DE1542369C - Kammerofen mit wanderndem Feuer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kammerofen mit wanderndem Feuer für indirekte Beheizung aus einer Anzahl von an ihren Längsseiten aneinanderliegenden Brennkammern, die vorzugsweise ein Vielfaches von 4 ist, wobei die Brennkammern an ihren Längsseiten von Heizwänden begrenzt sind, in denen sich Umlenkeinbauten für einen möglichst langen Weg der Ofengase in den Heizwänden befinden.

Zum Brennen von keramischen und feuerfesten Gegenständen, insbesondere in der Ziegelei, sind Ringöfen und Ringkammeröfen bekannt, bei denen auf einer kreisrunden, elliptischen oder rechteckigen Bodenfläche eine beträchtliche Anzahl von Ofenkammern nebeneinander angeordnet sind. Es handelt sich bei diesen Ofentypen um eine direkte Beheizung, in der die Ofengase durch Kanäle in der Ofensohle eintreten, das Brenngut umspülen und im oberen Bereich der Kammer abgezogen werden. Eine andere Möglichkeit ist die direkte Beheizung mit überschlagender Flamme, wobei in den Kammern, in denen eben das Feuer liegt, die Heizgase an einer Strahlungswand entlangstreichen und von oben das Brenngut der Kammer beaufschlagen. Es können innerhalb des Ofens mehrere Brennzonen, also z. B. für einen Vorbrand und einen Garbrand, vorgesehen werden. Die Chargenzeit ist im allgemeinen sehr lang und beträgt je nach Ofengröße bis zu mehreren Wochen.

Es ist offensichtlich, daß derartige Ofenanlagen eine sehr geringe Anpassungsfähigkeit an unterschiedliches Brenngut und unterschiedliche Brennprogramme besitzen.

Beim Brennen von besonderen keramischen oder feuerfesten Produkten und insbesondere zur Herstellung von Kunstkohlen verbietet sich jedoch eine direkte Beheizung in den oben beschriebenen Ringöfen oder Ringkammeröfen. Besondere Probleme beim Brennen in Öfen mit wanderndem Feuer treten auch dann auf, wenn das Brenngut mit zunehmender Erwärmung zur Entwicklung flüchtiger Substanzen neigt. Dies gilt insbesondere für die Herstellung von Kunstkohlen u. dgl. aus einem graphitischen Material, welches mit Hilfe von Erdöl- oder Kohleprodukten gebunden ist. Es entwickeln sich dann bei der Entgasung flüchtige, brennbare Stoffe, die sich entzünden und das sogenannte »Flammen« hervorrufen. Alle diese Erscheinungen beeinträchtigen einen gleichmäßigen Ofengang mit möglichst geringem Temperaturgefälle innerhalb des Brenngutes und Einhaltung der erforderlichen Aufheizgeschwindigkeit und Brenntemperatur.

Die Beheizung der Kammern, in denen das Feuer liegt, erfolgt im allgemeinen mit flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen, insbesondere Heizöl. Die Wandtemperaturen der Kammern sind durch die Feuerbeständigkeit der Ofenzustellung begrenzt. Bei Betrieb der Öfen ist zu berücksichtigen, daß die Flammentemperatur von z. B. Heizöl in der Größenordnung von 2000° C liegt, die zulässige Wandbelastung in der Größenordnung von etwa 1300 bis 1400° C und die Brenntemperatur in etwa um 1000° C beträgt. Es ist also die Gasführung, insbesondere bei indirekt beheizten Kammern, für einen wirtschaftlichen Ofenbetrieb zur Erzeugung qualitativ hochwertiger gebrannter Gegenstände von besonderer Bedeutung, darüber hinaus ist die Vorwärmung des Brenngutes durch gegenströmendes Abgas sowie die Vorwärmung der Verbrennungsluft an dem abkühlenden Brenngut erforderlich. In gewissem Umfang wird man auch eine Gasumwälzung vornehmen. Es ist auch bereits ein Ofensystem mit indirekter Beheizung des Brenngutes bekannt (USA.-Patentschrift 2 699 931). Dieser Ofen ist aufgebaut aus einer Anzahl von Kammergruppen, an Stelle der einzelnen Kammern nach den bekannten Ofenkonstruktionen für direkte Beheizung. Jede Kammergruppe weist eine Anzahl von Einzelkammern auf. Diese liegen innerhalb ihrer Gruppe mit den Längsseiten

ίο aneinander. Die Gasführung ist derart, daß die gleichen Kammern jeder Gruppe hintereinandergeschaltet sind. Da bei dieser Konstruktion nur ein quadratischer oder rechteckiger Ofen in Frage kommt, ergeben sich unterschiedlich lange Gaswege bei Überleiten der Gase über Sammelkanäle aus einer Ofenhälfte in die andere. Durch die unterschiedlich langen Gaswege bei den einzelnen Kammergruppen ist die Gleichmäßigkeit des Ofenbetriebes und damit das Wärmeangebot an das Brenngut nicht in allen Kammern gleich. Abgesehen davon treten Schwierigkeiten bei einem Brenngut auf, welches zum Flammen neigt und beträchtliche Gasmengen entwickelt.

