DE2936031A1

DE2936031A1 - Verfahren und tunnelofen zum brennen ungebrannter kohlenstoffgegenstaende

Info

Publication number: DE2936031A1
Application number: DE19792936031
Authority: DE
Inventors: Robert Fulmer Bennett; Warren Dexter Brown; Clarence Leroy Patterson; John Christian Sorensen
Original assignee: Pullman Inc; Aluminum Company of America
Current assignee: Pullman Inc; Howmet Aerospace Inc
Priority date: 1978-09-05
Filing date: 1979-09-04
Publication date: 1980-03-13
Also published as: FR2435683A1; US4235830A; AU4991679A; GB2030691A; CA1126934A; JPS5538497A; AU522961B2

Description

• ■/ _Λ Α 1782

Aluminum Company,of America, Alcoa Bldg., Pittsburgh, Pennsylvania, V. St. A.

Pullman Incorporated, 2oo South Michigan Avenue, Chicago, 111., V. St. A.

Verfahren und Tunnelofen zum Brennen ungebrannter Kohlenstoff gegenstände

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Tunnelöfen zum V/ärmebehandeln kohlenstoffhaltiger Produkte sowie ein Verfahren, das die Ablagerung von Koks auf den Wänden des Lagerraums derartiger Ofen ohne nachteilige Auswirkung auf die kohlenstoffhaltigen Produkte selbst unterdrückt und. verhindert.

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Wie aus der Technik der Wärmebehandlung von Kohlenstoffgegenständen wie den Elektroden für Elektrolysezellen bei der Aluminiumherstellung bekannt, bestehen die ungebrannten Kohleelektroden aus einem plastischen Kohlenstoffaggregat und einem organischen Bindemittel, wobei letzteres aromatische Bestandteile wie Petrol- oder Kohlepech mit oder ohne Zusatz handelsüblicher Zuschläge wie Füllstoffe und Weichmacher aufweist. Die organischen Bindemittel, die sich bei der Wärmebehandlung von Kohleelektroden in Tunnelofen als zufriedenstellend erwiesen haben, geben aber auch erhebliche Mengen an flüchtigen gasförmigen Kohlenwasserstoffen und Ruß ab. Diese Kohlenwasserstoffe und der Ruß strömen im Lagerraum der Brennzone des Ofens umher und geraten dabei in Berührung mit den Seitenwänden der Brenn— zone. Diese Wände, die porös sein können, trennen die Brennzone von den beiderseits der Brennzone liegenden Verbrennungskammern, so daß diese Wände sehr heiß sind; ihre Temperatur kann 13oo°C erreichen. Wenn die Gase auf die heißen Wände treffen, spalten sie sich zu Wasserstoff oder leichteren Kohlenwasserstoffen und Koks auf und letzterer lagert sich auf den Innenflächen der Wände ab. Diese Koksablagerung sind als "Koksring" bekannt und - pyrolytischem Koks ähnlich - sehr hart. Entfernt man sie nicht regelmäßig, wachsen sie nach innen in den Tunnelofen und den Lagerraum hinein und stören schließlich den Durchlauf der Kohlenstoffgegenstände durch den Ofen. Die Betriebsdauer des Ofens wird auf diese Weise erheblich verkürzt.

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Wie ebenfalls bekannt ist, erfordert der Betrieb eines Tunnelofens ein Druckgefälle in den Längszügen des Ofens zwischen den Brennkammern der Züge und den Abgasschächten am Ein- oder Ausgangsende des Ofens. Dieses Druckgefälle ist erforderlich, um Verbrennungsprodukte (d.h. Kohlendioxid, Wasserdampf usw.) zu entfernen, die in den Brennkammern der Züge entstehen, da die Verbrennungskammern und die Züge am stromabwärtigen Ende der Brennzone tot auslaufen. Bisher hat man das Gefälle in den Zügen und den resultierenden Druckunterschied zwischen dem Lagerraum der Brennzone und den Verbrennungskammern so geregelt, daß die Produkte im Lagerraum der Brennzone nicht verbrennen konnten. Dabei ergibt sich jedoch ein Druckzustand in der Brennzone, der nicht nur die Bildung des Koksrings auf den Wänden der Brennzone nicht einschränkt oder verhindert, sondern darüberhinaus den Koksring über eine erhebliche Länge an den Ofenwänden verlängert; die Bildung von Ablagerungen hört erst dort auf, wo das Druckgefälle einen positiven Wert annimmt.

Die US-PS 3 oo9 863 schlägt eine Anzahl von Maßnahmen vor, um einen positiven Druck in den Zügen relativ zu demjenigen Ofenteil zu erhalten, in dem die Kohlenstoffgegenstände behandelt weiden, um den Koksring selektiv abzubrennen. Derartige Maßnahmen sind u. a. Klappen- oder Ventilmechanismen in den Abgasleitungen aus dem Zug zu den Abgasschächten, ein entsprechendes Einstellen der externen Quellen der Druckatmosphäre

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sowie eine Änderung der in die Züge an den Kokslagerungsbereichen eingeführten Sekundärluft, Drosselstellen oder Prallelemente in den Zügen an erwünschten Orten entlang ihrer Längsabmessung, oder die Anwendung von zwei oder mehr solcher Maßnahmen. Alternativ schlägt diese Patentschrift vor, intermittierend Dampfstrahlen in die Brennbereiche in ausreichender Stärke einzulassen, um das Abbrennen des Koks und Ruß zu unterstützen.

Diese Maßnahmen sind für das selektive Abbrennen des Koksrings von den Wänden der Züge in den Brennzonen nur teilweise erfolgreich. Dies gilt auch für den Einsatz von Teerauffangmitteln in den weniger heißen Vorwärmabschnitten des Ofens. In den Vorwärmabschnitten wird das Bindemittel in den Elektroden zu Koks entflüchtigt, so daß niedrigersiedende flüchtige Stoffe im Vorwärmbereich und in schwächerem Ausmaß in der heißeren Brennzone entstehen. Diese flüchtigen Stoffe sind u. a. schwere Teere und Öle sowie Fluoridsalze, die mit Kondensatoren und elektrostatischen Abscheidern aufgefangen werden, um diese Teere, Öle und Salze aus den Ofengasen zu entfernen. Diese Reinigungsanlagen sind schwierig zu betreiben und erlauben, wenn nicht im Betrieb, ein beschleunigtes Wachstum des Koksrings. Die Hauptgasströmung den Tunnel hinab reicht nicht aus, die Teer- und Ölreste vollständig zu entfernen; sie sind also in den Ofengasen vorhanden und spalten und lagern sich auf

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den 'wanden der Brennzone ab. Es besteht daher nach wie vor Bedarf an einer wirkungsvollen und zuverlässigen Einrichtung, um den Eintritt der Verbrennungsprodukte in die Brennzone zu unterbinden, damit man derartige Ablagerungen unterdrücken und verhindern kann, ohne die Kohlenstoffgegenstände in der Brennzone zu verbrennen.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Brennen ungebrannter Kohlenstoffgegenstände, indem man diese im Lagerraum der Brennzone eines Tunnelofens mit Wärme behandelt, die bei der Verbrennung eines Brennstoffs in Kammern an der Brennzone entsteht, wobei Kohlenwasserstoffgase aus einem organischen Bindemittel in den Gegenständen entstehen, die die Oberfläche der den Kohlenstoffgegenständen zugewandten Wände der Verbrennungskammern berühren, wobei die Temperatur dieser Oberflächen derart ist, daß die Kohlenwasserstoffgase sich aufspalten und Koksablagerungen auf den Oberflächen bilden. Der Ofen hat Wände, die die Kammern vom Lagerraum trennen, und die Verbrennungskammern des Ofens stehen in Strömungsverbindung mit Zügen, die längs des Ofens verlaufen und die Verbrennungsprodukte aus den Kammern abziehen können, wobei in den Zügen ein Druckgefälle in Längsrichtung der Züge und Verbrennungskammern herrscht. Nach diesem Verfahren ändert man das Druckgefälle in den Zügen so, daß ein Druckunterschied zwischen den Verbrennungskammern und dem Lagerraum für die Produkte entsteht, der die Verbren-

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nungsprodukte aus den Verbrennungskammern in den Lagerraum in Mengen strömen läßt, die Koksablagerungen unterdrücken und verhindern, ohne daß dabei die Kohlenstoffgegenstände verbrennen.

Auf diese Weise ist ein Verbrennen der Kohlenstoffgegenstände in der Brennzone verhindert und die Kohlenwasserstoffe, die den Lagerraum der heißeren Brennzone erreichen, werden im Verbrennungsprozess aufgebraucht.

Die Erfindung schafft auch einen Tunnelofen, in dem dir Abgasschächte mit steuerbaren Ventilen versehen sind.

Die neuartigen Abgasschächte sind mit Ventileinrichtungen ausgerüstet, die die Druckregelung unterstützen. Zum Verhindern eines Anwachsens des Koksrings kann man ergänzend zu den zusätzlichen Abgasschächten Klappen- oder Ventilmechaniken oder andere Drosseleinrichtungen oder Prallelemente in den Zügen, eine externe Regelung der Atmosphärenquellen und sekundäre Luft- und Wärmequellen verwenden, die Luft bzw. Wärme am Koksablagsungsbereich in die Züge schicken.

Die Erfindung soll nun mit ihren Zielen und Vorteilen anhand der beigefügten Zeichnungen ausführlich erläutert werden.

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Fig. 1 ist eine schaubildliche Draufsicht eines Teils eines Tunnelofens nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 ist eine schaubildliche Darstellung des Tunnelofens nach der vorliegenden Erfindung, bei dem in den Verbrennungskammern im Verhältnis zum Brennbereich des Ofens geeignete Drücke erzeugt werden; und

Fig. 3 ist ein Schnitt auf der Ebene IV-IV der Fig. 2.

Die Fig. 1 zeiglyschematisiert den Stand der Technik auf dem Gebiet der Tunnelofen zum Brennen von ungebrannten Kohlenstoffgegenständen, wobei der Ofen in der Fig. 1 in der Draufsicht dargestellt ist. Tunnelofen weisen im allgemeinen zwei längsverlaufende Züge 12 auf, und zwar jeweils einen auf jeder Seite des Lagerraums 14 des Ofens. Die Züge sowie zwei Abgasschächte 15, die mit jeweils einem der Züge verbunden sind, entfernen die Verbrennungsprodukte aus den Verbrennungskammern 16. In den Verbrennungskammern werden Kohlenwasserstoffbrennstoffe verbrannt mit Brenneranordnungen 18, die in Fig. 1 schaubildlich mit Pfeilen dargestellt sind, um die sich im Lagerraum 14 befindenden bzw. durch ihn durchlaufenden KJilenstoffgegenstände 2o zu erwärmen und zu brennen. Die Gegenstände 2o sind in den Fig. 1 und 2 nur schematisiert gezeigt. In der Fig. 3 befinden die Gegenstände sich auf einem Waggon 22, der zur Wärmebehandlung derselben durch den Lagerraum hindurchgefahren wird.

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Die in den Fig. 1 und 2 gezeigten Verbrennungskammern 16 sind eigentlich einheitliche Teile der Züge 12, die zwischen den Abgasschächten 15 am Eintrittsende des Ofens und den Abschlußwänden 24 der Verbrennungskammern verlaufen, die die Züge am Ende der Brennzone abschließen. Infolge der Anordnung der Abgasschächte besteht ein Druckgefälle in und entlang jedem Zug, das die Verbrennungsprodukte den jeweiligen Zug entlang zu dessen Abgasschacht bewegt. In der Fig. 1 ist dieses Gefälle im unteren Zug des Ofens mit dem schraffierten Bereich 25 in Längsrichtung des Zugs gezeigt. Am Anfang des Zugs ist der Druck der Verbrennungsprodukte, wie in Fig. 1 gezeigt, negativ gegenüber dem Druck im Lagerbreich 14, wobei die Innenwand 26 des Ofens als Bezugslinie zur Bezeichnung des Nulldrucks dient. Zur Abschlußwand 24 der Verbrennungskammern 16 hin nimmt der Druck in den Zügen allmählich zu. bis er über dem Druck im Lagerraum 14 liegt.

Die gegenüberliegenden Seiten des Lagerraums 14 des Ofens sind gegen die Züge 12 und die Verbrennungskammern 16 mit den oben erwähnten Wänden 26 abgetrennt. Die Wände 26 sind allgemein porös, so daß eine Strömungsverbindung zwischen dem Lagerraum und den Zügen bzw. den Verbrennungskammern besteht. In der vorliegenden Erfindung wird die Porosität der Wandungen 26 ausgenutzt, um den Koks und den Ruß im Lagerraum der Brennzone auf eine zu erläuternde Weise selektiv zu verbrennen. Die Strö—

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mungsverbindung zwischen dem Lagerraum und den Zügen läßt sich jedoch auch erreichen, indem man Öffnungen in den Wänden 26 vorsieht.

Nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung befinden sich zwei Abgasschächte 3o an den Abschtbußwänden 24 der Verbrennungskammern 16 und in Strömungsverbindung mit den Zügen und den Verbrennungskammern, wie in Fig. 2 gezeigt. Die Schächte 3o erlauben, Abgas aus den Verbrennungskammern 16 zu entfernen, das dann als sowohl Inertgas und für Beheizungszwecke zur Verfügung steht. Das Druckgefälle in den Zügen ist mit Hilfe von Ventilen (32 und 34 in Fig. 3) in den Schächten leichter regelbar, so daß man ein Druckgefälle zwischen den Verbrennungskammern 16 und dem Lagerraum 14 einstellen kann, das ausreicht, um eine Strömung der Verbrennungsprodukte durch die Wandungen 26 in den Lagerraum zu verursachen, um den Koks und flüchtige Substanzen im Lagerraum zu verbrennen. Dieser Druckunterschied bzw. der Druckverlauf sind mit dem schraffierten Bereich 36 im unteren Zug des Ofens der Fig. 2 gezeigt. Als Ergebnis der Verbrennung des Koks und der flüchtigen Stoffe im Lagerraum werden die Kohlenwasserstoffe elimiert und keine wesentlichen Sauerstoffmengen bleiben in den Abgasen zurück, so daß diese inert und zur weiteren Verwendung rein sind, wie oben erwähnt.

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Wie nun die Fig. 3 zeigt, verwendet man nach der vorliegenden Erfindung vorzugsweise ein regelbares Ventil 34 in den Schächten 3o, um in den Zügen 12 ein Druckgefalle einzustellen, das seinerseits zu einem präzisen Druckunterschied zwischen dem Lagerraum 14 der Brennzone und den Verbrennungskammern 16 führt. Insbesondere werden die Ventile 34 so eingestellt, daß sich ein Druck in den Verbrennungskammern von o,o2d bis 12,7 mm (ο,οοΐ bis ο, 15 in.) Wassersäule über dem Druck in den Koksablagerungsbereichen der Brennzone des Lagerraums ergibt. Ein solcher Druck ergibt, wie sich herausgestellt hat, eine Strömung der Verbrennungspcodukte in den Lagerraum hineiryin Mengen, die ausreichen, um die Koksablagerungen auf den Wänden 26 und die mit den Ofengasen mitgerissenen Kohlenwasserstoffe zu verbrennen, ohne dabei auch die Kohlenstoffgegenstände 2o in der Brennzone zu verbrennen. Insbesondere treten bei einem solchen Druckwert die Verbrennungsprodukte beim Eintritt in den Lagerraum der Brennozon zunächst in Berührung mit dem Koks, der sich ggf. bereits auf der Innenfläche der Wandungen 26 angelagert hat; bei den Arbeitstemperaturen der Brennzone werden die Koksablagerungen dann durch Oxidation verbraucht. Die Strömung der Gasprodukte aus den Zügen 12 in die Brennzone 14 stellt ebenfalls ein Oxidationsmedium dar, infolgedessen die beim Brennprozeß entstehenden flüchtigen Stoffe verbrennen. Etwa zusätzliche Produktmengen, die aus den Verbrennungskammern 16 zu-

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strömen, können nicht toleriert v/erden, da diese verfügbar wären, um die Kohlenstoffgegenstände 2o zu verbrennen. Die Einstellung der Ventile 34 in den Schächten bewirkt das präzise Druckgefälle zwischen 14 und 16, um die brennbaren Stoffe in 14 auf die beschriebene Weise zu verbrennen. Wie weiterhin mit dem schraffierten Bereich der Fig. 2 gezeigt, ändern die Schächte 3o bei richtiger Einstellung der Ventile 34 das Druckgefälle in den Zügen 12 von den Extremen der bekannten Ofenkanstruktionen, wie in Fig. 1 gezeigt, zu einem gleichmäßigeren Gefälle hin, wobei der Überdruck in den Verbrennungskammern 16 sich im Bereich der Koksringablagerungen befindet. Die Ventile 32 dienen als handbetätigte Hilfsventile.

Ein weiterer Vorteil dieses Druckverlaufs ist, daß die Bildung eines zusätzlichen Koksrings unterdrückt wird. Die Zeit, die erforderlich ist, daß diese Ablagerungen eine wesentliche Dicke erreichen, ist erheblich länger als bei den Konstruktionen nach dem Stand der Technik, so daß die öfen bei besserem Wärmewirkungsgrad auch länger laufen können.

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Claims

1 BERLIN 33 8MUNCHEN Dr. RUSCHKE & PARTNER PATENTANWÄLTE Tel. (030)8 28 38 95/8 28 44 81 BERLIN - MÖNCHEN Telegramm-Adresse: Telegramm-Adresse: Quadratur Berlin Quadratur München TELEX: 183788 , , _ TELEX: 522767 /U A 1782 Patentansprüche

1. Verfahren zum Brennen ungebrannter Kohlenstoffgegenstände, in dem man die Gegenstände im Lagerraum einer Brennzone eines Tunnelofens mit Vjärme brennt, die beider Verbrennung eines Brennstoffs in Kammern an der Brennzone entsteht, wobei Kohlenwasserstoffgase aus den·, organischen Bindemittel der Gegenstände abgegeben werden, die die den Kohlenstoffgegenständen zugewandten Wandinnenflächen in den Verbrennungskammern berühren, wobei die Temperatur der Wandinnenflächen derart ist, daß die Kohlenv/asserstoffgase sich aufspalten und Koksablagerungen auf den Wandungen bilden, der Ofen Wände hat, die die Kammern vom Lagerraum trennen und die Verbrennungskammern des Ofens in Strömungsverbindung mit Zügen stehen, die mit den Ofen längs verlaufen und Verbrennungsprodukte aus den Kammern entfernen können, und in den Zügen ein Druckgefälle in Längsrichtung der Kammern und Züge herrscht, dadurch gekennzeichnet, daß man den Druckverlauf in den Zügen so einstellt, daß ein Druckunterschied zwischen den Verbrennungskammern und dem Lagerraum entsteht, der bewirkt, daß Verbrennungsprodukte aus

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den Verbrennungskammern in ausreichender Menge in den Lacjerraum strömen, daß die Bildung von Koksablagerungen unterdrückt und verhindert wird, ohne dabei die Kohlenstoffgegenstände zu verbrennen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Druckverlauf in den Zügen ändert, indem man an die Züge in deren Verbrennungskammern Abgasschächte anschließt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Druckverlauf in den Zügen verändert, indem man Regelventil in den Abgasschächten in vorhandenen Abgasanlagen einstellt.

4. Tunnelofen zum Brennen ungebrannter Kohlenstoffgegenstände, gekennzeichnet durch Verbrennungskammern, die mit Wänden von einem zentralen Lagerraum getrennt sind, der die zu brennenden Gegenstände aufnimmt, wobei die Verbrennungskammern in Strömungsverbindung mit Zügen stehen, die längs des Ofens verlaufen und Verbrennungsprodukte aus den Kammern entfernen können, wobei in den Zügen während des Ofenbetriebs ein Druckgefälle in Längsrichtung der Züge und Verbrennungskammern und den Abgasschächten herrscht, die in den Verbrennungskammern an die Züge angeschlossen sind.

5. Tunnelofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Abgasschächten regelbare Ventile vorgesehen sind.

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