DE3031356C2 - Vorrichtung zum Betreiben von offenen Kammeröfen - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben von offenen Kammeröfen, insbssondere von offenen Ringkammeröfen für die Herstellung von kohlenstoffhaltigen Formkörpern, vornehmlich von Elektroden für den Aluminiumschmelzflußelektrolyseprozeß nach Hall-Herould mit Feuerschächten sowie einem Absaugstutzen.

Die kohlenstoffhaltigen Formkörper werden im allgemeinen aus einer mit einem Bindemittel wie Teer und/ oder Pech versehenen Masse von Petrolkoks, Glanzkohle, Ruß oder Graphit hergestellt Beim Brennen derartiger Formkörper wird das Bindemittel verkokt, wodurch die gewünschten mechanischen und elektrischen Eigenschaften erzielt werden. Insbesondere werden auf diese Weise in offenen Ringkammeröfen Anoden für die Aluminiumschmelzflußelektrolyse hergestellt

Der offene Ringkammerofen besteht aus einer Anzrhl stationärer, aneinandergereihter Brennkammern. Die Brennkammern sind durch quer zur Aneinanderreihung liegende Gurtwände voneinander abgegrenzt und durch längs zur Aneinanderreihung verlaufende Feuerschächte in Kassetten unterteilt Durch Parallelanordnung von zwei Brennkammerreihen und Überbrücken ihrer beiden Feuerschachtsysteme wird für die Feuerschächte ein Ringzustand hergestellt

In die Kassetten wird das Brenngut — z. B. Anoden für die Aluminiumschmelzflußelektrolyse — eingebracht Um während des Aufheizvorgangs Zusammenbacken und Deformationen zu verhindern und ferner durch Erzeugung eine- möglichst nichtox.dierenden Atmosphäre den Abbrand des Brenngutes im oberen Bereich der Temperaturbehandlung zu vermeiden, sind die Anoden vollkommen in ein Füllpulver aus Petrolkoks, metallurgischem Koks oder Anthrazit gebettet Dadurch sind sie gleichzeitig voneinander sowie gegen die Feuerschachtwände und den Boden getrennt.

Das Brennen der Anoden geschieht indirekt durch Beheizen der Feuerschächte mit externen mobilen Brennern. Bei einem Brennvorgang werden mehrere Brennkammern zu einem Brandzug zusammengefaßt, die über einen Rauchgas-Absauger an die üblicherweise den gesamten Ofen umschließende Rauchgasringleitung angeschlossen sind. Die Anzahl der zu einem Brandzug zusammengefaßten Kammern richtet sich sowohl nach der Geometrie der Kassetten und Feuerschächte als auch nach der Brandführung. Die Anzahl der Brandzüge dagegen ist von der Ofengröße, d.h. von der Anzahl Kammern abhängig.

Im allgemeinen besteht eine Brandzugsanordnung aus einer Dichtkammer, einer Vorwärmzone, einer Heizzone — jede Zone etwa drei Kammern — und einer Kühlzone mit etwa sechs Kammern.

In der Vorwärmzone werden die Verbrennungsgase durch mit noch ungebrannten Anoden gefüllten Brennkammern geleitet und über den Absauger der Rauchgasringleitung zugeführt.

Durch den Anschluß des Absaugers an die Rauchgasringleitung entsteht in den Feuerschächten des Brandzuges ein Unterdruck. Dadurch wird die zur Verbrennung des Brennstoffes — im allgemeinen Gas oder Öl — erforderliche Luft durch die noch mit bereits gebrannten Anoden gefüllten ein bis zwei Kammern hinter der Heizzone liegenden geöffneten Gurtwandöffnungen in die Feuerschächte gesaugt und dabei vorgewärmt, Ferner gelangt eine erhebliche Luftmenge als Falschluft durch das poröse Mauerwerk und die geschlossenen Brennerlöcher und Gurtwandöffnungen in die Feuerschächte.

In der Kühlzone wird zum Abkühlen der bereits gebrannten Anoden Luft in die Feuerschächte eingebracht, die gleichzeitig teilweise zur Verbrennung dient. Dies geschieht im allgemeinen mittels zwei Kühlventila-

torenanordnungen, die entweder drei und fünf oder drei und vier oder vier und fünf Kammern hinter der Heizzone auf den Gurtwänden montiert sind Die erwärmte Luft entweicht bei Verwendung von Druckventilatoren durch die geöffneten Brennerlöcher und Gurtwandöffnungen aller Brennkammern der Kühlzone.