Die Erfindung betrifft nun eine Ofenkonstruktion, die durch eine verbesserte Gasführung innerhalb der einzelnen Ofenkammern eine vollkommen gleichmäßige Ofenführung gewährleistet und "dadurch das Brenngut qualitativ besser ist infolge der Gleichmäßigkeit des Wärmeangebots. Gegenüber der bekannten Ofenkonstruktion stellt der erfindungsgemäße Kammerofen insofern eine weitere Verbesserung dar, als er hinsichtlich des Brennprogramms und auch des sehr unterschiedlichen Brenngutes sehr anpassungsfähig ist. In dem erfindungsgemäßen Kammerofen lassen sich ohne Schwierigkeiten auch solche Kohleprodukte brennen, die bisher infolge des sogenannten Flammens zu Schwierigkeiten führten. Der erfindungsgemäße Kammerofen mit wanderndem Feuer für indirekte Beheizung aus einer Anzahl von an ihren Längsseiten aneinanderliegenden Brennkammern, die vorzugsweise ein Vielfaches von 4 ist, wobei die Brennkammern an ihren Längsseiten von Heizwänden begrenzt sind, in denen sich Umlenkeinbauten für einen möglichst langen Weg der Ofengase in den Heizwänden befinden, ist dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Heizwänden jeder Kammer die Heizgase durch einen gemeinsamen, mit Brennern versehenen Gaseintrittsschacht von dem Gasaustrittsschacht der vorhergehenden Kammer kommend zuströmen und durch einen gemeinsamen Gasaustrittsschacht in den Gaseintrittsschacht der folgenden Kammer abströmen.

Die Erfindung betrifft auch noch ein Verfahren zum Betreiben des neuen Ofens, in dem in die kalte Kammer die Verbrennungsluft eingeleitet, diese an dem sich abkühlenden Brenngut vorgewärmt und dem Brenner in der Kammer zugeführt wird, in der das Feuer liegt. Die heißen Ofengase dienen in den sich anschließenden Kammern zur Vorwärmung des frischen Brenngutes und verlassen den Ofen bei der letzten vollen oder kalten Kammer durch den Schornstein.

Die Erfindung wird nun an Hand der Figuren, und zwar im Vergleich zu einer bekannten Ofenkonstruktion (USA.-Patentschrift 2 699 931) näher erläutert.

Bei dieser handelt es sich ebenfalls um eine indirekte Beheizung des zu brennenden Gutes. Grundsätzlich entspricht der Ofenaufbau den bekannten Ringkammeröfen, die nebeneinander angeordnet auf

einem runden, elliptischen oder rechteckigen Grundriß Kammern zur Aufnahme des Gutes für direkte Beheizung aufweisen, also mit überschlagender Flamme oder Zutritt der Heizgase durch die Ofensohle. An Stelle der Kammern bei direkt beheizten Ringkammeröfen weist die bekannte Ofenkonstruktion für indirekte Beheizung aneinander angeordnete Zellengruppen, die aus einer Anzahl von Zellen bestehen, auf.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen dieses bekannte Ofensystem, wobei F i g. 3 einen schematischen Überblick über die Anordnung der Zellen und Zellengruppen in dem gesamten Ofensystem mit Strömungsrichtung der Heizgase und die Fig. 1 und 2 einen horizontalen Schnitt nach b-b der Fig. 2 und die Fig. 2 einen vertikalen Schnitt nach a-a der Fig. 1 einer Zelle bzw. deren begrenzende Heizwand darstellt.

Die F i g. 4 bis 6 betreffen die erfindungsgemäße Ofenkonstruktion. Aus F i g. 6 geht schematisch die Anordnung der hintereinander-, mit den Schmalseiten aneinanderliegenden Kammern und die etwa serpentinenartige Strömungsrichtung der Heizgase her-) vor. Die F i g. 4 und 5 zeigen wieder .einen horizontalen Schnitt der Kammer nach c-c aus F i g. 5 bzw. einen vertikalen Schnitt durch die Heizwand d-d der Fig. 4.

