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Wärmebehandlungsofen.
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Die Erfindung betrifft einen Wärmebehandlungsofen für Gase oder Flüssigkeiten,
insbesondere zum Spalten von Kohlenwasserstoffen, mit senkrecht n, den Ofen durchsetzenden
Rohren, die mit einer oder mehreren oberhalb und unterhalb des Ofens liegenden Verteilerleitungen
bzw. Sammelleitungen zur Zu-und Abführung der wärmezubehandelnden bzw. wvrmebehandelten
Stoffe verbunden sind. Für die Beheizung eines solchen Ofens sind im allgemeinen
ein oder auch mehrere Brenner in der Ofendecke angeordnet. Die darait erzeugteri
heißen Rauchgase umsptlen abwärtsströmend die senkrechten Rohre und treten durch
eine Offnung im Ofenboden aus, worauf sie tiblicherweise zwecks Ausnutzung der in
ihnen noch enthaltenen fUhlbaren Wärme durch eine Rauchgasleitung einem Abhitzekessel
zugeführt werden.
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In vielen Fällen sind derartige Wärmebehandlungsöfen nicht ununterbrochen
in Betrieb. Daa kann einmal daran liegen, daß bei der Erzeugung von Produkten, die
in den Öfen nachgeschalteten Anlagen weiterverarbeitet werden, letztere seitweilig,
insbesondere
an den Wochenenden, stillgesetzt werden. Zum anderen ist, wenn die Öfen zur Drzeungung
von Heizgas dienen, häufig die Abnahme dieses Heizgases an den Wochenenden eben
segen der Arbeitsruhe in einigen Industriezweigen erheblich. geringer, so daß die
Ofen nicht voll ausgelastet sind. Besteht eine Gaserzeugungsanlage aus mehreren
Ofeneinheiten, so wird man in diesem Falle zumindest einen Teil dieser Einheiten
außer Betrieb nehmen.
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Ein vollständiger Betriebsstillstand hat ur Folge, daß fUr das Wiederanfahren
der Anlage bis Normallast eine lange Anfahrzeit erforderlich ist, die beispielsweise
bei einem Ofen zur Erzeugung von vorwiegend Wasserstoff enthaltenden Gasen durch
Spaltung von Kohlenwasserstoffen etwa 2o Stunden betrEgtw Das bedeutet aber, daß
das Anfahren ungefdhr die halbe Zeit eines Wochenendstillstandes in Anspruch nimmt.
Während dieser Zeit fallen aber nicht nur die Eosten fUr die Betriebsmittel (Kohlenwasserstoffe,
Wasserdampf, KUhlwasser und Kraftstrom) an, sondern auch fUr das vollzählige Bedienungspersonal.
Außer diesen relativ hohen Betriebakosten ist bei einem vollstdndigen Betriebsstillstand
weiter nachteilig, daB der Ofen in kurzen Zeitabständen ganz betrachtlichen Temperaturschwankungen
unterworfen wird, die auf die Dauer mit Sicherheit zu Zerstörungen verschiedener
Ofentoile führen werden. Besonders empfindlich gegen Temperaturunterschiede derartigen
Ausmaßes ist die oublicherweise aus Schleuderguß gebogene Sammelleitung mit ihren
zahlreichen
Anschlußstellen zu den senkrechten Spaltrohren sowie zu der Abführungsleitung fUr
die Spaltprodukte. In dieser Sammelleitung treten nämlich erheblich höhere Temperaturen
auf als in der oberhalb des Ofens gelegenen Verteilerleitung und. ur etwas geringere
Temperaturen als in den senkrechten Rohren.
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Eine andere Mbglichkeit des Produktionsstops besteht darin, daß eine
bestimmte Menge Wasserstoff, um bei dem einmal gewählten Beispiel auch bei den folgenden
AusfUhrungen zu bleiben, stSndig im Kreislauf gefahren wird. Diese Arbeitsweise
hat den Vorteil, daß die Anlage auf Betriebstemperatur gehalten wird und in sehr
kurzer Zeit, etwa in 3 Stunden, wieder auf Nennleistung gebracht werden kann. Hierbei
eind jedoch wiederum die Kosten fUr die Betriebsmittel und die Bedienung, welch
letztere fUr die ganze Zeit bendtigt wird, recht hoch und iibertreffen noch die
eines vollstgndigen Betriebsstillstands.
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Etwa den gleichen Aufwand an Kosten fUr Betriebsmittel erfordert es
schließlich, wenn die Anlage mit verminderter Leistung, beispielsweise 2o % der
Nennleistung, betrieben wird.
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Allerdings kann hier in noch kArzerer Zeit wieder die volle Leistung
erreicht werden.
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Es wurde nun gefunden, daß man mit einem Minimum an Betriebskosten
auskommt, wenn man die Produktion für die vorgesehene Zeit vdllig einstellt und
auch nicht mit Wälzgas fährt, jedoch dafür sorgt, daß durch weitere Beheizung des
Ofens die senkrechten Rohre und besonders die Sammelleitung warmgehalten werden.
Der in der Ofendecke vorgesehene Brenner wird also auch in der Zeit, wthrend der
die Wasserstofferzeugung ruht, zur Deckung der Strahlungsverluste in Betrieb bleiben,
natUrlich mit verminderter Leistung. Weist der Wärmebehandlungsofen mehrere Brenner
auf, so ist es auch mbglich, nur einen, und diesen mit mehr oder weniger unverminderter
Leistung, weiter zu betreiben, die tibrigen dagegen stillzueetzen. Es hat sich gezeigt,
daß man mit dieser Betriebsweise nur etwa die Hdlfte und weniger der Kosten fUr
Betriebsmittel und Bedienungspersonal aufzuwenden braucht, die fUr die eingangs
beschriebenen Methoden erforderlich sind.
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Der Grund dafUr liegt darin, daß etwa wShrend 4/5 der Zeit der Produktionsunterbrechung
der Aufwand an Brennstoff und Kraftstrom fUr den Brenner so gering ist, daß er fUr
die Gesamtkosten kaum ins Gewicht fällt. Außerdem ist während dieser Zeit keine
Kontrolle erforderlich, ingbesondere kein Kesselwärter, da die Kesselanlage weder
mit Rauchgaa noch mit Spaltgas beaufschlagt wird. Man wird vlelmehr beim Warmhaltebetrieb
das Rauchas durch einen Umgang des Abhitzekessels führen, während Spaltgas hierbei
ohnehin nicht anfällt. In
dieser Zeit sind lediglich der Deckenbrenner
und das Rauchgasgeblgise in Betrieb, bei deren etwaiger Störung in bekannter Weise
optisch und akustisch Alarm gegeben wird. Dann unterbricht gleichzeitig die vor
dem Brenner angeordnete Gagmangelsicherung die Gaszufuhr, und auch das Rauchgasgebläse
wird tuber eine Sicherheitsschaltung stillgesetzt. Es entfallen somit in dieser
Zeit die sehr hohen Kosten fiir das vollzählige Bedienungspersonal. Dieses wird
erst wieder benötigt, wenn die Anlage erneut angefahren werden muß, was gemäß den
vorstehenden AusfUhrungen nur etwa 1/5 der Zeit beansprucht.
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Das Warmhalten der senkrechten Rohre im WErmebehandlungßofen durch
weiteren Betrieb des Brenners bereitet auch bei den bekannten Ofenkonstruktionen
keine nennenswerten Schwierigkeiten. Nicht mdglieh ist es dagegen, bei diesen Konstruktionen
der Sammelleitung Wärme zuzuführen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, für einen Wärmebehandlungsofen
der eingangs beschriebenen Art durch geeignete Masanahmen eine Möglichkeit zur Beheizung
der Sammelleitung in wirtschaftlicher Weise zu achaffen. Die Erfindung besteht darin,
daB die Sammelleitung (en) jeweila in einer wärmeisolierten, mit dem Wärmebehandlungsofen
test verbundenen Sammlerkammer
angeordnet sind, die einerseits
mit dem Ofenraum und anderereeits tuber eine Verbindungsleitung mit der Rauchgasleitung
verbunden ist.
