Verfahren zur Wärmerückgewinnung beim elektrischen Brennen von Kunstkohlenkörpern.
Die Värmerückge'vinnung beim elektrisehen Brennen von Kunstkohlenkörpern, die z. B. aus einer Mischung von zerkleinertem Koks und einem Bindemittel, wie Steinkohlenteer, hergestellt werden, ist an sich bekannt. Diese Wärmerückgewinnung geschieht dadurch, dass man bei Öfen, die aus einer grösseren Anzahl von Kammern bestehen, Luft durch Kanäle, die in den Wänden der Kammern vorgesehen sind, derart zirkulieren lässt, dass sie sich an den in Abkühlung begriffenen Kammern erhitzt und die Wärme den vorzuwänuenden Kammern abgibt. Diese Kanäle sind gegen die Kammern vollkommen dicht.
Die Erfindung bezieht sich auf eine XTvTei- terentwicklung dieses Wärmerückgewinnungsverfahrens, sowie auf einen Ofen zur Durch- führung desselben. Nach dem Verfahren gemäss der Erfindung nimmt ein durch Saugen in Zirkulation gebraehter und daher unter Unterdruck befindlicher Luftstrom, welcher als Wärmeträger dient, die aus den Kunstkohlenkörpern beim Brennen entweichenden und durch Durchgänge in der Wandung der Kanäle, z. B. durch Mauerfugen, in diese Kanäle eindringenden brennbaren Dämpfe und (rase auf, wobei diese flüchtigen Bestandteile mit einem Teil des Sauerstoffes der Luft verbrennen.
Diese Arbeitsweise bietet verschiedene Vorteile. Die Teerdämpfe und die andern, aus den Kunstkohlenkörpern entweichenden flüchtigen Bestandteile werden nutzbar verwertet, indem sie ohne Verlust ihres eigenen Wärmeinhaltes gerade dort verbrennen, wo eine Erhitzung erwünscht ist, nämlich in den Winden der Kammern, die im Aufheizen begriffen sind. Ausserdem kann mit oben offenen Kammern gearbeitet werden, denn bei richtiger Durchführung des Verfahrens entweichen keine nennenswerten Mengen von Teerdämpfen und dergleichen nach oben in die Ofenhalle; die Dämpfe werden vielmehr infolge des in den Kanälen herrschenden n- terdruckes zum grössten Teil in diese gesaugt.
Die verbesserte Wärmerückgewinnung nach der vorliegenden Erfindung gestattet eine Energieeinsparung von rund 50% oder mehr gegenüber einem Ofen ohne Wärmerückgewinnung.
Es sind gasbeheizte Kammeröfen bekannt, bei denen die aus den Kohlenkörpern entwei chenden brennbaren Teerdämpfe und der bleichen ebenfalls zur Beheizung des Ofens herangezogen werden, aber auf andere Weise.
Die Dämpfe sammeln sieh unter der Gewölbedecke der geschlossenen Ofenkammern, von wo sie durch eine besondere Leitung abgesaugt und der Verbrelmung zugeführt werden. Die Ofenkammern müssen also geschlossen sein, und es sind besondere Leitungen für die brennbaren Teer- und andern Dämpfe notwendig. In diesen Öfen erwärmt sieh die Luft ebenfalls im Gegenstrom an den abzukühlenden Kammern, doch ist es bei Gaskammeröfen praktisch nicht möglich, das erfindungsgemässe Verfahren anzuwenden, denn bei solchen Öfen sind die Kanäle heisser als die zu brennenden Kunstkohlen. Die Temperatur der Kanäle in den Wänden steigt beispielsweise bis auf 14000 0, während die Kohlen nur eine Temperatur von 11000C erreichen. Die Schamotte schmilzt dabei oberflächlich, oder es bildet sich eine Schlackenhaut.
Undichtigkeiten im Mauerwerk werden dabei verschlossen. Beim elektrischen Brennen dagegen bleibt die Temperatur der Schamotte unter derjenigen der zu brennenden Kunstkohlen, wenn die Heilung durch Hindurehschicken des elektrischen Stromes durch die zu brennenden Kunstkohlenkörper geschieht. Die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens bei gasbeheizten Öfen ist auch aus einem andern Grunde praktisch unmöglich: die brennbaren Dämpfe würden in den schwachen Rauchgasstrom eingesaugt, nachdem dieser die eigentliche Brennzone verlassen hat, also dort, wo die Abkühlung einsetzt.