Nach den F i g. 1 bis 3 umfaßt diese Ofeneinheit 2X9 Zellengruppen 10 aus je 6 Zellen 100. Die Zelle 100 ist an beiden Längsseiten von Heizwänden 110, 120 begrenzt. In den Heizwänden 110 bzw. 120 befinden sich Umlenkmauern 111 bzw. 121, 121a, die Kanäle 119, 129 für den Durchgang der Heizgase bilden. Dadurch wird der Weg der Heizgase verlängert und damit der Wärmeübergang und der feuerungstechnische Wirkungsgrad verbessert. Der übergang der Heizgase aus der Heizwand einer Zelle in die nächste erfolgt über den Kanal 124 für die Heizwand 120. An der Stelle des Heizgas-Eintrittes sind noch Brenner 125 für Beheizung vorgesehen, wenn diese Kammer eben das Hauptfeuer hat. Das Heizgas umströmt die Umlenkmauern 121, 121 a in der durch Pfeile angedeuteten Richtung 122 und verläßt die Heizwand 120 über den Austrittskanal 126. )i Sinngemäß durchströmt ein Gasstrom 112 die Heizwand 110.

In der Fig. 3 ist nun die Gasführung der einzelnen Zellengruppen gezeigt. Die Gasströme der einzelnen Zellen einer Zellengruppe, z. B. 112, 122, durchströmen hintereinander die gleichen Zellen der hintereinander angeordneten Zellengruppen und sammeln sich in dem Sammelkanal 151, um von dort auf die einzelnen Zellen der 1. Gruppe der 2. Ofenhälfte aufgeteilt zu werden. Der Gaskreislauf zwischen der rechten und linken Ofenhälfte ist durch den Sammelkanal 152 geschlossen.

Bei dieser Gasführung erfolgt die Einbringung von Frischluft für die Beheizung über die Brenner, z. B. 125, jeweils unter der kalten Zellengruppe, die eben ausgeräumt und neu geladen wird. Aus dieser Zellengruppe wird auch das Abgas dem Schornstein zugeführt.

Immer wenn eine 1. oder letzte Zellengruppe einer Ofenhälfte kalt ist, befindet sich innerhalb des Gasweges nur einer der Sammelkanäle 151, 152, ist jedoch eine mittlere Zellengruppe kalt, so werden beide Sammelkanäle von Gasen durchströmt. Dies ist eine Ursache für Unregelmäßigkeiten beim Brennvorgang. Es sind nämlich dadurch die Wege, die Strömungsverhältnisse und das Wärmeangebot in den einzelnen Zellen der Zellengruppen unterschiedlich. Darüber hinaus weist ein solcher Ofen eine bemerkenswerte Trägheit und eine sehr geringe Anpassungsfähigkeit auf.

Enthält das zu brennende Gut ein beträchtliche Menge an flüchtigen, brennbaren Substanzen, so kommt es zu dem gefürchteten »Flammen«, das zu einer Beschädigung des Brenngutes führen kann. Dieses Flammen ist schwer zu überwachen. Es ist nur durch die Strömungsgeschwindigkeit der Heizgase zu beeinflussen, wodurch jedoch wieder die Homogenität des Ofenbetriebes gestört wird. Es kommt zu örtlichen Unterschieden in der Kammertemperatur und damit in der Temperatur des Brenngutes, was sich sehr nachteilig auf die Qualität des Brenngutes auswirkt. Diese Erscheinungen sind um so ausgeprägter, je uneinheitlicher das Brenngut, insbesondere was seinen Gehalt an flüchtigen, brennbaren Bestandteilen anbelangt, ist. In diesem bekannten Ofensystem lassen sich also Gegenstände, die einen hohen Anteil an flüchtigen Substanzen bei der Erwärmung entwickeln, z. B. mit beträchtlichem Pechgehalt, nicht verarbeiten. Dazu kommt, daß das Abbrennen dieser flüchtigen Substanzen innerhalb der Zellen zu einem beträchtlichen Gehalt an Abgasen führt.

In der Praxis zeigte sich, daß das zu verarbeitende Brenngut hinsichtlich seiner Dimensionen oft sehr unterschiedlich ist. Es wäre daher zweckmäßig, wenn Kammern oder Zellen verschiedener Größe zur Verfugung stünden. Um dieser Forderung zu entsprechen, ist es üblich, mehrere Öfen unterschiedlicher Kammer- oder Zellengröße anzuwenden. Dies ist jedoch ein sehr kostspieliges Verfahren.

