DE2713461C2 - Horizontaler Verkokungsofen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen horizontalen Verkokungsofen mit in senkrechte Heizzüge aufgeteilten Heizwänden aus Läufersteinen und Bindern beliebiger Dicke.

Solche sogenannten Horizontalkammeröfen werden in Ofengruppen aufgestellt und sind üblicherweise Regenerativverbundöfen zur wahlweisen Beheizung entweder mit einem Starkgas, das nicht angewärmt werden muß, bevor es der Verbrennung mit der Verbrennungsluft zugeführt wird, welche zunächst einem regenerativen Wärmeaustausch mit den verbrannten Abgasen unterworfen wird, oder mit einem Schwachgas, das vor der Verbrennung mit der Verbrennungsluft auch eine regenerative Vorwärmung durch die Abgase erfährt. Die durch die Verbrennung der Gase mit der Verbrennungsluft in den Heizzügen erzeugte und für den Verkokungsprozeß erforderliche Wärme wird durch die Heizzugslängswande, die aus feuerfesten Steinen, den sogenannten Läufern, bestehen, und die Heizzugsquerwände, die ebenfalls aus feuerfesten Steinen, den sogenannten Bindern, bestehen, an die Kammerofenfüllung übertragen.

Es ist bekannt, daß die in den Heizzügen erzeugte Wärme an die in der Kammer befindlichen Kohlen ums;) besser übertragen werden kann, je dünner die Läufersteine sind. Weiterhin ist bekannt, daß die Wärmeübertragung zusätzlich verbessert werden kann, wenn man die Läufersteine, anstatt wie gewöhnlich aus Silikamaterial, aus einem anderen hochwertigen feuerfesten Material mit einer noch höheren Wärmeleitfähigkeit herstellt.

Es sind auch besondere Ausführungsformen von Läufern und Bindern bekannt geworden. Die eine Art weist, wie z. B. in der DE-AS 12 64 393 vorgeschlagen. Aussparungeil auf, die so ausgebildet sind, daß senkrechte und/oder waagerechte Rippen enstehen, die in den Heizzug hervortreten. Dadurch ist die Wärmeübertragung im Bereich der Aussparungen besser als im Bereich der Rippen. Die andere Art von Läufern und Bindern weist, wie unter anderen in der DE-AS 14 21 285 vorgeschlagen wird, rohrförmige Kanäle auf. Diese Steine werden so zu einer Wand zusammengestellt, daß durchgehende Kanäle entstehen. Durch diese

^r>« werden Gase zum Zwecke der Beheizung oder des Wärmeaustausches geleitet. — Die genannten Arten von Läufern und Bindern führen letztlich jedoch nicht zu einer zufriedenstellenden Verbesserung der Wärmeübertragung.

Im industriellen Maßstab sind bisher Läufersteine mit einer unteren Dicke von 70 mm erprobt worden, obwohl, wie die D*£-AS 21 61 980 offenbart, unter alleiniger Berücksichtigung festigkeitsmäßiger Überlegungen keine Bedenken bestehen, die Stärke der Läufer auf etwa 50 mm und die der Binder auf etwa 70 mm herabzusetzen. Einer weiteren Herabsetzung der Dicke der Läufer unter das erprobte Maß von 70 mm sind bei herkömmlichen Horizontalkammeröfen jedoch Grenzen gesetzt, die mit den Gegebenheiten der Steinherstellung und den Dimensionen der Heizwand, insbesondere der Heizzugsmittenentfernung und dem Mittenabstand der Ofenkammer zusammenhängen.

Bei Großraumöfen werden die Heizwände aus Sicherheitsgründen mit noch dickeren Läufern zugestellt. Somit kann von der Möglichkeit einer Garungszeitverkürzung durch Herabsetzen der Läufersteinstärke nur bedingt Gebrauch gemacht werden.

Eine andere Grenze stellen die für die Zustellung von Koksöfen in Betracht kommenden feuerfesten Materialien dar. Diese Grenze ist naturgemäßen Charakters und bezieht sich auf die stofflichen Wärmeleitungseigenschaften und das Dehnungsverhalten dieser feuerfesten Materialien. Hierbei ist der Spielraum völlig erschöpft.

Ein weiterer Nachteil herkömmlicher Heizzugswände besteht wegen ihrer konstanten Dicke darin, daß ihre Wärmeleitzahlen über die gesamte Wandfläche konstant sind und nicht den Bedürfnissen eines unterschiedlichen Wärmeverbrauchs auf der Kohleseite angepaßt werden können.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, im Hinblick auf weitere Verkürzung der Garungszeit und bessere Anpassung der Wärmezufuhr an den Wärmebedarf des Kammerbesatzes bei gleicher Heizzugstemperatur auf einem völlig neuen Weg zu einer besseren Wärmeübertragung zu gelangen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die I äufer mit einem oder mehreren Hohlräumen versehen sind.

Gegenüber den »Aussparungen« oder »Kanälen« der erwähnten besonderen Ausführungsformen von Läufern und Bindern wird der hier benutzte Begriff »Hohlräume« wie folgt abgegrenzt:

Ein Hohlraum wird von einem allseitig geschlossenen hohlen Körper gebildet. Jeglicher Materietransport in einen solchen Hohlraum hinein oder aus ihm heraus ist, mit Ausnahme von Diffusionsprozessen, ausgeschlossen; ansonsten ist höchstens noch ein konvektiver Materietransport im Hohlraum selbst möglich.

Demgegenüber besitzen Rohrleitungen, Rohrkanäle oder entsprechende Rohrsysteme mindestens je eine Eintritts- und Austrittsöffnung. Dadurch wird Materietransport durch ein solches System hindurch von der Eintritts- zur Austrittsöffnung oder umgekehrt möglich. Ein solcher Transport wird hier als nicht konvektiv bezeichnet.

Schließlich besitzt eine Aussparung im Gegensatz zu einem Hohlraum stets eine öffnung, durch die Materie sowohl ein- als auch austreten kann.

Nun kann ein allseitig geschlossener hohler Körper, d.h. die Wandung eines Hohlraumes, gemäß der oben genannten Definition sowohl aus einem »einzigen Guß« als auch aus mehreren zusammengefügten Segmenten

bestehen, wie ζ. B. ein Dewar-Gefäß einerseits und ein Exsikkator Gefäß andererseits. Genauso gut entspricht ein rohrförmiges Gebilde, dessen Enden verschlossen sind, der hier verwendeten Definition eines Hohlraumes.

Für den in Rede stehenden verbesserten horizontalen Verkokungsofen ist es nun allein entscheidend, daß Läufer und gegebenenfalls Binder Hohlräume nach der oben genannten Definition bilden, und daß ein möglichst großes Volumen mit solchen Steinen errichteter Heizwände aus Hohlräumen besteht Ob die Hohlräume durch segmentweises Aneinanderfügen geeignet geformter Steine entstehen oder ob die Steine von vornherein allseitig geschlossene hohle Körper darstellen, bleibt sich in Bezug auf die thermische Leistung der Heizwand dabei gleich, sofern Größe und Anzahl der Hohlräume dieselbe ist.

Entgegen der allgemein herrschenden Vorstellung über den Hohliaumeffekt in Bausteinen, der zu Wärmeisolierungszwecken im Bauwesen genutzt wird, erzielt man überraschenderweise den entgegengesetzten Effekt, wenn die feuerfesten Läufer eines horizontalen Verkokungsofens einen oder mehrere Hohlräume aufweisen. Die Wärmeübertragung von Heizug durch Läufer mit Hohlräumen ist im Verkokungsbetrieb, im Vergleich zu einem Vollsteinläufer gleicher Dicke, wesentlich günstiger. Der Effekt einer wesentlich besseren Wärmeübertragung vom Heizzug durch Läufer mit Hohlräumen an den Besatz wird bei allen für die Herstellung von Läufern in Frage kommenden Materialien, wie sie z. B. unter dem Namen Schamotte, Silika, Mullit, Sillimanit im Handel sind, erzielt.