Die erreichbare Kühlleistung ist stark vom Querschnitt der Luftaustrittsöffnung — Gurtwandöffnungen und Brennerlöchci- — abhängig. Beim Einsatz der Kühlventilatoren ist nämlich der anwendbare Überdruck begrenzt, da ansonsten — besonders im Bereich des Ventilators — durch zu intensive Luftzufuhr Füllpulver und Brenngut einem starken Abbrand unterworfen werden.

Bei einer Anordnung der Kühiventilatoren auf benachbarten Gürtwänden — z. B. drei und vier Kammern hinter der Heizzone — kommt es in der dazwischenliegenden Kammer zu einem Stau der Kühlluft, da die von beiden Ventilatoren in die Kammer eingeblasene Luft nur durch die kleinen Brennerlöcher entweichen kann, während die Luft, die in die beidseits benachbarten Kammern eingeblasen wird, auch über die geöffneten Gurtwandöffiiungen austritt

Auch eine Anordnung der Ventilatoren hinter der dritten und fünften Kammer nach der Heizzone, also bei einer Anordnung mit zwischen dem Ventilatoren liegender freier Gurtwand mit geöffneten Gurtwandöffnungen hat Nachteile. Da für das Entweichen der Kühlluft der zwischen den Ventilatoren hegenden Brennkammern außer den Brennerlöchern nur eine einzige Gurtwand mit ihren geöffneten Gurtwandöffnungen zur Verfügung steht, während die Kühlluft der diesen beiden benachbarten Kammern durch die Gurtwandöffnungen je einer Gurtwand entweichen kann. In jedem Fall wird die zwischen den Ventilatoren liegende Brennkammer wegen unzureichenden Luftaustrittsöffnungen ungenügend gekühlt

Die kalzinierten Anoden werden jeweils am Ende der Kühlzone eines Brandzuges aus der Brennkammer genommen, worauf anschließend die leere Brennkammer wieder mit neuem ungebranntem Brenngut beschickt wird.

Durch Umsetzen in vorbestimmten, regelmäßigen Zeitintervallen von Absauger, Brennern und Kühlventilatoren zu einer benachbarten Kammer wandern die Brandzüge zyklisch (quasi kontinuierlich) um den Ofen.

Nach dem beschriebenen Stand der Technik sitzt der Absauger auf der Gurtwand und die jeweils unmittelbar vor dem Absauger liegende Brennkammer fungiert als Dichtungskammer. Sie ermöglicht den kontrollierten Aufbau des erforderlichen Unterdrucks im Brandzug. Zur einwandfreien Abdichtung ist es erforderlich, daß die Dichtun^skammer mit Brenngut und Füllpulver gefüllt ist. Desweiteren wird die senkrechte Gurtwandöffnung der jener Dichtungskammer und dieser unmittelbar benachbarten Kammer zum Ein- oder Auspacken gemeinsamen Gurtwand mit einem Steckschieber abgedichtet. Durch den in der Dichtungskammer herrschenden Unterdruck wird der Steckschieber gegen eine Dichtfläche gedrückt. Um die Dichtwirkung zu erhöhen, werden zusätzlich die Brennlöcher der Dichtungskammer geschlossen.

Sowohl die Umlaufgeschwindigkeit — der sogenannten Feuerfortschritt — und die Anzahl der Brandzüge als auch das Fassungsvermögen der Kammern bestimmen die Produktionskapazität eines derartigen Ofens.

Durch die DE-PS 8 91 077 ist ein Gaskammerofen bekanntgeworden, dessen Kammern jeweils eigene Brennstellen besitzen. Die der DE-OS 27 19 368 zugrundeliegende Aufgabe ist es, die durch einen Schornstein ausströmende Rauchgasmenge zu vermindern, die thermische Leistung des entsprechenden Ringofens zu erhöhen und den Brennstoffverbrauch sowie den Unterdruck in Hallenkammern zu verringern.

Angesichts dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, die Produktionsrate von Kammeröfen der eingangs erwähnten Art zu erhöhen und die Brenngutqualität zu verbessern. Vor allem sollen die

ίο Brenner rationell eingesetzt werden können.

Der Brandzug soll weniger Brennkammern beinhalten, die nicht aktiv am thermischen Brennzyklus teilnehmende Dichtungskammer eines Brennzyklusses entfallen.