Darüber hinaus können im Brenngut beträchtliche Unterschiede hinsichtlich Körnung und Porosität vorliegen, so daß auch Variationsmöglichkeiten in den Brennprogrammen zur exakten Anpassung an das jeweilige Brenngut wünschenswert sind.

In der Industrie sind in derartigen Öfen häufig auch Produkte zu verarbeiten, die sehr unterschiedliche maximale Temperaturen erfordern. So benötigt man für ein graphitierendes Brennen von Kunstkohlen u. dgl. nur eine Temperatur von etwa 600° C, wird jedoch der Ofen mit Schweröl gefeuert und ist eine gute Verbrennung zu gewährleisten, so erreichen die Heizwände etwa 1200° C, was aber im Falle eines graphitierenden Brennens nicht erforderlich und häufig sogar schädlich ist.

Um nun einen für jedes beliebige Brennverfahren anpassungsfähigen Ofen zu haben, müßte man in den Werken entsprechend viele kleinere Ofeneinheiten mit nur wenigen, z. B. 2 oder 3 Kammern je Gruppe vorsehen. Mit diesen kleinen Ofeneinheiten lassen sich jedoch die Probleme mit dem Flammen und mit dem beträchtlichen Temperaturunterschied zwischen der Heizwandtemperatur und der benötigten Brenntemperatur nicht eliminieren. Diese kleinen Ofeneinheiten würden also sehr unwirtschaftlich arbeiten.

Die oben aufgezeigten Probleme lassen sich erfindungsgemäß dadurch eliminieren, daß an Stelle einer Gruppe von mehreren Zellen mit paralleler Gasführung jeweils nur eine Kammer angewandt wird und die Gase die mit den Breitseiten aneinanderliegenden Kammern hintereinander umstreichen. Das bedeutet, daß der Weg der Heizgase in einer Ofen-

hälfte bei ζ. Β. rechteckiger Ofeneinheit, serpentinenartig ist, also z. B. von rechts nach links in der einen Kammer und von links nach rechts in der nächsten Kammer usf. Um immer einen optimalen Heizgaskreislauf bei wandernder Brennzone zu gewährleisten, soll die Anzahl der Kammern ein Vielfaches von 4 sein.

Nach der Fig. 6 umfaßt eine erfindungsgemäße Ofeneinheit 16 Kammerna bis p, wobei jede Kammer 10 von Heizwänden 11, 12 begrenzt ist. Bei diesen Heizwänden handelt es sich wieder um doppelwandige Systeme mit Umlenkeinbauten 13, 13 α und 14, 14 a. Die Teilströme 16, 17 durchfließen die Heizwände 11, 12 im Sinne der Pfeile in der F i g. 4, in die sie über den Kanal 17 eintreten und diese durch den Kanal 18 verlassen. Die Beheizung der Brennzone erfolgt mit Hilfe der Brenner 19 in dem Zuführungskanal 17.

Die Größe der einzelnen Brennkammern wird für optimalen Nutzungsgrad bei den zu verarbeitenden Produkten gewählt. Bei der erfindungsgemäßen Gasführung und Ofenkonstruktion sind die Wandtemperaturen nicht nur tiefer als bei der bekannten Konstruktion, also z.B. 1000⁰C an Stelle von 1200° C, sondern auch wesentlich gleichmäßiger. Bei der An-Ordnung der Kammern nach Fig. 6 ist die Plätzausnutzung — also die Bodenfläche, die das Ofensystem insgesamt einnimmt — außerordentlich günstig. Darüber hinaus sind die Außenflächen des Ofens verhältnismäßig klein, so daß Wärmeverluste über die Ofenhaut gering sind.

Wie dies bei Brennofen mit wanderndem Feuer immer der Fall ist, sind ein oder mehrere Kammern kalt, also entweder beim Ausräumen oder beim Laden. Bei der in F i g. 6 gezeigten Ausführungsform wird die Kammer ρ geladen. Die Ofenatmosphäre bewegt sich im Gegenstrom zu dem Brenngut, also die kalte Verbrennungsluft L tritt bei der fertiggebrannten Kammer α ein, durchströmt im Sinne der Pfeile die einzelnen Kammern b bis ο in Längsrichtung und verläßt die letzte Kammer durch den Schornstein 20. Bei der hier gezeigten Ausführungsform liegt das Feuer in der Kammer g. Auf dem Weg bis dorthin ist die bei α eingetretene Luft vorgewärmt, sie dient nun zur Verbrennung des über den Brenner 19 in den Schacht 17 der Kammer g eingeführten Brennstoffs. Je nach dem Brennprogramm kann auch noch in den vorhergehenden Kammern, z. B. h, Brennstoff abgebrannt werden, um so allmählich die maximale Brenntemperatur in Kammer g zu erreichen. In den restlichen Kammern i bis ο geben die Abgase ihren Wärmeinhalt an das Brenngut ab, wodurch sie abgekühlt werden und das Brenngut vorgewärmt wird. Auf diese Weise verlassen praktisch kalte Abgase das Ofensystem.

