DE281252C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- JVi 281252 KLASSE 10«. GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 21. August 1913 ab.

Koksöfen und ähnliche Kammeröfen, die während des Betriebes je nach Wahl zeitweise mit Starkgas von hohem Heizwert (z. B. Koksofengas) oder mit Schwachgas von niedrigem Heizwert (z. B. Generatorgas) beheizt werden sollen, müssen bekanntlich in der Regel so eingerichtet werden, daß beim Betrieb mit Schwachgas sowohl die Verbrennungsluft als auch das Heizgas, beim Betrieb

ίο mit Starkgas dagegen die Luft allein mittels der Wärme der Abgase vorgewärmt wird. Hieraus ergibt sich die Forderung, die zur AVärmeübertragung aus den Abgasen an die Verbrennungsmedien dienenden Wärmespeieher in einer Weise auszubilden, daß jederzeit ein Übergang von der einen Betriebsart in die andere, also beispielsweise von dem Betrieb mit Vorwärmung von Gas und Luft zu dem mit Vorwärmung der Luft allein und umgekehrt stattfinden kann.

Bei dem Koksofen gemäß der Erfindung wird zur Erfüllung dieser Bedingungen die bei Koksöfen an sich bekannte Einrichtung zu Hilfe genommen, daß zur Vorwärmung der Luft Regeneratoren dienen, die in üblicher Weise wechselnd von Abhitze bzw. von Luft durchströmt werden, während die Vorwär- j mung des Gases in Rekuperatoren erfolgt, d. h. in geschlossenen Kammern, die im Innern von dem zu erwärmenden Gas durchzogen werden und von außen her ihre Wärmezufuhr aus den vorbeistreichenden Abgasen empfangen. Das Wesen der Erfindung besteht, nun darin, daß die Rekuperatorenkammern für die Gasvorwärmung und die Regeneratorkammern für die Luftvorwärmung zu zusammenhängenden Wärmespeichern in der Weise vereinigt sind, daß. an den beiden Längsseiten der Ofenbatterie, über deren ganze Länge hinweg, je ein Wärmespeicher angeordnet wird, \velche beide nach Art der üblichen Regenerativöfen im Zugwechsel betrieben werden und so ausgebildet sind, daß in der Längsrichtung der Ofenbatterie abwechselnd Regeneratorkammern für Luft und Rekuperatorkammern für Gas, und zwar immer deren je eine für jede Ofenkammer, aufeinander folgen.

Die vorstehend angegebene Ausbildung der Wärmespeicher, die im wesentlichen durch den Zusammenbau von abwechselnd aufeinander folgenden, in der Längsrichtung der Ofenbatterie hintereinander angeordneten Regeneratorkammern für Luft und Rekuperatorkammern für Heizgas gekennzeichnet ist, bietet wertvolle Vorteile hinsichtlich der Vereinfachung des Betriebes und der Ausnutzung der Wärme der Abhitze, namentlich im Vergleich mit solchen Koksöfen bekannter Bauart für wahlweise Beheizung durch Starkgas oder Schwachgas, bei denen die zusammenhängend angeordneten Wärmespeicher ausschließlich je getrennte Regeneratorkammern für die Vorwärmung von Luft einerseits und von Heizgas andererseits enthalten.

In den Zeichnungen ist in den Fig. 1 bis 6 und in den Fig. 7 bis 11 je ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es möge

zunächst nur eine ausführliche Beschreibung der Ausführungsform nach Fig. I bis 6 gegeben werden, da die zweite Ausführungsform gegenüber der ersteren nur eine Abänderung in einer Einzelheit bringt.

Fig. ι ist ein senkrechter Längsschnitt durch eine Heizwand der Koksöfen, genommen _: ' längs der Linie A-C von Fig. 3;

Fig. 2 ist ein senkrechter Längsschnitt durch ίο eine Ofenkammer, genommen längs der Linie B-C von Fig. 3;

Fig. 3 ist ein senkrechter Schnitt durch ein Teilstück der Ofenbatterie in deren Längsrichtung, in der linken Hälfte genommen längs der Linie D-F und in der rechten Hälfte längs der Linie E-F von Fig. 1;

Fig. 4 ist ein senkrechter Schnitt durch einen der beiden Wärmespeicher ebenfalls in der Längsrichtung der Ofenbatterie, genommen längs der Linie G-H von Fig. 2;

Fig. 5 ist ein zugehöriger Grundriß . (von oben projiziert) als wagerechter Schnitt gemäß der Linie J-K von Fig. 4 bzw. von Fig. 1 und 2;

Fig. 6 ist eine Grundrißdarstellung einer Einzelheit gemäß dem wagerechten Schnitt L-M von Fig. 1.

: Zwischen den Ofenkammern α liegen die Heizwände b, die aus je zwei in der Ofenmitte getrennten Hälften bestehen und die senkrechten Heizzüge C₁ C₂ sowie den gemeinsamen oberen Horizontalkanal 0 enthalten. Die Heizzüge empfangen Heizgas durch die Düsen d_t d₂ aus den darunter liegenden, über je eine Heizwandhälfte sich erstreckenden Gasverteilkanälen C₁ e„ und Verbrennungsluft aus den ebenfalls über je eine Heizwandhälfte reichenden Luftverteilkanälen /-, /„, die mit jedem Heizzug durch die Durchlässe ^₁ g₂ in Verbindung stehen. Senkrecht unter den Gasverteilkanälen C₁ c, liegen Gaszufuhrkanäle Ii₁ /?·,. Diese letzteren sind in der Ofenmitte (vgl. Fig. 6) durch anschließende Kanäle I₁ i₂ je mit den senkrechten Abzweigen Ze₂ ^₁ der Gasverteilkanäle e₂ C₁ verbunden, so daß der Zufuhrkanal Zi₁ nach dem Gasverteilkanal e₂ und der Zufuhrkanal A₂ nach dem Gasverteilkanal B₁ hinüberleitet, also die vier in der Ofenmitte zusammenlaufenden Kanäle

Ix₁ Ji₂

hier gewissermaßen überkreuzen. In dem Fundamentraum unter den öfen liegen zwei Paar von Hauptgasleitungen, nämlich die Leitungen. 7W₁ m₂ für die Zufuhr von Starkgas, welche auf Trägern χ abgestützt und mit Abzweigrohren t₁ t₂ an die Gasverteilkanäle e_t e, angeschlossen sind, sowie die Leitungen M₁ M₂, welche zur Zufuhr von Schwachgas dienen. Außerhalb der Ofenfundamente sind, zu beiden Seiten der Ofenbatterie und über deren gesamte Länge hinweg, die Wärmespeicher W₁ W₂ angeordnet. Diese Wärmespeicher bestehen (vgl. Fig. 4 und 5) aus abwechselnd aufeinander folgenden Kammern P₁ und T₁ bzw. P₂ und r₂, und zwar sind für jede Ofenkammer der ganzen Batterie je eine Kammer P₁ bzw. p₂ und T₁ bzw. r₂ vorgesehen. Die Kammern P₁ p₂ sind geschlossene, beispielsweise aus zwei senkrechten Wänden mit versteifenden Querrippen ^₁ q₂ gebildete Rekuperatorkammern, die an ihrem oberen Ende durch die Kanäle I₁ I₂ mit den Gaszufuhrkanälen Zi₁ Zi₅ und an ihrem unteren Ende durch die seitlichen Rohre Z₁ Z₂ mit den Hauptgasleitungen M₁ »₂ für Schwachgas in Verbindung stehen. Die Kammern T₁ r₂ sind gewöhnliche, mit Gitterwerk ausgesetzte Regeneratorkammern, die an ihrem oberen Ende durch die Kanäle S₁ S₂ mit den Luftverteilkanälen J₁ f₂ und an ihrem unteren Ende durch die Kanäle U₁ m, mit den über die ganze Länge der Wärme-Speicher und der Ofenbatterie sich erstreckenden Sammelkanälen V^ V₂ in Verbindung stehen. Die Sammelkanäle V₁V₂ fuhren an dem einen Ende der Ofenbatterie nach der Umscbaltvorrichtung, durch welche immer der eine der beiden Sammelkanäle V₁ bzw. V₂ mit dem Schornstein und der andere gleichzeitig mit der freien Luft in Verbindung gesetzt werden kann.

Bei der Beheizung der öfen mit Schwachgas spielt sich der Betrieb folgendermaßen ab:

Es sei beispielsweise angenommen, daß die linksseitigen Regeneratoren T₁ zur Vorwärmung von Luft und die rechtsseitigen Regeneratoren r₂ zur Aufspeicherung der in den Abgasen enthaltenen Wärme benutzt werden. In diesem Falle ist also der linksseitige Sammelkanal Vj an die freie Luft und der rechtsseitige Sammelkanal v₂ an den Schornstein angeschlossen. Bei dieser Zugrichtung von Luft und Abgasen muß das zur Beheizung dienende Schwachgas durch die rechtsseitige Hauptgasleitung n₂ herangeführt werden, während die linksseitige Gasleitung H₁ in dieser Betriebsperiode abgeschaltet ist. Die beiden Hauptgasleitungen m_x ni₂ für Starkgas sind selbstverständlich bei dieser Beheizungsweise überhaupt außer Betrieb. Das durch die Leitung M₂ ankommende Schwachgas wird durch die Rohre Z₂ in die Rekuperatorkammern p₂ unten eingeführt, in denselben durch die Rippen q₂ zu einem Zickzackwege gezwungen und oben durch die Kanäle I₂ heraus in die Gaszufuhrkanäle h„ und weiter durch die Kanäle i₂ und Ii₁ in die linksseitigen Gasverteilkanäle C₁ geleitet, von wo aus durch die Düsen Ci₁ seine Verteilung auf die einzelnen Heizzüge C₁ erfolgt. Währenddessen wird die zur Verbrennung notwendige Luft durch den linksseitigen Sammelkanal V₁ angesaugt, durch die anschließenden Abzweigkanäle U₁ auf die einzelnen Regeneratorkammern T₁ verteilt, um

sich in diesen an den Gitterwerksteinen zu erhitzen, und in diesem vorgewärmten Zustande durch die Kanäle S₁ in die Luftverteilkanäle f_± der Heizwände eingeleitet, von denen aus die Verteilung durch die Durchlässe ^₁ auf die einzelnen Heizzüge C₁ erfolgt. Die bei der Verbrennung gebildeten Heizgase steigen in den Heizzügen. C₁ dieser linken Heizwandhälfte hoch, -werden durch den oberen Horizontalkanal ο nach der rechten Heizwandhälfte herüber- und durch die Heizzüge c, dieser Ofenseite hinabgeführt und durch die Kanäle /₂ und S₂ den rechtsseitigen Regeneratorkammern r₂ zugeleitet. Beim Durchgang durch diese Regeneratorkammern r„ geben die heißen Abgase ihre Wärme zum Teil an das eingebaute Gitterwerk, zum übrigen Teil an die Wände der Rekuperatorkammern p₂ ab, an denen sie mit vorbeistreichen. Durch die Wände der Rekuperatorkammern p., wird die von den Abgasen abgegebene Wärme an das zu gleicher Zeit im Innern hindurchgeleitete Heizgas übertragen, so daß dieses in hocherhitztem Zustande austritt und zur Verteilung auf die Heizzüge der Heizwand gelangt.

Nach einem gewissen Zeitabschnitt wird die Zugrichtung der Gase in den. Heizwänden und in den Wärmespeichern umgekehrt, indem statt der rechtsseitigen Gashauptleitung n.₂ die linksseitige M₁ in Benutzung genommen, und der rechtsseitige Abhitzesammeikanal v.₂-an die freie Luft, der linksseitige V₁ an den Schornstein angeschlossen wird. Es geht dann in den rechtsseitigen Regeneratorkammern r₂ die Vorwärmung der Verbrennungsluft und in den linksseitigen Rekuperatorkammern P₁ die Vorwärmung des Heizgases mit Hilfe der AVärme der Abgase vor sich, die gleichzeitig durch die den Kammern P₁ benachbarten Regeneratorkammern r_x hindurchgeleitet werden. Heizgas und Verbrennungsluft werden also in diesem Falle den Heizzügen c, der rechten Heizwandhälfte zugeführt, und die Verbrennungsgase steigen in diesen letzteren hoch, um in den Heizzügen C₁ der linken Heizwandhälfte herabzufallen und von da in die Wärmespeicher dieser Ofenseite überzutreten.

Wenn nunmehr ein Wechsel in der Beheizungsart der Öfen vorgenommen und statt des Schwachgases Starkgas zur Verwendung kommen soll, so werden lediglich die Hauptgasleitungen W₁ M₂ für Schwachgas außer Betrieb gesetzt und die Hauptgasleitungen In₁ tn„ für Starkgas in Benutzung genommen. Hierbei dient, wie sich aus der Zeichnung ohne weiteres ergibt, immer die linksseitige Gasleitung 7W₃ zur Versorgung der linken Heizwandhälfte und die rechtsseitige Gasleitung in., zur Versorgung der rechten Heizwandhälfte mit Heizgas, welches unmittelbar aus den Hauptgasleitungen To₁ m₂ durch, die Rohre t₁1₂ in die Gasverteilkanäleiej e₂ eingeleitet wird. Bei dieser Betriebsweise werden von den Wärmespeichern W₁ zv₂ lediglich die Regeneratorkafnmern T₁Y₂ benutzt, um die Wärme der Abgase im regelmäßigen Wechsel an die hindurchzuleitende Verbrennungsluft zu übertragen. Die Rekuperatorkammern P₁ p₂ für die Vorwärmung von Heizgas sind als solche dabei ganz ausgeschaltet. Sie sind jedoch dabei keineswegs nutzlos, \veil die von den Abgasen bestrichenen Oberflächen ihrer verhältnismäßig dünnen Wandungen an der Aufspeicherung der Wärme der, Abgase und an der Übertragung derselben an Luft selbstverständlich genau so gut teilnehmen wie die Gitterwerksteine der eingebauten Füllung.

Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß der beschriebene Koksofen bei Beheizung mit Starkgas hinsichtlich seiner Betriebsweise vollständig den gebräuchlichen Regenerativöfen mit Zugwechsel entspricht, bei denen die Verbrennungsluft allein in Regeneratoren vorgewärmt wird, dabei jedoch die Möglichkeit bietet, jederzeit ohne irgendwelche Änderung an den Einrichtungen und an der Betriebsweise für die Luftvorwärmung daneben die Vorwärmung von Heizgas durchzuführen.
■ Der in den Fig. 7 bis 11 dargestellte Koksofen unterscheidet sich in seiner Ausführung von dem vorstehend beschriebenen Koksofen gemäß Fig. 1 bis-6 lediglich dadurch, daß die unteren Gaszufuhrkanäle H₁ Ji₂ mit den anschließenden Kanälen I₁ i₂ und k₂ k₁ ganz fortgelassen und die Rekuperatorkammern P₁ p< an ihrem oberen Ende durch die Kanäle I₁ L. unmittelbar an die Gasverteilkanäle B₁ e₂ derselben Ofenseite angeschlossen sind. In allen übrigen Teilen stimmen die einander entsprechenden Fig. ι und 7, 2 und 8, 3 und 9. 4 und 10, 5 und 11 vollkommen überein, und es sind deshalb auch für diese übereinstimmenden Teile jedesmal dieselben Beziehungsbuchstaben verwendet worden". Es behalten daher auch die vorangegangenen Beschreibungen weiter für die Fig. 7 bis 11 ihre Gültigkeit, und zwar, soweit es sich um die Beheizung der Öfen mit Starkgas handelt, überhaupt ohne Einschränkung und im übrigen mit Ausnahme derjenigen Teile, die sich auf die Art der Führung und Verteilung des vorzuwärmenden Schwachgases beziehen.

Der Betrieb mit Beheizung durch Schwachgas gestaltet sich bei den Koksöfen gemäß Fig. 7 bis 11 im Gegensatz zu den oben beschriebenen Öfen in der Weise, daß Schwachgas jedesmal auf ebenderselben Ofenseite zugeführt und in den Rekuperatorkammern vorgewärmt wird, auf welcher in der betreffenden Betriebsperiode zugleich Verbrennungsluft, in den benachbarten Regeneratorkammern vorgewärmt wird. Die Vorwärmung des Heiz-

gases erfolgt daher in den RekuperatOrkammern dadurch, daß das durch den Innenraum derselben hindurchströmende Gas von den Wandungen die Wärme aufnimmt, -die den letzteren in der vorhergegangenen Betriebsperiode von den außen vorbeistreichenden Abgasen mitgeteilt worden, ist. Es dienen also in . diesem Falle die Rekuperatorkammern selbst zum Aufspeichern der'Wärme aus den

ίο Abgasen zwecks späterer Übertragung derselben an das hindurchzuleitende Heizgas in ähnlicher Weise, wie es bei dem Gitterwerk der Regeneratoren der Fall ist. Legt man also wieder das oben zuerst gebrachte Beispiel für die Beheizung mit.Schwachgas zugrunde, so würde wieder der linken Heizwandhälfte, in der die Verbrennung des Gases erfolgen soll vorgewärmte Luft aus den linksseitigen Regeneratoren Y₁ zugeführt werden, während die Verbrennungsgase in der rechten Heizwandhälfte herabfallen, um den Wärmespeichern dieser Ofenseite zugeleitet zu werden. Das zur Beheizung erforderliche Schwachgas wird dabei durch die linksseitige Hauptgasleitung U₁ herangeführt, in die Rekuperatorkammern P₁ eingeleitet und aus diesen in erwärmtem Zustande oben durch die Kanäle I₁ in die Gasverteilkanäle e_± derselben Ofenseite überführt, um aus diesen auf die einzelnen Heizzüge C₁ verteilt zu werden. Die durch die rechtsseitigen Regeneratorkammern r₂ strömenden Abgase übertragen hierbei ihre Wärme teils an das eingebaute Gitterwerk, teils an die Wandungen der benachbarten Rekuperatorkammern p₂- Wenn dann in der nächstfolgenden Betriebsperiode die Zugrichtung der Gase gewechselt und durch die Wärmespeicher r₂ bzw. p.₂ Luft bzw. Gas hindurchgeleitet wird, so nehmen diese Medien die in den Gitterwerksteinen der Kammern r₂ und in den Wandungen der Kammern p₂ aufgespeicherte Wärme in der oben beschriebenen Weise wieder auf.

Die Koksöfen mit Wärmespeichern für Gas und Luft in der Bauart gemäß der Erfindung bieten zunächst den Vorteil, daß bei jeder der beiden Betriebsarten, d.h. bei Verwendung von Starkgas ebensowohl wie bei der Verwendung von Schwachgas, die Führung von Abgasen und von Verbrennungsluft immer die gleiche bleibt, so daß beim Übergang von der einen Betriebsart in die andere weder an den Einrichtungen für die A^orwärmüng der Luft noch an den Wegen für Luft und Abgase irgend etwas geändert wird. Die einzige Arbeit, die beim Wechsel der Beheizungsart vorgenommen werden muß, besteht darin, daß das eine, gerade in Betrieb befindliche Paar von Hauptgasleitungen abgeschaltet und das andere dafür in Betrieb genommen wird. Dies bedeutet natürlich eine ganz außerordentliche Vereinfachung des ganzen Betriebes überhaupt und eine wertvolle Ersparnis an Kosten für die Bedienung der Öfen, besonders dann, wenn ein Wechsel in der Betriebsart der Öfen häufiger vorkommen kann. Dies kommt beispielsweise für den in der Praxis sehr wichtigen Fall in Betracht, daß eine Koksofenbatterie teils mit Starkgas, teils mit Schwachgas beheizt wird, und, daß die verfügbaren Anteilmengen dieser beiden Gasarten während des Betriebes sich ändern, so daß mindestens eine gewisse Anzahl von Öfen zeitweise mit dem einen, zeitweise mit dem anderen Gas beheizt werden muß. Für die A^orwärmung der Verbrennungsluft ergibt sich der Vorteil, daß die Luft bei jeder Beheizungsart in den Regeneratoren ungefähr gleich hoch, nämlich bis nahe an die Eintrittstemperatur der Abgase heran erwärmt wird. Dies ist dadurch begründet, daß einerseits die Luftmenge ohne Rücksicht auf den Heizwert des venvendeten Gases annähernd immer die gleiche sein wird, weil der .Wärmebedarf der Öfen, der durch die Verbrennung von Heizgas gedeckt werden muß, in jedem Falle gleich groß ist, und daß andererseits die Eintrittstemperatur der Abgase praktisch ebenfalls immer dieselbe ist. Infolge der hohen Temperatur, auf welche die Luft vorgewärmt wird, ergibt sich auch bei praktisch vollständiger Ausnutzung der Abgaswärme eine verhältnismäßig' niedrige Endtemperatür des vorzuwärmenden Heizgases, und es steht daher für den Wärmeübergang aus den Abgasen durch die Rekuperatorwandungen an das Heizgas ein im Mittel ziemlich hohes Temperaturgefälle zur Verfügung, mit dessen Hilfe der beabsichtigte Erfolg, d. h. eine hinreichend hohe Vorwärmung des Gases unter möglichst vollkommener Ausnutzung der Abgaswärme, mit Sicherheit erreicht wird. Dieser Vorteil einer sehr günstigen Ausnutzung der in den Abgasen enthaltenen Wärme wird außerdem in erhöhtem Maße noch dadurch gesichert, daß durch den einheitlichen Zusammenbau der ■ganzen Wärmespeicher die verfügbare Wärme der Abgase nach Möglichkeit zusammengehalten und jegliche Gelegenheit zu nutzloser Wärmeabgabe nach außen vermieden wird. Die vorteilhafte Ausnutzung der Abgaswärme und der damit gesicherte Wärmegewinn bedeutet für den ganzen Ofenbetrieb wiederum, namentlich bei Verwendung des wenig heizkräftigen Schwachgases, eine Ersparnis an Brennstoff und damit einen wertvollen wirtschaftlichen Vorteil.

Claims (3)

1. Patent-An Sprüche:

   ■ i. Koksofen für wahlweise Beheizung durch ■ Starkgas' oder Schwachgas und mit

   im Zugwechsel betriebenen Wärmespeichern an den beiden Längsseiten der ganzen Ofenbatterie, bei denen die Verbrennungsluft in Regeneratoren und das Heizgas in Rekuperatoren vorgewärmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß diese Wärmespeicher in' der Längsrichtung der Ofenbatterie aus abwechselnd aufeinander folgenden Regeneratorkammern für die Vorwärmung von Luft und Rekuperatorkammern für die Vorwärmung von Gas bestehen, von denen die Regeneratorkammern ständig in regelmäßigem Wechsel für die beiden Ofenseiten von Abgasen ' bzw. von Luft durchströmt werden.
2. 2. Koksofen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils zur Vorwärmung der Luft benutzten Regeneratorkammern und die zur Vorwärmung von Gas benutzten Rekuperatorkammern ίο auf entgegengesetzten Seiten einer Ofenkammer liegen, so daß die Vorwärmung des Gases in den Rekuperatorkammern vor sich geht, während gleichzeitig durch die benachbarten Regeneratorkammern derselben Ofenseite die Abgase strömen.
3. 3. Koksofen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils zur Vorwärmung von Luft benutzten Regeneratorkammern und die zur Vorwärmung von Gas benutzten Rekuperatorkammern auf derselben Seite einer Ofenkammer liegen, so daß die Vorwärmung des Gases in den Rekuperatorkammern vor sich geht, nachdem dieselben von den vorbeistreichenden Abgasen in der vorangegangenen Betriebsperiode einen gewissen Wärmevorrat aufgespeichert haben.

   Hierzu 4 Blatt Zeichnungen.

   Berlin. Gedruckt in der reichsdruckerei.