Dort darf aber der Sauerstoffgehalt des Rauchgases nur noch gering sein, da beim Brennen des Heizgases mit grossem Sauerstoffüberschuss der Wir kungsgrad der Heizung zu klein wäre. Die Teerdämpfe würden daher schlecht verbrennen, weil eben zu wenig Sauerstoff vorhanden wäre, und es würde sich viel Russ bilden, was zu einer Verstopfung der Kanäle führen wird.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Luftzirkulation für die Wärmerückgewin- nung zn bewerkstelligen. An Hand der Zeichnung, welche zwei Ausführungsbeispiele von Mehrkammeröfen zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindnng darstellt, wird auch das Verfahren beispielsweise erläutert.
Die Abb. 1 zeigt schematisch im waagrechten Querschnitt und die Abb. 2 im senkrechten Querschnitt längs der Linie A-A von Abb. 1 einen 5-Kammerofen welcher die Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens gestattet. Die Kammern sind mit 1 bis 5 bezeichnet, und die Zwischenwände, in welchen die Kanäle für die Luftzirkulation enthalten sind, mit 6. Wie aus Abb. 2 hervorgeht, sind vier voneinander getrennte Kanäle übereinander angeordnet; im folgenden sind mit Kanalsystem die vier übereinanderliegenden Kanäle und mit Abschnitt des Kanalsystems jeweils die vier übereinanderliegenden Kanalstücke bezeichnet.
Im Boden der Kammern kann ein zweites Kanalsystem eingebaut sein; im nachfolgenden. wird jedoch der Einfachheit halber nur die Luftzirkulation im Wandkanalsystem erläutert. 7 ist eine Wärmeisolationssehieht. Die zu backenden Kunstkohlenkörper werden in einer bestimmten Reihenfolge in eine der oben offenen Kammern 1 bis 5 eingesetzt oder eingegossen. Ebenso wie die Stromzuführungen und die metallische.n Leiter, welche den Stromkreis um die unter Strom befindliche Kammer schliessen, sind sie der Einfachheit halber nicht abgebildet. Beim Brennen sind sie von einem Füllpulver umgeben, das den elektrischen Strom leitet. Es sei nun angenommen, dass die Kammer 3 soeben mit den zu brennenden Kunstkohlenkörpern beschickt worden ist.
Die Kammer 2 ist im Vorwärmen begriffen und die Kammer 1 unter Strom, während sich die Kammern 4 und 5 abkühlen. Der Abschnitt 15 des Kanalsystems an der oben gezeichneten Stirnseite der kalten Ofenkammer 3 ist durch eine Klappe 16 geschlossen; die Abschnitte 10 und 11 sind an derselben Stirnseite der Kammer 3 nach aussen geöffnet, z. B. durch Entfernen von Versehhisspfropfen. Der Abschnitt 10 des Kanalsystems ist mit der nicht abgebildeten Saugleitung verbunden. In den Abschnitt 11 tritt nun in Pfeilrichtung frische Luft ein, die nacheinander in den Wänden der in Ab kühllmg begriffenen Kammern 4 und 5 (Kanalabschnitte 11, 12 und 13) zirkuliert und sich erwärmt.
Vom Abschnitt 13 des Kanalsystems gelangt die Zirkulationsluft durch den Abschnitt 14 in den äussern Kanalal,- schnitt 8 der unter Strom befindlichen Kam timer 1, wo sie ihre höchste Temperatur erreicht. Sie streicht dann in den Wänden der vorzuwärmenden Kammer 2 (Abschnitte
9 und 10) unter Wärmeabgabe an diese vor hei, giht auch etwas Wärme an die kalte Kammer 3 ab und entweicht in die Sauglei- tung. Die Pfeile zeigen die Richtung des Luftstromes an.
Die Steine nun, aus denen die Wände 6 und die Kanäle auf gebaut sind, sind nach dem Innern der Kammern absichtlich undicht zusammengefügt, indem sie beispielsweise nur an ihren unter und obern Flächen mit Mör- tel belegt sind. da das Kanalsystem mit einer Saugleitung verhunden ist und die Luftzir kulation infolge Saugwirkung entsteht, herrscht ein leichter Unterdruck in den Kanälen.