Bei Umsetzung des Feuers — in diesem Fall von der Kammer g in die Kammer h — wird die Kammer« zur Entleerung frei, der Abgasaustritt findet nun in der vorzuwärmenden Kammer ρ statt, die Verbrennungsluft wird bei b eingeführt.

Ein wesentlicher Unterschied der erfindungsgemäßen Ofenkonstruktion gegenüber dem bekannten Ofensystem liegt nun darin, daß die Wege der Heizgase in allen Fällen immer gleich lang sind, im Gegensatz zu den Verhältnissen bei der bekannten Konstruktion, die durch die Sammelkanäle 151, 152 unterschiedlich lange Gaswege hervorrufen.

Die erfindungsgemäße Ofenkonstruktion mit der speziellen Gasführung weist verschiedene Vorteile auf. So läßt sich das Flammen bei diesen Öfen mit einzelnen Kammern sehr viel leichter beherrschen als bei den parallelgeschalteten Zellen einer Zellehgruppe nach dem bekannten System. Es lassen sich also bei den erfindungsgemäßen Öfen auch Gegenstände brennen, die zu einer beträchtlichen Gasentwicklung während des Brennvorgangs führen. Die Raumnutzung der wenigen größeren Kammern gegenüber den vielen kleinen Kammern nach dem Stand der Technik ist besser. Die Wärmeverluste sind geringer. Der Arbeitsaufwand beim Leeren und Füllen der Kammern ist bei großen Kammern geringer als bei vielen kleinen Kammern. Der erfindungsgemäße Ofen ist außerordentlich anpassungsfähig an das Brenngut und das diesem angepaßte Brennprogramm.

Im folgenden soll noch ein Beispiel für einen erfindungsgemäßen Ofen im Vergleich mit dem oben beschriebenen bekannten Ofensystem gegeben werden: (k

Es wird ein bekannter Ofen mit einer Anzahl von Zellengruppen mit einer Grundfläche von 660 m² und einer Jahresleistung von 16000 t durch mehrere erfindungsgemäße Ofeneinheiten ersetzt, jeweils mit einer Bodenfläche von 270 m² und einer Leistung von 7200 t. Das günstige Verhältnis bei der erfindungsgemäßen Konstruktion hinsichtlich benötigtem Raumbedarf und Leistung gegenüber der bekannten Konstruktion ist offensichtlich.

Vergleicht man nun den Brennstoffverbrauch je t Brenngut bei dem erfindungsgemäßen Ofen und einem diskontinuierlichen Ofen, der auch die Verarbeitung von stark pechhaltigem Brenngut gestattet, so zeigt sich, daß erfindungsgemäß nur 150 kg/t Heizöl gegenüber 280 kg/t in dem bekannten Ofen

benötigt werden. _ .. ,

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Kammerofen mit wanderndem Feuer für indirekte Beheizung aus einer Anzahl von an ihren Längsseiten aneinanderliegenden Brennkammern, die vorzugsweise ein Vielfaches von 4 ist, wobei ,;.. die Brennkammern an ihren Längsseiten von ^ Heizwänden begrenzt sind, in denen sich Umlenkeinbauten für einen möglichst langen Weg der Ofengase in den Heizwänden befinden, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Heizwänden (11,12) jeder Kammer (10) die Heizgase durch einen gemeinsamen, mit Brennern (19) versehenen Gaseintrittsschacht (17) von dem Gasaustrittsschacht der vorhergehenden Kammer kommend zuströmen und durch einen gemeinsamen Gasaustrittsschacht (18) in den Gaseintrittsschacht der folgenden Kammer abströmen.

2. Verfahren zum Betreiben des Ofens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die kalte Kammer die Verbrennungsluft für die Brenner (19) in den Kammern, in denen das Feuer liegt, eingeführt und an den fertig gebrannten Gegenständen vorgewärmt wird und daß das neue Brenngut durch die die Brennkammern mit Feuer verlassenden Heizgase vorgewärmt wird-.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen