tahl u n d Eisen. Die Berechnung von Regeneratoren. 49. Ja h rg . N r. 36.

3. D ie je m 2 H e i z f l ä c h e a u s g e t a u s c h t e n W ä r m e ­ m e n g e n .

G eht w ährend der D au er t der G asperiode eine W ärm e­

menge qp in k cal je m 2 vom Gas an die Steine ü ber, so m uß (u n te r V ernachlässigung d er Strahlungs- u n d L eitu n g s­

verluste) die gleiche W ärm em enge qp in der W indperiode von den Steinen an den W ind gehen; w ährend der D auer der Vollperiode t + t ' w ird also die W ärm em enge qp zwischen Gas u n d W ind ausgetauscht. D ann ist

kcal

A b ' , =

q '.t'

w. 1+

^W',

0 C /P er

« ' F t '

D ie T em p eratu rän d eru n g der Steinoberfläche q t

W 8

oder . q ' t '

w T ‘ A b . =

A b , = -

(10a)

(¹¹) (11a)

Qhv — (5)

4* o/tcCe ff,e w iź

1

* W

¿0

W

4

# J,ff&

4

# & s,ff z# ff,ff $0 7/7/7

7cF

A bbildung 3. D er A usdruck f t + t ' m 2 h

die W ärm em enge, die im M ittel über die D auer der Voll­

periode, bezogen auf eine Stunde, ausge- ' S ta u s c h t w ird. Die K ennzeichnung „im M ittel“ is t hinzuge­

fü g t, weil im A n­

fang der Gas- un d W indperiode der auf die Z eitein h eit be­

zogene W ärm eü b er­

gang von Gas an S tein, bzw .von Stein an W ind am größ­

te n is t u n d im wei­

teren V erlauf der Gas- u n d W indpe­

riode a b n im m t; qp V ollperiode t + t '.

D ie w ä h r e n d d e r G a s p e r i o d e im M ittel je S tunde u nd m 2 an die S tein e ü b e r g e g a n g e n e W ä r m e m e n g e is t:

q - i “ (6)

4 t m 2h w

D ie w ä h r e n d d e r W i n d p e r i o d e im M ittel je Stunde un d m 2 von den Steinen an den W in d ü b e r g e g a n g e n e W ä r m e m e n g e is t:

qp kcal I S n P h dabei ist:

qp = (t + t ') k (b - b ') n^ L (8) D ie B eziehungen des A bschnitts 3 gelten fü r jede be­

liebige Stelle des R egenerators.

4. D ie z e i t l i c h e T e m p e r a t u r ä n d e r u n g z w is c h e n A n f a n g u n d E n d e e i n e r T e il p e r i o d e an beliebiger Stelle des R egenerators ist

q - t

l ^— W W '

is t der D u rch sch n ittsw ert ü b er die H ierb ei is t

t p / , w \ i _ _ J 5 S e ~wr ( w 7) 1 W ' e

8

W B = C y - 7]s (12)

m it der S tein stärk e

2 x gesam tes Steinvolum en gesam te H eizfläche

2 x S teingew icht

q =

(

⁷

)

H eizfläche x spezifisches G ew icht der Steine un d dem A u snutzungsgrad des Steines

1 4s = ---

1 +

A b = W B

Ab'

1 + i

« F t

q '.t '

»C /Per (9)

W . • 1 +

w , , “ C /P e r (10) p | / M i t t . 122') \

« ' F t ' / { Gl. 8, 9 ) D e r T e m p e r a t u r a n s t i e g d e s A b g a s e s w ährend der G asperiode

q a t » C /P e r (9 a)

— --- (13)

4 7 Y (t + t ' )

D ie W ärm eü b ertrag u n g je m 2 u n d P erio d e qp = q t

= q ' t ' is t durch G leichung 8 gegeben. [E benso ist

qP = qtv (t + t').]

5. D ie h ö c h s t e u n d t i e f s t e T e m p e r a t u r w ä h r e n d d e r P e r i o d e .

N ach M itt. 1 192), F o rm el 6, is t die G esam tänderung der S tein o b erfläch en tem p eratu r in der G as- oder W indperiode

A b 8 = Z ( b , - b ' 8).

H ierb ei is t b 8 die m ittle re O b erfläch en tem p eratu r in der Gas- u n d b '8 in der W indperiode (zeitliches M itte l); an­

n äh ern d is t (vgl. Abb. 4) 5) b „ — b 'B

- = b Q b a

A b . =

W 8

i + l r

_{a F t}

D e r T e m p e r a t u r a b f a l l d e s H e i ß w i n d e s w ährend der W indperiode

max min

2 3

_ "

²

Diese G leichung g ilt streng, w enn d er A nstieg d er Gas­

te m p e ra tu r geom etrisch ähnlich dem A bstieg d er W ind­

te m p e ra tu r v erläu ft. M an w ird sie als p ra k tisc h genügend genau ansehen dürfen. E in setzen von b 8 — b '8 in die erste G leichung g ib t

5) Diese A nnäherung g ilt n ich t fü r A nfangspunkt un d E n d ­ p u n k t des Regenerators.