Die nachteilige Wirkung der Dichtungskammer als Verschluß des Brandzuges ist seit langem bekannt Bei einem bestehenden Ofen engt die Dichfiingskammer die notwendige Flexibilität der Ofenführung stark ein. Bei Neuanlagen bindet sie erhebliche lnvestitionsmitteL Dadurch, daß sie im Bereich des irxtimalen Unterdrucks liegt, werden wegen der Luftdurchiässigkeit von Füllpulver und Feuerschachtwänden erhebliche unerwünschte Falschluftmengen der Ringleitung und damit der sich anschließenden Rauchgasreinigung zugeführt Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß im Bereich der Feuerschächte dem Querschnitt des Stutzens des Absaugers entsprechende Öffnungen vorgesehen sind und die Öffnung höchstens um ein Drittel der Länge des Feuerschachtbereichs einer Brennkammer von der Gurtwand entfernt — vorzugsweise zwischen Gurtwand und nächstliegendem Brennerloch angeordnet — ist wobei bevorzugt zwischen der Gurtwand einerseits sowie der Öffnung bzw. dem nächstliegenden Brennerloch anderseits der gleiche Abstand bestehensoll.

Nach weiteren Merkmalen der Erfindung erfolgt die Anordnung der Öffnungen einseitig gleichgerichtet von der Gurtwand oder beidseitig von der Gurtwand.
Die Anordnung der Öffnungen erfolgt erfindungsgemaß symmetrisch zur Gurtwandlängsachse.

In Rahmen der Erfindung liegt es auch, die Öffnung durch einen Einsatz in ein Brennerloch umzugestalten.

Eine Ausführungsform zeichnet sich vor allem dadurch aus, daß bei einem Brandzug in der Vorwärmzone beim Feuerschacht im Bereich der ersten Kammer der Absauger auf die vorderste Öffnung aufgesetzt jede andere der ins Freie führenden Öffnungen geschlossen sowie die Durchgangsöffnung der dem Absauger nächstliegenden Gurtwand durch einen Steckschieber geschlossen ist

Erfindungsgemäß soll bei einem Brandzug pro Feuerschachtbcreich in der Kühlzone mindestens eine Öffnung als Luftaustrittsöffnung dienen sowie die sich unter dem letzten Kühlventilator befindliche Durchgangs-Öffnung der Gurtv/üP.d durch einen Steckscbieber verschlossen sein.

Außerdem ist in der Heizzone je Feuerschachtbereich einer Brennkammer die in der Vorwärmzone mit dem Absauger versehene Öffnung geschlossen und die

zweite Öffnung als Brennerloch ausgebildet

Es ist einfach durchzuführen, den Absauger direkt auf die Stelle der ersten Brennerlöcher zu plazieren. Selbstverständlich müssen zur einwandfreien Funktion des Absaugers die Stellen in der Gurtwand, wo sich der

es Absauger üblicherweise befindet, geschlossen und die Feuerschächte aller Kammern an den entsprechenden Stellen, wo der Absauger erfindungsgemäß plaziert wird, geeignet d. h. entsprechen dem Querschnitt des

Absaugestutzens geöffnet werden. Für den Fall, daß das erste Brennerloch für diesen Zweck Verwendung findet, werden die ersten Brennerlochsteine durch neu gestaltete Absauger-Anschlußelemente mit der entsprechend großen öffnung ersetzt. Das erste Brennerloch wird normalerweise ohnehin nicht als solches gebraucht. Es übernimmt seine Funktion als Brennerloch nur im Fall einer Umdrehung der Feuerrichtung. Um auch weiterhin eine Reversierung der Feuerrichtung zu ermöglichen, wird das neue Absaugerelement so gestaltet, daß es durch einen Brennerlochstein ausgewechselt oder mit Hilfe eines Einsatzes in ein Brennerloch übergeführt werden kann. Somit werden für die optimale Betriebsweise die jeder Gurtwand beidseits nahe liegenden Bereiche der Abdeckung der Feuerschächte mit den neuen Absaugerelementen ausgerüstet.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Äusführungsbcispiels sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in

Fig. 1 schematisch einen Längsschnitt durch einen Feuerschacht über zwei Kammern mit aufgesetztem Absauger;

Fig.2 schematisch einen Längsschnitt durch einen Feuerschacht über drei Kammern mit aufgesetzten Kühlventilatoren.

F i g. 1 zeigt einen Feuerschacht, bestehend aus dem Bereich 11 in der ersten Kammer 1 des Brandzuges und dem Bereich 12 der ersten Kammer 2 vor dem Brandzug, wobei die Bereiche 11 und 12 durch die Gurtwände 20, 21, 22 abgegrenzt sind. Der Feuerschacht 11, 12 ist mit feuerfesten Platten 30 abgedeckt, die mit den Brennerlöchern 31,32, 33 der speziellen öffnung 34 für das Aufsetzen des Absaugers 40 sowie der öffnung 35 über der Gunwand 20,21,22 versehen sind. Die Durchgangs-Öffnung 36 in der Gurtwand kann durch einen Steckschieber 50 geschlossen werden. Gernäß der Erfindung ist der Absauger 40 auf die öffnung 34 gesetzt

Diese neue, gegenüber der Gurtwandachse versetzte Anordnung des Absaugers 40 ermöglicht zur Aufrechterhaltung des in den Feuerschächten des Brandzuges erforderlichen Unterdrucks, den Steckschieber 50 gegenüber dem Betreiben des Ofens nach dem Stand der Technik um eine Gurtwand zu versetzen, ihn also unmittelbar an den Beginn der ersten sich in Vorwärmung befindlichen Brennkammer zu plazieren. Die öffnung 36 der Gurtwand 21 ist dann durch den Steckschieber 50 geschlossen. Kammer 1 dient weiterhin dem Stand der Technik entsprechend als Vorwärmkammer. Kammer 2 wurde nach dem Stand der Technik als Dichtungskammer verwendet u<id mußte mit Anoden und/oder Füllgut gefüllt sein. Gemäß der Erfindung wird Kammer 2 für den Ablauf des Brennprozesses nicht benötigt, d. h. die Notwendigkeit einer Dichtungskammer erübrigt sich und die nach dem Stand der Technik dafür vorgesehene Kammer 2 kann beim erfindungsgemäßen Verfahren für das Aus- und Einpacken des Brennguts genutzt werdea

Durch die erfindungsgemäße Anordnung werden folgende Vorteile erreicht:

— Zum Betreiben des Ofens ist pro Brandzug eine Kammer weniger erforderlich.

— Die durch die schlechte Dichtwirkung der Dich-Ujngskammer resultierenden erheblichen Falschluftmengen entfallen.

— Der Strömungsverlauf der Rauchgase in dem Absauger 40 wird wegen der geringen Druckverluste günstiger.

Die erfindungsgemäße Anordnung des Absaugers hat weiterhin erhebliche Vorteile in der Kühlzone des Brandzugs. Diese sollen beispielsweise anhand der F i g. 2 erläutert werden.

F i g. 2 zeigt einen Schnitt durch einen Feuerschachtbereich am Ende des Brandzuges, d. h. am Ende der Kühlzone mit den Kammern 3 und 4. Auf zwei benachbarte Gurtwandöffnungen 35 sind die Kühlventilatoren 60, 61 angebracht. Die Gurtwandöffnung 36 der Gurtwand 25 ist durch den Schieber 51 verschlossen. Die Gurtwand 25 beendet somit den Brandzug. Durch die erfindungsgemäße Absaugeranordnung wurde pro Feuerschachtbereich eine zusätzliche, der Größe des Absaugerstutzens entsprechende öffnung 34 geschaffen, die in der Kühlzone als Luftaustrittsöffnung Verwendung findet. Die Richtung der eingebrachten Kühlluft ist zvvincend fesf^le¹" r*»«* ' "ft durchströmt den vor dem jeweiligen Kühlventilator 60, 61 liegenden Feuerschachtbereich 13,14 der Kammern 3 und 4 und verläßt diesen durch die Brennerlöcher 31,32,33, die Austrittsöffnung 34 und gegebenenfalls bei nicht aufeinanderfolgender Ventilatoranordnung durch die Gurtwandöffnung 35. Durch diese Anordnung ist es möglich, eine größere Kühlluftmenge pro Zeiteinheit durch die Feuerschächte zu blasen und dabei eine gleichmäßige Kühlung de? 3rennguts zu bewirken, denn der starke Luftstrom, hervorgerufen durch die entgegengerichteten Teilluftströme der Kühlventilatoren bei Abführung der Kühlluft ausschließlich durch Brennerlöcher, gegebenenfalls auch benachbarte freie Gurtwandöffnungen entsprechend dem Stand der Technik wird verhindert. Pro Brandzug wird auch in der Kühlzone eine Brennkammer weniger erforderlich. Die eingesparte Brennkammer kann z. B. wie schon die eingesparte Dichtungskammer zum Ein- und Auspacken der Anoden genutzt werden.

Das Betreiben eines offenen Kammerofens nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erfordert somit pro Brandzug 2 Brennkammern weniger. Hieraus ergeben sich folgende konkrete wirtschaftliche Vorteile:

In Abhängigkeit der vorhandenen Anzahl Brennkammern bzw. Brandzüge läßt sich bei bestehenden öfen entweder

a) ein zusätzlicher Brandzug einrichten oder

b) bei beibehaltener Anzahl Brandzügen

— durch Reduktion der am Brennprozeß beteiligten Kammern eine Erhöhung der Be..iebsflexibilität erreichen oder

— die Anzahl der sich in Aufheizung befindlichen Brennkammern eines Brandzuges kann erhöht werden.

Ein zusätzlicher Brandzug ergibt z. B. bei einem Ofen mit 2 schon vorhandenen Brandzügen eine Produktionserhöhung von 50% bzw. bei einem Ofen mit 3 schon vorhandenen Brandzügen noch 33%.

Erhöhung der Betriebsflexibilität meint, daß für das Ein- und Auspacken des Brennguts und/oder für Reparaturen und Betriebsstörungen, die entweder die Qualität des gebrannten Guts oder deren Produktionsmenge ungünstig beeinflussen, Reservekammern vorhanden sind, die, ohne jeweils den Feuerfortschritt der Brandzüge zu beeinflussen, ausgleichend auf den Ofenbetrieb wirken.

Eine Erhöhung der Anzahl Kammern im Bereich der
Aufheizung führt in der Regel zu einer besseren Produktequalität oder über die Senkung des Feuerfortschritts zur Produktionserhöhung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (9)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Betreiben von offenen Kammeröfen, insbesondere von offenen Ringkammeröfen für die Herstellung von kohlenstoffhaltigen Formkörpern, vornehmlich von Elektroden für den Aluminiumschmelzflußelektrolyseprozeß nach HaIl-Herould mit Feuerschächten sowie einem Absaugstutzen, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Feuerschächte (11,12,13,14) dem Querschnitt des Stutzens des Absaugers (40) entsprechende öffnungen (34) vorgesehen sind und die öffnung höchstens um ein Drittel der Länge des Feuerschachtbereichs einer Brennkammer (1, 2) von der Gurtwand (20, 21) entfernt, vorzugsweise zwischen Gurtwand und nächstliegendem Brennerloch (31) angeordnet ist.

2. Vorrickxjng nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch der. gleichen Abstand der Gurtwand (21) von der Öffnung (34) einerseits und dem nächstliegenden Brennerloch (31) anderseits.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der öffnungen (34) einseitig gleichgerichtet von der Gurtwand erfolgt

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoidnung der öffnungen (34) beidseitig von der Gurtwand erfolgt

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der öffnungen (34) symmetrisch zur Gurtwandlängjachse erfolgt

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß die öffnung (34) durch einen Einsatz in ein Brennerloch umgestaltet ist

7. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Brandzug in der Vorwärmzone beim Feuerschacht (11) im Bereich der ersten Kammer der Absauger (40) auf die vorderste öffnung (34) aufgesetzt, jede andere der ins Freie führenden öffnungen (31—35) geschlossen sowie die Durchgangsöffnung (36) der dem Absauger nächstliegenden Gurtwand (21) durch einen Steckschieber (50) geschlossen ist.

8. Vorrichtung nach wenigstens einem der An-Sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Brandzug pro Feuerschachtbereich in der Kühlzone mindestens eine öffnung (34) als Luftaustrittsöffnung dient sowie die sich unter dem letzten Kühlventilator (61) befindliche Durchgangsöffnung (36) der Gurtwand (25) durch einen Steckschieber (51) verschlossen ist

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Heizzone je Feuerschachtbereich einer Brennkammer die in der Vorwärmezone mit dem Absauger (40) versehene öffnung (34) geschlossen ist und die zweite öffnung (34) als Brennerloch ausgebildet ist.