I)adurch werden die Gase und die Dämpfe, die sich in den Kammern 2 und 1 bilden, in die Kanäle durch die Mauerfugen eingesaugt, wo sie mit dem Sauerstoff der Zirkulationsluft in Berührung kommen und verbrennen, sofern sie brennhar sind. Durch Gucklöcher kann man in den Kanalabselinit- ten 8, 9 und 1.0 tatsächlich Flammen erkennen. Die brennbaren Bestandteile der flüchtigen Stoffe, die aus den Kunstkohlenkörpern entweichen, werden praktisch restlos oxv- diert, was den Backvorgang in den Kam nierii 2 und 1 unterstützt. Aus den Kam intern 5 und 4 entweichen keine flüchtigen Bestandteile mehr.
Die aus dem Ofen weggesaugte, mit flüchteigen Verbrennungsprodukten vermischte Zirkulationsluft gelangt zweckmässigerweise zunächst in ein Filter, bevor sie in die Atmo sleäre abgelassen wird.
Wenn man einen 5-Kammerofen benützt, der beispielsweise 20 m lang ist, aus 1,5 m breiten Kammern mit einer nutzbaren IIöhe von 1,5 m hesteht und zum Brennen von Kunstkohlen von einer Abmessung von 70 X 70 X 120 ein unter Verwendung eines Heizstrornes von 8000 A und 60 bis 70 V he- trieben wird, Muss eine vorgewärmte Kam- inner beispielsweise 4 Tage lang unter Strom sein, bis die Kunstkohlcnkörper eine Temperatur von 1200"C erreichen und fertig gebacken sind.
Ween die Kunstkohlen gemäss Schweizer Patent Nr. 249965 unmittelbar in den mit Füllpulver versehenen Ofen eingegossen werden, beträgt die Temperatur der als kalt bezeichneten Kammer 3 am ersten Tag etwas über 1000 C. Im Verlauf des Vorwärmens steigt sie bis auf rund 5000 C. Sie steigt weiter bis auf 1.2000 C, wenn sie unter Strom gesetzt wird. Während der ersten 4 Tage nach der Beschickung der Kammer 3 werden in dieser Temperaturen von etwa 100 bis 3000 C gemessen. Während dieser Zeit steigt die Temperatur in der Kammer 2 von 300 auf 7500 C und in der Kammer 1 von 750 auf 12000 C. In der Kammer 5 sinkt die Temperatur von 1200 auf 5000 C und in der Kammer 4 von 500 auf 3009 C.
Sobald die Kunstkohlenkörper in der Kammer 1 fertig gebrannt sind, wird der elektrische Strom durch die vorgewärmte Kammer 2 geleitet und die Kammer 4 ausge packt und neu beschickt. Ist die Beschickung der Kammer 2 fertig gebrannt, so wird die nunmehr gut vorgewärmte Kammer 3 unter Strom gesetzt und die Kammer 5 ausgepackt.
Selbstverständlich muss während des Brennzyklus auch dafür gesorgt werden, dass die Wärmerückgewinnungsluft den richtigen Weg nimmt. Wenn die Beschickung der Kammer 1 fertig gebacken ist und der Strom durch die Kammer 2 geleitet wird, wird die Klappe 16 herausgezogen, dafür aber die Klappe 17 eingeschoben. Die Öffnungen am Ende der Kanalabschnitte 10 und 11 werden geschlossen, dafür die unten gezeichneten Enden der Kanalabsehnitte 11 und 12 geöffnet. Das offene Ende des Kanalabsehnittes 11. wird nun mit der Saugleitung verbunden und die frische Luft tritt am offenen Ende des Kanalabsehnfttes 12 ein.
Sobald die Kammer 3 unter Strom kommt, wird die Klappe 17 wieder herausgezogen, die offenen Enden der Kanalabsehnitte 11 und 12 verschlossen, die oben gezeichneten Enden der Kanalab schnitte 1 2 und 13 geöffnet und die Klappe 18 eingesehoben.
Die Anordnung von mehreren Kanälen übereinander ist die Normalausführung, die zustande kommt, wenn man die Kammer wände aus Hohisteinen aufbaut. Jeder Hohlstein bildet ein ganz kurzes Kanalstück.
Selbstverständlich wird man in der Regel an der Saugstelle mehrere übereinanderliegende Kanäle zusammenfassen, damit man nicht für jeden Kanal einen Ventilator braucht.
Es ist möglich, an Stelle eines einzigen Luftstromes deren zwei zu benützen, wovon der eine durch die Wände der Kammern und der andere durch die Böden der Kammern geht. Die Abb. 3 zeigt schematisch in Draufsicht und die Abb. 4 im Querschnitt längs der Linie B-B von Abb. 3 einen 7-Kammerofen mit einem solchen doppelten Luftstrom. Die Kammern sind mit 1 bis 7 bezeichnet. In den Längswänden sind drei Kanäle übereinander geordnet und in den Kammerböden jeweils drei nebeneinander. Beide Kanalsysteme sind in sich geschlossen. So laufen z. B. die Bodenkanäle vom Boden der Kammer 1 in den Boden der Kammer 2 usw. bis in den Boden der Kammer 7 und von da durch ein Verbindungsstück 8 in den Boden der Kammer 1 zurück. Es ist auf Abb. 3 ersichtlich, dass auch das System der Wandkanäle in sich geschlossen ist.
Sämtliche Kanäle sind von den Stirnseiten der Kammern aus durch Öffnun- gen zugänglich, die im allgemeinen durch Deckel verschlossen sind.
Der Betrieb der Wand-und Bodenkanäle geschieht in ähnlicher Weise wie derjenige der Wandkanäle beim 5-Kammerofen nach Abb. 1 und 2. Es wird nun angenommen, dass im Beispiel von Abb. 3 die Kammer 3 ausgepackt ist. Das Wandkanalsystem ist durch den Schieber 9 unterbrochen. Die stirnseitigen Öffnungen 10 sind nach Herausziehen der Verschlussdeckel mit der Saugleitung verbunden worden. In die Öffnungen 11, von denen ebenfalls die Verschlussdeckel herausgezogen worden sind, tritt die frische Luft ein. Das Bodenkanalsystem ist durch den Schieber 12 unterbrochen. Die Bodenkanäle stehen durch ihre Öffnungen 13, 14 und 15 mit der Saugleitung in Verbindung, und in die Öffnungen 16, 17 und 18 tritt frische Luft ein.
Beide Kanalsysteme können an eine einzige Saugleitung angeschlossen sein. In diesem Falle empfiehlt sich, in die Verbindungs- rohre Klappen einzubauen, die eine Regulie rnng des Luftstromes ermöglichen.
Es wäre möglich, die Zirkulationsluft ab wechskmgsweise durch Wand- und durch Bodenkanäle zu leiten. Diese Ausführungsform ist aber nicht vorteilhaft. Es ist besser, die Kanäle immer waagrecht zu verbinden und unverzweigt zu lassen, denn auf diese Weise ist eine gleichmässige Luftgeschwindigkeit in allen parallel geschalteten Kanälen gewährleistet. Sobald senkrechte Verbindungsstücke vorhanden sind, ist der Zug in den übereinanderliegenden Kanälen infolge von Dichteunterschieden der Luft ungleich.
Obwohl das erfindungsgemässe Verfahren u. a. den sehr grossen Vorteil bietet, dass die Ofenkammern nicht gedeckt sein müssen, was eine wesentliche Einsparung an Installationskosten bedeutet und die Bedienung der Öfen vereinfacht und erleichtert, bleibt es selbstverständlich unbenommen, zweckes Herab setzung der Wärmeverluste die in Vorwär- ininig und unter Strom befindlichen Kammern mit wärmeisolierenden Deckeln zu versehen. pATENTANSPRIJOEE 1:
Verfahren zur Wärmerückgewinnung beim elektrischen Brennen von Kunstkohlenkörpern in Mehrkammeröfen, in denen der elektrische Strom mindestens zum Teil durch die zu brennenden Kunstkohlenkörper geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Luftstrom durch wenigstens in den Längswänden der Kammern befindliche Kanäle derart durchgesaugt wird, dass er sich in den Wänden der in der Abkühlung begriffenen Kammern erwärmt und die Wärme den aufzuwärmenden Kammern durch die Kanäle in ihren Wänden zuführt, wobei die beim Brennen der Kunstkohlenkörper im Innern der Kammern entstehenden flüchtigen Bestandteile durch in den Längswänden vorgesehene Durehgänge in die Luftzirkulationskanäle eingesaugt werden und in diesen verbrennen.
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