5. S eptem ber 1929. D ie Berechnung von Regeneratoren. S tah l un d E isen. 1303

A4>. = + s min

Nach Abb. 4 is t fern er

a = mal "P "^s AJ>3 2 ? °C A d

b — r - .

b - ^ U - °C

= d , + b — d s + A » ,

1 °C

min 2a = h„ 1 + °C

(14)

A h g (15)

2 ’ C,

Die hier entw ickelten F o rm eln gelten sowohl fü r die Gastem peratur als auch fü r die W in d - u n d die S tein ­ tem peratur. D ie höchste G aste m p e ra tu r is t

h ma* = h + ~ ( l - | ' ) ° C Die tiefste G astem p eratu r is t

A h / 1 hmln = h — |1 + — Die höchste W in d te m p e ra tu r is t

»C

h'rr = d ' + A h '

1 + d ° c

(16)

(17)

(18) 2 \ £,

Die tiefste W in d te m p e ra tu r am b e tra c h te te n P u n k t ist schließlich

h 'min = h '- (19)

2 (t + tQ S c y S 2 X

W enn k m it der H eizfläche v erän d erlich is t (z. B. w enn a, infolge der G asstrahlung, am G a se in tritt erheblich höher is t als am G a sa u stritt), so k a n n fü r die B erechnung der m i t t l e r e n W ä r m e d u r c h g a n g s z a h l ü b e r d i e g e ­ s a m t e H e i z f l ä c h e fü r k m it genügender A nnäh eru n g das a rith m etisch e M ittel der W ärm edurchgangszahlen am A n­

fang u nd am E n d e des R egenerators genom m en w erden.

F ü r t = t ' w ird : 1 _ 1 2 k - 7 +

1 1

' T

a £

2 t m 2 h °C

kcal (20a)

6. D e r T e m p e r a t u r v e r l a u f w ä h r e n d d e r P e r i o d e kann bisher n ic h t rechnerisch e rfa ß t w erd en ; es is t jedoch die H öchsttem peratur d max, die T ie fstte m p e ra tu r un d die m ittlere T em p eratu r d b e k a n n t, sowohl fü r Gas als auch für W ind u nd fü r die Steine, u n d zw ar fü r jede Stelle (H öhen­

lage) des R egenerators; aus diesen A n h a lts p u n k te n erg ib t sich aber bereits der ungefähre V erlauf d er T em p eratu ren während der P eriode. (In Abb. 4 m u ß = J 2 sein, bzw.

J 'i = J P ; aus dieser B edingung h erau s k a n n m an die d8-K urve ziem lich ein d eu tig einzeichnen; das gleiche g ilt für die d - u nd d '-K u rv e n .)

7. D ie W ä r m e d u r c h g a n g s z a h l a n beliebiger Stelle des R egenerators:

m 2 h 0 C , - ( 2 0 )

8 c y 8 ^ 4 X

/M itt. 1192)\

\ Gl. 5 b ) F ü r sehr k urze U m stellperioden (allgem ein fü r a. = 4 —— < 1 7 ) is t die A nnäherung, m it der in

c y 82

G leichung 20 u n d 2 0 a der V erlauf von t)s durch eine N äherungsgleichung e rs e tz t ist, ziem lich ro h ; es em p fieh lt sich, fü r genauere R ech n u n g en die W erte von r]s der M itteilung 105, Abb. 7, g estrich e lte L inie, zu e n tn eh m en .

Die G leichung 20 la u te t d an n (vgl. M itte ilu n g 119, G leichung 5 a)

( t + t ') 1 J _ 2

a t a ' t ' ^ Os C Y 8

m 2 h °C kcal (20 b) u n d G leichung 2 0 a la u te t:

J _ _ 1 ^— 2 k a ^ a '

2 t m 2 h °C i* ] s C Y 8 kcal

8. D ie l a u f e n d e S t e i n t e m p e r a t u r e rg ib t sich durch G leichsetzen der F orm eln l a u n d 4 a , M itt. 1192), zu:

k ( t + t p ( d — d p a t

un d in der W indperiode

k ( t + t p ( d — d p

d„ = d - (21)

»B = » ' + un d fü r t = t ':

d s = » u n d in der W indperiode

d'<

2 k a ' t '