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Durch die Erfindung wird somit erreicht, daB das im Brenner erzeugte
Rauchas, das abwärtsströmend die senkrechten Rohre umspült und diese warmhält, auch
die Sammelleitung bestreichen und erwErmen kann. Die Verbindung von Sammlerkammer
und Ofenraum erfolgt zweckmäßig in der Weise, daB an der Sammlerkammer ein senkrechter
Stutzen, angesetzt ist, der mit einer Offnung in der Ofensohle in Verbindung steht.
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Es ist ferner möglich, die senkrechten Stutzen an der Sammlerkaiamer,
die gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung die zwischen Ofensohle und Sammelleitung
liegenden Teile der senkrechten Rohre umgeben und'ebenfalls wärmeisoliert sind,
mi. t soviel Spiel zu versehen, daß durch diese Stutzen weitere Rauchgasteilmengen
in die Sammlerkammer gelangen kUnnen.
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Im übrigen sieht die Erfindung auch vor, daD sowohl die Sammlerkammer
ala auch die senkrechten Stutzen einen solchen lichten Querschnitt aufweisen, dllß
sich in ihnen die senkrechten Rohre und die Sammelleitung in horizontaler und vertikaler
Richtung frei ausdehnen können.
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Weiterhin schlägt di. Erfindung noch vor, in der Ruchgaaleitung zwischen
der Ofensohle und der Anschlußstelle der Verbindungsleitung ein Absperrorgan anzuordnen.
Dieses Absperrorgan ist während des normalen Betriebes voll gebffnet, bei Stillstand
der Anlage aber geschlossen, um das Rauchgas zu zwingen, die Sammlerkammer zu durchströmen.
SchlieBlich ist noch vorgesehen, daß zwischen der Anschlußstelle der Verbindungsleitung
und einem weiteren Absperrorgan in der Rauchgasleitung von letzterer eine Kesselumgangsleitung
abgeht, die ebenfalls mit einem Absperrorgan versehen ist.
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Die Erfindung ermöglicht es, die mit notwendigen Betriebsunterbrechungen
verbundenen Kosten auf ein Minimum zu reduzieren und dabei Gefdhrdungen des Ofens,
inabeondere im Bereich der Sammelleitung infolge groser Temperaturschwankungen,
auszuschalten. Es hat sich gezeigt, daB die nur geringen Mehrkosten für die zusätzlichen
Konstruktionsteile gemEß der Erfindung schon nach kurzer Zeit durch Einsparungen
an Betriebskosten ausgeglichen sind.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung am Beispiel eines runden Wärmebehandlungsofens
in vereinfachter Form veranschaulicht.
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Der Wärmebehandlungsofen 1, der von einer Metallwandung 2
und
der feuerfesten Ausmauerung 3 gebildet wird, ist durchsetzt von einer Anzahl ringförmig
angeordneter, senkrechter Rohre 4, von denen in der Zeichnung nur eins dargestellt
worden ist. Diesen Rohren, die mit einem Katalysator gefUllt sein können, werden
die der Wärmebehandlung zu unterwerfenden Gase, Dämpfe oder Flüssigkeiten durch
eine Leitung 5 tuber die ringförmige Verteilerleitung 6 und jeweils eine Verbindungsleitung
7 zugeführt. Unterhalb des Ofens befindet sich eine ebenfalls ringförmige Sammelleitung
8, die an die Rohre 4 angeschlossen ist und die der Abführung der wärmebehandelten
Stoffe Aber die Leitung 9 dient.
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Die Beheizung des Ofens erfolgt mittels eines Brenners 10, der in
der Ofendecke 11 in Ofenachse vorgesehen ist. Dem Brenner 10 wird der gasförmige
oder flüssige Brennstoff durch Leitung 12, die vorzugsweise vorgewärmte Luft durch
Leitung 13 zugeführt. Die erzeugten Rauchgase strömen in dem Ofen abwärts, wobei
sie die senkrechten Rohre 4 umsptlen und WXrme an sie abgeben und verlassen den
Ofen durch den Rauchgasaustritt 14. Sie passieren die Rauchgasleitung 15 und gelangen
dann zu einem hier nicht dargestellten Wärmeaustauscher, insbesondere Abhitzekessel,
wo 81e einen Teil ihrer noch vorhandenen fühlba Parme abgeben.