Gemäß der Erfindung wird gegenüber bekannten Ofenbauarten von Verkokungsofen der Vorteil erzielt, daß bei gleich dicken oder etwas dickeren Läufern den sicherheitstechnischen Erfordernissen besser Rechnung getragen werden kann, unter gleichzeitig wesentlich verbesserter Wärmeübertragung.

Um auch bei den Bindern eine bessere Wärmeübertragung zu erzielen, ohne die durch notwendige Materialstärken entstehenden Nachteile in Kauf nehmen zu müssen, können auch die Binder mit einem oder mehreren Hohlräumen versehen sein.

Damit ein möglichst gleichmäßiger Wärmefluß zwischen der in den Heizzügen brennenden Flamme und det Kammerfüllung über die gesamte Kammerhöhe und/oder über die gesamte Kammerlänge ohne Variation der Außenmaße der Läufer erreicht wird, nimmt, gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung, die Größe und/oder die Anzahl der Hohlräume der Läufer bzw. Binder stetig oder stufenweise über die Heizzugshöhe und über die Heizwandlänge zu und/oder ab bzw. bleibt konstant Im Vergleich zu feuerfesten Vollsteinen vorgegebenener Dicke wird durch diese Maßnahme der Vorteil erreicht daß trotz festliegender Außenmaße der Läufer und Binder der Wärmezufluß gezielt beeinflußt werden kann. — Dabei wird der Wärmefluß durch größere und/oder eine größere Anzahl von Hohlräume verbessert bzw. durch das Gegenteil verschlechtert.

Die Erfindung läßt sich auch auf andere Anwendungsgebiete für Feuerfeststeine beliebiger Form übertragen, bei denen es darauf ankommt, daß im Bereich oberhalb 1000⁰C eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit erzielt wird.

Beispiel 1

Bei einem horizontalen Verkokungsofen mit in senkrechte Heizzüge aufgeteilten Heizwänden aus 100 mm dicken Läufern mit Hohlräume von 35 mm Tiefe, nimmt bei einer Kammerbreite von 440 mm, einer Wärmeleitfähigkeit des Steinmaterials von 1,5 Kcal/ mhK, einer Heizwandtemperatur von 1263° C, einer Schüttdichte der Kohle von 780kg/m^J und einem Wassergehalt der Kohle von 10,6 Gew.-% im Vergleich zu einem Ofen der sonst gleiche Daten aufweist, aber Läufer von 100 mm Dicke ohne Hohlraum besitzt, die gesamte Wärmeleitfähigkeit der Heizwand bis zu 50% zu. Dadurch verringert sich die Garungszeit bis zu 20%.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Horizontaler Verkokungsofen mit in senkrechte Heizzüge aufgeteilten Heizwänden aus Läufern und Bindern beliebiger Dicke, dadurch gekennzeichnet, daß di? Läufer mit einem oder mehreren Hohlräumen versehen sind.

2. Horizontaler Verkokungsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Binder mit einem oder mehreren Hohlräumen versehen sind. i<>

3. Horizontaler Verkokungsofen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe und/oder die Anzahl der Hohlräume in den Läufern bzw. Bindern stetig oder stufenweise über die Kammerhöhe und/oder die Kammerlänge zu und/ i^r> oder abnimmt bzw. konstant bleibt

4. Verwendung der in den Ansprüchen 1 bis 3 gekennzeichneten Verkokungsofen-Steine als Feuerfeststeine in beliebigen Industrieöfen für die eine Dauertemperaturbeanspruchung von über 1000° C.