(d — d p

, 2 k d -1--- ( d - >')

( 22 )

(21a)

(22a)

9. D e r H e i z f l ä c h e n w i r k u n g s g r a d des R egenerators w irklich ü b ertrag en e W ärm e

höchstens ü b e rtra g b a re W ärm e f ü r F = o o n — fl /M itt. 1213)\

1 ’ \ Gl. 35 ) Wmin

fü r W = W ' i s t 6):

1

=

1 +

^W

(23)

(23a)

kcal /M itt. 1192)\

[ Gl. 5 b )

£ is t ein K oeffizient, der fü r m ittle re V erhältnisse m it etw a3 angenom m en w erden k an n . R echnerische u n d versuchs­

technische A rbeiten zur genaueren E rm itte lu n g von £ sind zur Z eit im Gange.

■= / M i t t . 1 2 1 3 )\

( G1 32 )

10. D ie j e t S t e i n i n 1 P e r i o d e a u s g e t a u s c h t e W ä r m e m e n g e e rg ib t sich durch D ivision der je m 2 u n d P eriode au sg etau sch ten W ärm em enge qp (G leichung 8) m it dem auf 1 m 2 H eizfläche entfallen d en Steingew icht

8v 711

2000 qp k cal 2 YZU

Q = ⁽²⁴⁾

8 y t Periode

D er F a k to r 1000 t r i t t h in zu , w eil die W ärm em enge sich n ic h t auf 1 kg, sondern auf 1 t bezieht.

Diese F orm el is t in M itt. 121, Gl. 32 falsch wieder-

/ W k

Sie sei h ierm it b e ric h tig t: -— — s t a tt - —

\k m .r W

,FV

1304 S tahl u n d Eisen. Die Berechnung von Regeneratoren. 49. Ja h rg . N r. 36.

B. Beispiel für die Berechnung und Erläuterungen.

1. Gesucht sind die Temperaturen.

Gegeben is t folgender R eg en erato r:

H eizfläche F = 1400 m 2

Steingew icht der G itterung G = 110 000 kg Spezifisches Gewicht des Steines y = 1900 —kg Spezifische W ärm e des ,, c = 0,25 kcal

kcal

k mF 3 ,3 3-1400

W ärm eleitzahl des X = 1,0

m h ' C 2 - 1 1 0 000

H ieraus äquivalente S teinstärke o = —jtwt = 9,083 m 1400 • 1900

D auer der Heizperiode t = 0,5 h ,, „ K ühlperiode t ' = 0,5 h E in trittste m p e ratu r Gas S-, = 1400°

W ind 9 + = 100°

m3 G asmenge V p = 6000 W indm enge V 'p = 5000

Per

Spezifische W ärm e des Gases cp = 0,35 ,, ,, ,, W indes c 'p = 0,32

kcal m 8 °C

kcal m 3 °C

Lobe 2 5 - 0 ,5 + 1 5 - 0 ,5 + 3

2 (0,5 + 0,5) 0,083 0,25 • 1900 - 0,082 2Ü T -1- = 0 ,2 4 2 ; kobeD = 4,13 — ^ aI

koben m 2 h 0 C

Ebenso is t:

1 kanten

0,5 + 0,5 0,5 + 0,5 1 1 2 - 0 ,5 + 1 0 - 0 ,5 + T

W 2100

2100

= 1600 1600

= 2,22

= 1,31

= 0,762

H ieraus W asserw ert des Gases W P = W = 6 0 0 0 -0 ,3 5 = 2100-^-^kcal

un d W asserw ert des W indes W 'p = W '= 5 0 0 0 -0 ,3 2 = 1600-^-^- (W is t hier gleich W p, weil die Vollperiode t + t ' gerade

1 h dauert.)

W ärm eübergangszahl oben w ährend der Gas-

• , kcal

penode a = 25 m 2 h °u W ärm eübergangszahl oben w ährend der W ind-

• a ’ koal

penode a = 15 W ärm eübergangszahl u n ten w ährend der W in d ­

periode a.' = 10 W ärm eübergangszahl u n ten w ährend der Gas­

periode a = 12 m 2 h °C

kcal m 2 h °C

kcal

W W

u n d W '

W

^{= 2100}

D a m it is t n ach A lb . 3

f = 0,195.

D ie A b g a s - u n d H e i ß w i n d t e m p e r a t u r . N ach G leichung 2 is t so m it die A b g a s t e m p e r a t u r ü 2 = 1400 — (1400 — 100) 0,762 (1 — 0,195) = 603 ®C.

D ie H e i ß w i n d t e m p e r a t u r is t n ach G leichung 4

$ 'a = 1400 — 1300 • 0,195 = 1146°C.

In W irk lich k eit lieg t sowohl die H eißw ind- als auch die A b­

g a ste m p e ra tu r wegen der h ier v ernachlässigten A ußenver­

luste etw as tiefer, u n d zw ar m eist in der G rößenordnung von je 5 % .

D ie l a u f e n d e n T e m p e r a t u r e n .

D ie laufende Gas-, W ind- u n d S te in te m p e ra tu r w ird am besten so e rm itte lt, d aß au ß er den schon b e k a n n te n beiden E n d p u n k te n noch zwei w eitere P u n k te im In n e rn des R e­

generators b erech n et u n d durch die so gefundenen P u n k te K urv en gezogen w erden. W ä h lt m an diese beiden P u n k te in ein u n d zwei D ritte l H öhe der ganzen H eizfläche, so ist fü r ein D ritte l H öhe in G leichung 1 F x = —— = 467 m 2.1400

o Als W ärm edurchgangszahl im A usdruck k F x

~W ~ m uß das

m 2 h °C D ie W ä r m e d u r c h g a n g s z a h l e n u n d K e n n w e r t e .

Z unächst is t im m er die W ärm edurchgangszahl k zu berechnen. N ach G leichung 20 is t

1 0,5 + 0,5 0,5 + 0,5 1

M ittel über die F läch e F x eingesetzt w erden. D a h ier überall geradliniger V erlauf der W ärm eüber- u n d D urchgangszahlen v o rausgesetzt w ird , fin d e t m an die gew ünschten M ittelw erte am besten g raphisch, indem m an koben u n d k anten nach Abb. 5 a u fträ g t u n d d u rch eine G erade v e rb in d et. D ie M itte g ib t d ann den M ittelw ert von k, der zur ganzen H eizfläche F gehört, an. D ieser W e rt is t 3,33. D a auß erd em die zu den einzelnen H eizflächenstücken gehörenden M ittelw erte k x g esucht sind, so h a t m an k m = 3,33 ü b er F = 1400 m 2 ein­

z u trag en u n d m it koben zu v erbinden. D ie so entstehende oberste G erade in Abb. 5 g ib t den V erlauf der m ittleren

4o6e/7 'M W ere | | I '

2 (0,5 + 0,5) 0,083 0,25 • 1900 • 0,083 + I T T = 0,397 kunten = 2,52.

^unten

D ie m ittle re W ärm edurchgangszahl is t also

4,13 + 2,52 kcal

k" “ ---2--- m * h ° C

Z ur B erechnung d er T em p eratu ren is t noch die K en n tn is k F W W '

der K ennw erte irT- , TT?/ u n d — notw endig. E s ist

ffffff SOff 72ffff

- //e /z f/ä c A e //7 m *3

A bbildung 5. G eradliniger Verlauf der W ärm edurch­

gangs- u n d W ärm eübergangszahlen des Beispiels.

W ärm edurchgangszahl an. G leichzeitig sind in Abb. 5 m it anderem O rd in aten m aß stab die W ärm eübergangszahlen eingetragen, deren V erlauf ü b er die H eizfläche s p ä te r noch g eb rau ch t w ird.

F ü r die E bene in y , F = 467 m 2 A b sta n d von der G itte ro b e rk a n te is t n ach Abb. 5 k m 1 = 3,88 u n d so m it in G leichung 1 der K ennw ert

W \ 3,88 • 467

W ’ W' W 1 —

W 2100 ( 1 — 1,131) = - 0 , 2 6 7 .

5. Septem ber 1929. Die Berechnung von Regneratoren. S tahl und Eisen. 1305 D a dieser K en n w ert n eg ativ ist, w ird der E x p o n e n t in

der e -F u n k tio n p o sitiv , un d es is t Abb. 2 fü r e+ x zu be­

nutzen. D anach ist

e0’267 = 1,306.

Der im N enner von G leichung 1 stehende A usdruck is t W \ 3,33

W ~ 2100

1400(1 — 1,31) = — 0,688.

kmF w

Nach Abb. 2 ist

e0’688 = 1,990.

Somit is t die G a s t e m p e r a t u r in y s F A b stan d vom Gas­

e in tritt (G ittero b e rk an te) n ach G leichung 1 1 — 1,306

D ie S t e i n t e m p e r a t u r is t nach G leichung 21 bis 22 a zu bestim m en. In diesen G leichungen sind im G egensatz zu den b isher b erechneten G leichungen k , a u n d a ' n ic h t M ittelw erte, sondern die an dem b e tra c h te te n P u n k t h e rr­

schenden W erte. N ach G leichung 21 is t an d er G itterw erk s­

o b erk an te die S te in te m p e ra tu r in der G asperiode 4,13 • 1 (1400 — 1146)

1400- = 1 3 1 6 »C.

25 • 0,5

In

y,

F A b stan d vom G a se in tritt is t nach G leichung

21

die S te in te m p e ra tu r (k u n d a aus Abb. 5)

3,6 • 1 (1153 — 828)

= 1 0 4 2 ° C.

Oi- = 1400 — 1300 = 1 1 5 3 ° C.

1 — 1,31 • 1,990

Zur Berechnung d er G a stem p eratu r in 2/ 3 F = 944 m 2 A b­

stand von G ittero b erk an te e rg ib t sich

21 • 0,5

In 2/ 3 F A b stan d is t die S te in te m p e ra tu r n ach G leichung 21 (k u n d a aus Abb. 5)

3 ,0 5 - 1 (875 — 462)

+ 1 = 875 - 718 °C.

km xFj W

W \ 3 ,6 0 -9 4 4

2100

1 W ' (1 — 1,31) = — 0,501

und m it Abb. 2 u n d G leichung 1 1 — 1,65

16 • 0,5

Am E n d e der H eizfläche is t die S te in te m p e ra tu r nach G leichung 21

2 ,5 3 - 1 (6 0 3 — 100)

£ b, = 603 - = 390°C .

H = 1400 — 1300

1 — 1 ,3 1 -1 ,9 9 = 875° C.

Zur Berechnung der l a u f e n d e n W i n d t e m p e r a t u r sind nach Gleichung 3 die gew onnenen Z ahlen zu b en u tze n u nd nur der F a k to r W im Z ähler hinzuzufügen. D ie W ind-

tem peratur in Gleichung 3

W '

y 3 F A b sta n d vom G a s e in tritt is t nach

9 'i = 1400 — 1300 1 — 1,31 • 1,306

= 828 °C.

1 - 1 , 3 1 - 1 , 9 9 0

Die W indtem peratur in 2/ 3 F A b stan d is t n ach G leichung 3 Vg = 1400 — 1300 1 — 1,31 • 1,65

1 — 1,31 -1 ,9 9 = 462°C.

72 0 0 ,

' I— p = Sc/7tvar7/ru/7ff d e r ffa s fe m p e r a fu r -

= » » S7e//7o6erf/ät?/7e/7fe/77per'a/u P 200 — r =

700

( y /p & e /p p e r a fu p -

o

X X X V I.,

200 000 ^K

12 ■ 0,5

D ie b isher berechneten T em p eratu ren reichen aus, u m ein genaues B ild üb er den m ittle re n T em p eratu rv erlau f im R e­

g en erato r zu geben. Sie sind in Abb. 6 w iedergegeben.

D ie s p e z i f i s c h e W ä r m e ü b e r t r a g u n g . M it H ilfe d er gefundenen T em p eratu ren u n d der G lei­

chungen 5 bis 8 k a n n m an ohne w eiteres die s p e z i f i s c h e W ä r m e ü b e r t r a g u n g , d. h. die je m 2 u n d S tu n d e au s­

g etau sch te W ärm em enge („H eizflächenleistung“ ) b e stim ­ m en. In G leichung 8 is t dabei als W ärm edurchgangszahl die an dem betreffenden P u n k t herrschende zu verw enden.

N ach G leichung 8 u n d Abb. 5 u nd 6 is t die H eizflächen­

leistung der P eriode an der O berkante des G itters

qp! = (0,5 + 0,5) 4,13 • (1400 — 1146) = 1050 k c a l/m 2 P er.

In

y3

F A b stan d is t n ach G leichung 8 und A bb.5 un d 6 qp i = (0,5 + 0,5) • 3,59 (1153 — 828) = 1169 k c a l/m 2 P er.

In 2/ 3 F A b stan d vom G a s e in tritt is t nach G leichung 8 u n d Abb. 5 u n d 6 die H eizflächenleistung

qp | = (0,5 + 0,5) • 3,04 (875 — 462)

= 1256 k c a l/m 2 P er. A n der U n te r­

k a n te des G itterw erk s is t die W ärm e­

ü b ertrag u n g je P eriode

qp2 = (0,5 + 0,5) • 2,53 (603 — 1008)

= 1271 k c a l/m 2 P er. D a die V ollperiode gerade 1 h d a u e rt, so stellen die gefu n ­ denen W erte gleichzeitig die je h V oll­

periode u n d m 2 ausg etau sch te W ärm e­

m enge qbv d a r (Gl. 5). Von B ed eu tu n g ist fern er die in ein er als H alb p erio d e ge­

d ach te n S tu n d e ü b ertrag en e W ärm em en ­ ge, die die spezifische W ärm eü b ertrag u n g im engeren Sinne d a rs te llt. D iese W ä rm e ­ ü b e rtra g u n g w ird h ie r m it q bzw. q ' b e ­ zeichnet u n d g ib t die W ärm em enge w ie­

der, die w irklich von I m 2 H eizfläche in l h abgegeben oder aufgenom m en w ird. D iese W ärm em engen sind n ach G leichung 6

q i = C^ 1 = = 2100 k c a l/m 2 h

OOO <300 7000

— +

//e/2/7äo/7e 777/772 7000 7000

A bbildung 6. V erlauf der T em peraturen im Beispiel.

t 0,5

q i - — — = 2340 k c a l/m 2 h1169 0,5

164

1306 S tah l u n d Eisen. Die Berechnung von Regeneratoren. 49. Ja h rg . N r. 36.

qi = = 2510 k c a l/m 2 h s 0,5

q 2 = —— - 1271 - 2540 k c a l/m 2 h.

U ,0

D a die Gas- u n d W indperiode hier gleich lan g ist, so sind auch die H eizflächenleistungen in den beiden H albperioden gleich, also q = q '. T rä g t m an die gefundenen Zahlen über der H eizfläche F x auf, so e rg ib t sich Abh. 7. D as B ild zeigt, daß die W ärm eü b ertrag u n g n ach u n te n h in zu n im m t, daß also gerade die kühlen Teile des R egenerators am stä rk ste n arb eiten . D ieser F a ll t r i t t im m er dan n ein, w enn der W asser- w ert des W indes kleiner als der des H eizgases, also — > 1,W

is t u n d die W ärm edurchgangszahl n ic h t allzu sehr m it sin k en d er T em p eratu r abnim m t.

D ie z e i t l i c h e A e n d e r u n g d e r T e m p e r a t u r e n . D ie b ish er berechneten T em p eratu ren bezogen sich stets auf das zeitliche M ittel der Periode.

Von besonderer B ed eu tu n g is t dabei die K en n tn is des T e m p e r a t u r a b f a l l s d e s H e i ß w i n d e s u n d d e s T e m ­ p e r a t u r a n s t i e g s d e s A b g a s e s i n 1 P e r i o d e . U m nach G leichung 9 a den T em p eratu ran stieg des Abgases b erechnen zu können, m uß der W asserw ert von 1 m 2 H eiz­

fläche W s b e k a n n t sein. Zu seiner B erechnung is t zunächst der A u s n u t z u n g s g r a d d e s S t e i n e s n]s zu bestim m en . N ach G leichung 13 is t7)

hs = tJ U = 0 ,5 5

1

+

^0,0832

( 0 ,5 + 0,5) 0 ,2 5 -1 9 0 0

D a m it w ird der au sg e n u tz te W asserw ert von 1 m 2H eizfläche (G leichung 12)

W 6 = 0,25 • 1900 • • 0,55 = 10,8 k c a l/m 2°C.

B each tet m an noch, daß in G leichung 9 bis 10 a a die am b e tra c h te te n P u n k t herrschende W ärm eübergangszahl ist, so erg ib t sich m it den bisher gefundenen W erten nach G leichung 9 a der T e m p e r a t u r a n s t i e g d e s G a s e s an der G itte ro b e rk a n te

2100 • 0,5 „„ 0 C

Ji --- A

10,8 1

+

²¹⁰⁰

25 • 1400 • 0,5

= 87

In % F A b stan d is t

2340 • 0,5

10,8 1 ⁺

²¹⁰⁰

in 2/ 3 F A b stan d ist

= -

21 • 1400 • 0,5

2510 ■ 0,5

= 95

P erio d e

°C Periode

10,8 1 + 2100

^{= 98 Periode°C}

A l =

10,8 1 +

²¹⁰⁰

= 94

Periode 0,5)

H e i ß w i n d e s ist

2100 ■ 0,5

10,8 1

+

¹⁶⁰⁰

15 • 1400 • 0,5, In y s F A b stan d is t

A » i = 2340 • 0,5

10,8 1

+

¹⁶⁰⁰

13 • 1400 ■ 0,5

= 84

= 92

°C Periode

°C Periode

In 2/ 3 F A b stan d is t

A n - 2510 • 0,5

10,8 1 +

¹⁶⁰⁰

11,5 • 1400 • 0,5 Am E in tritts e n d e des K a ltw in d es is t

2540 ■ 0,5

= 97 °C

10,8 1

+

¹⁶⁰⁰

10 • 1400 • 0,5

= 96 °C

k ea f

%2äoo

&200O

K

\2v00

•^.2200

N

%^ ⁷⁰⁰⁰

|

¿7000

f ⁷²⁰⁰

7000

,| ⁰⁰⁰

\ 7,

t

7lU Bas

-oder M'nd/jerioc/e t/g

trag

^inyx00

-Wi[>gie ibe?

qöertragⁱ

700

^ron

7rns

n 1Liasr W/nc_---

t->äer er/OL70<jt/u -

1 K

^{F i}

200

^{?00 000 000 7000}

+ 2/e/zf/ä0/7e/77777£

7200 7000

16 • 1400 • 0,5/

An der G itte ru n te rk a n te is t die A enderung der G astem pe­

r a tu r (A bgas) in der G asperiode

2 5 4 0 -0 ,5 °C

n a c h 12 • 1400

D er T e m p e r a t u r a b f a l l d e s G leichung 10 a

’ ) F ü r kleinere W erte vo n rlS als 0,55 w ird die Gleichung ungenau, u n d es em pfiehlt sich die genaue B estim m ung von Tjs nach Abb. 7, M itt. W ärm estelle V. d. E isenh. N r. 105 (1927) S. 56.

A bbildung 7, Verlauf der spezifischen W ärm eübertragung im Regeneratorbeispiel.

M an h ä tte die E in tritts te m p e ra tu re n des Gases und W indes m it 1400 u n d 100° auch u n v erän d erlich annehm en können, d a diese ja vo n au ß en au fg ed rü ck t w erden. Es e n tsp ric h t ab er m ehr der W irk lich k eit, auch diese Tempe­

ra tu re n als v erän d erlich anzusehen u n d n ach den fü r das In n ere des R egenerators g eltenden F o rm eln zu berechnen, wie es hier geschehen ist.

D er T em p eratu rab fall des H eißw indes erg ib t sich hier­

n ach kleiner als der A nstieg der T e m p e ra tu r des Abgases;

auch das h ä n g t d a m it zusam m en, d aß — > 1 ist. SobaldW

d er W asserw ert des H eizgases (A bgases, n ic h t etw a F risch ­ gases v o r der V erbrennung!) k lein er is t als der des W indes, w ie es in sta rk e m M aße bei den H ochofenw inderhitzern der F a ll is t, keh ren sich die V erhältnisse u m , u n d der Tem pe­

ra tu ra b fa ll des H eißw indes w ird größer als d er T em p eratu r­

an stieg des Abgases (bei H ochofenw inderhitzern das D rei- bis V ierfache).

D ie T e m p e r a t u r ä n d e r u n g d e r S t e i n o b e r f l ä c h e is t nach G leichung 11 m it den schon gefundenen W erten an d er G itte ro b e rk a n te

2100 • 0,5 _ ®C - = 9 7 -

10,8 P eriode

In y , F A b stan d is t die T em p eratu rsch w an k u n g d er S tein ­ oberfläche

5. Septem ber 1929. Die Berechnung von Regeneratoren. S tah l u n d E isen. 1307

2 3 4 0 - 0 , 5

4 N - - T ä T - 1 0 8 Periode

° C

In y 3 F A b stan d is t sie

2 5 1 0 - 0 , 5

A d s2 = — = 1 1 6 „ . ,

3 1 0 , 8 Periode

An der G itte ru n te rk a n te w ird

2 5 4 0 • 0 , 5

= 1 1 8 -

° C

1 0 , 8 P eriode

D ie H ö c h s t - u n d T i e f s t t e m p e r a t u r e n . Nach G leichung 1 4 is t die H ö c h stte m p e ra tu r der S tein ­ oberfläche am G asein trittsen d e m it £ = 38)

Hs m a l 1 = 1 3 1 6 +

In l/ 3 F A b stan d is t sie

H s m a x i = 1 0 4 2 4

Und 2/ 3 F A b stan d w ird

H s m a x | = 7 1 8 - f

Ani G asaustrittsende is t die H ö c h stte m p e ra tu r der S tein ­ oberfläche

1 1 8 / 1 9 7 /

2 \ s j

1 0 8

f j 1

■ ^

{ 3

1 1 6 , 1

i n i 3

mai; = 3 9 0 + 1 --- 1 = 4 2 9 ° C .

Die tiefste T em p eratu r der S teinoberfläche (sie w ird am Ende der W indperiode = A nfang der G asperiode erreicht) ist an der G ittero b erk an te nach G leichung 1 5

9 7 / 1 \

H s m iD j = 1 3 1 6 1 + — ) = 1 2 5 1 0 C .

H s m i n 1 = 1 0 4 2

Die tiefste T em p eratu r der S teinoberfläche in y 3 F A bstand von der O berkante is t n ach G leichung 1 5

In 2/ 3 F A bstand

i 6 4 1 0 C .

Und an der G itte ru n te rk a n te w ird

H s m i n , = 3 9 0 - 1 4 8 ( l + i - j = 3 1 1 » C .

Die h ö c h s t e G a s t e m p e r a t u r is t an d er G itte ro b e rk a n te nach Gleichung 16

H m a x , = 1 4 0 0 + 8 7 j l - - M = 1 4 2 9 ° C .

Die höchste G astem p eratu r is t in 1/ 3 F A b sta n d n ach Gleichung 1 6

9 5 / 1

H m a x i = 1 1 5 3 + — ( l — 3 ] = 1 1 8 5 0 C ,

in 2/ 3 F A bstand ist

Hmi - 8 7 6 + y | l - = 9 0 8 0 C .

9 4 / 1

= 6 0 3 + - f l — — ) = 6 3 4 ° C .

D ie t i e f s t e G a s t e m p e r a t u r is t an der G itte ro b e rk a n te nach G leichung 17

H m i n , = 1 4 0 0 - J ( l + = 1 3 4 2 ® C .

In

y3

F A b stan d ist

H m i n 1 = 1 1 5 3 ■

In 2/ 3 F A b stan d ist

■ | ( i + A ] = i o9o»c.

H m i n | = 8 7 5 — Y i l + A ) = 8 1 0 ° C .

An der G itte ru n te rk a n te is t die höchste A b g astem p eratu r Hn

Die tiefste A b g astem p eratu r is t schließlich

H m in_ = 6 0 3 - 924 ( l + 3 - ) = 5 4 0 ° C .

D ie höchsten W in d te m p e ra tu re n ergeben sich aus G leichung 1 8 . D anach is t die h ö c h s t e H e i ß w i n d t e m ­ p e r a t u r (G ittero b e rk an te)

H m a x , = 1 1 4 6 + 8 4 i l + = 1 2 0 2 » C .

In y 3 F A b stan d is t H7;

In 2/ 3 F A b stan d is t H'j

m a x i = 8 2 8 + 9 2 | 1 + V l ] = 8 8 9 » C .

9 7 / 1

| = 4 6 2 + 2 1 + - ] = 5 2 7 » C

A m E in tritts e n d e des K altw indes is t

9 6 / 1

H',max, = 100 + ^ ( 1 + ^ ] = 164°C .

D ie tiefsten W in d te m p e ra tu re n ergeben sich aus Glei­

chung 19. D anach is t die t i e f s t e H e i ß w i n d t e m p e r a t u r H ' ^ = 1 1 4 6 - 84 ( l P j = 1118°C.

In

y3

F A b stan d is t die tiefste W in d te m p e ra tu r 92

~ Y

9 7 H ' m i n a = 4 6 2 — —

3 4

H 'm in 1 = 8 2 8 -

In 2/ 3 F A b stan d is t

A n 'd e r G itte ru n te rk a n te ist

9 6 H ' m i n , 1= 1 0 0 — —

1 --- — I = 7 9 7 ° C .

1 — — 1 = 430 °C.

1 — 1 = 68°C.

8) £ b leibt über die ganze Höhe des R egenerators n ich t ganz gleich. F ü r den eintretenden Gas- un d W indstrom ist £ = 1. A n d er­

seits w irk t aber die v o r u nd h in te r dem G itterw erk liegende Heizfläche (W andflächen un d K anäle) auf Gas u n d L u ft ein und bew irkt dadurch, daß beim E in tr itt ins G itterw erk C > 1 wird.

T rä g t m an die gefundenen T em p eratu ren in Abh. 6 ein, so ergeben sich die sch raffierten G ebiete der Schw ankungen der Gas-, W in d - u n d S tein tem p eratu ren .

D e r H e i z f l ä c h e n w i r k u n g s g r a d des R egenerators is t n ach G leichung 2 3

W ' 1600

7,1 = (1 ^ = 1600 0,195) = °,8°5.

D er R eg en erato r is t hiern ach genügend groß. E in höherer W irk u n g sg rad als etw a y)2 = 0,85 is t im allgem einen n ic h t w irtsch aftlich , d a ein solcher W irk u n g sg rad n u r durch ü b er­

m äß ig sta rk e V erm ehrung der H eizfläche erre ic h t w erden kann.

D ie je t Steingew icht in 1 P eriode ausg etau sch te W ärm e­

m enge is t n ach G leichung 2 4 am G a se in tritt Q , = ^ S - 1 3 32 0 T - kCal

0 , 0 8 3 • 1 9 0 0 t • P erio d e