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Gem§ß dem Vorschlag der Erfindung ist die Sammelleitung 8 in einer
wärmeisolierten ringförmigen Sammlerkammer 16 untergebracht, die groß genug bemessen
ist, daß die Sammelleitung durch Wärmedehnung bewirkte horizontale und vertikale
Bewegungen ausführen kann. Bei kaltem Ofen nimmt die Sammelleitung die mit 8 bezeichnete,
mit ausgezogenen Linien dargestellte Lage ein, im Betriebszustand die Stellung 8',
gestrichelt gezeichnet. Geeignete hier nicht dargestellte Abdichtungen erlauben
es der Leitung 9, sich mit der Sammelleitung in der Wandung der Sammlerkammer zu
bewegen.
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Die verjüngten unteren Enden 17 der Rohre 4 liegen mit ausreichender
Bewegungsfreiheit in ebenfalls wärmeisolierten Stutzen 18. Auf den Stutzen liegen
Schiebesteine 19 auf, die die Enden 17 der senkrechten Rohre umgeben und eine gewisse
Abdichtung gegen die e Ofenatmosphäre bewirken. Wenn @ kann durch entsprechende
Dimensionierung dc lichten Querschnittes der Schiebeateine auch das Einströmen einer
Rauchgasteilmenge durch den Stutzen 18 in die Sammlerkammer 16 erreicht werden.
Die eigentliche Verbindung von Sammlerkammer und Ofenraum aber wird durch den Stutzen
20 gebildet, der durch eine Offnung 21 in der Ofensohle 22 den Eintritt des Rauchgasea
in die Sammlerkammer gestattet.
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Dieses Rauchas umspUlt die Sammelleitung 8 und erwOrmt aie
bzw.
hält sie warm. Aus der Sammlerkammer 16 gelangt das Rauchas dann durch die Verbindungsleitung'23
in die Rauchgasleitung 15. Um diesen Strömungsverlaüf überhaupt zu ermöglichen,
ist in der Rauchgasleitung 15 zwischen dem Rauchgasaustritt 14 und der Anschlußstelle
24 der Verbindungsleitung ein Absperrorgan 25 vorgesehen, das im Betriebszustand
geöffnet, bei Betriebsstillstand aber geschlossen ist. Um zu vermeiden, daß beim
Betriebsstillstand das Rauchgas den Abhitzekessel durchströmt; ist in der Rauchgasleitung
ein weiteres Absperrorgan 26 angeordnet, von dem die Kesselumgangsleitung 28 abgeht,
die ebenfalls mit einem Absperrorgan 27 versehen ist.
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Die ringförmige Sammelleitung weist an ihrer Unterseite Ansätze, beispielsweise
in Form von Rohrstücken 29 auf, und zwar wenigstens 4 Stück über den Umfang verteilt.
Diese Rohrstücke durchsetzen den Boden der Sammlerkammer in unter BerUcksichtigung
der radialen Dehnung der Sammelleitung ausreichend groß bemessenen Öffnungen und
werden unter der Sammlerkammer von mit 3o angedeuteten, radial verschiebbaren Stopfbuchsen
umfaßt. Diese Anordnung ermöglicht es, daß die Sammelleitung stets zentrisch in
der Sammlerkammer liegt, und zwar sowohl im kalten ale auch im warmen Zustand.
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Obwohl die Erfindung vorstehend an Hand eines runden Wärmebehandlungsofens
beschrieben wurde, ist ihre Anwendung selbstveretändlich nicht auf diese AusfUhrun
mehr kann sie ebensogut auch bei rechteckigen Ofen benutzt werden, wo Verteiler-und
Sammelleitungen geradlinig verlegte Rohrleitungen sind.