DE3119517C2 - - Google Patents

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Ringkammerofens zum Brennen oder Calcinieren von Kohleblöcken für die elektrothermische und elektrometallurgische Industrie sowie die Einrichtungen, die zur Durchführung des Verfahrens erforderlich sind.

Zur Hitzebehandlung - Brennen - von Kohleblöcken, die zur Ver­ wendung in der elektrothermischen und elektrometallurgischen Industrie hergestellt werden, sind Spezialöfen im Einsatz. Die Kohleblöcke werden aus einer Mischung aus zerstoßenem Koks und/oder Anthrazit hergestellt, zu dem in wechselnden Mengen Pech oder Teer als Bindemittel zugegeben wurde. Bei Raumtem­ peratur ist diese Mischung steif. Beim Erhitzen bis auf 120°C wird sie jedoch weich, wobei Teerdämpfe abgegeben werden, und nach längerem Erhitzen bei einer Maximaltemperatur bis zu 1300°C wird die Paste hart. Die Verhältnisse der verschiedenen eingesetzten Rohmaterialien variieren in Abhängigkeit von der Verwendung, für die das Kohleerzeugnis bestimmt ist, und die Temperaturführung während des Brennens oder Backens wird so gewählt, daß die Verhältnisse auf die herzustellenden Kohle­ blöcke abgestimmt sind. Die eben genannten Parameter sind für die vorliegende Erfindung ohne Bedeutung.

Die Kohleblöcke oder Kohlekörper, die für das Brennen in einen Ofen gegeben werden, werden oft als "grüne Kohle" bezeichnet, wobei das Wort "grün" darauf hinweist, daß sie "noch nicht reif" sind. Sie werden durch Pressen oder Vibrationsverdichtung erzeugt. Diese grünen Kohlen sind oft von beträchtlicher Größe. So können zum Beispiel Kohlenstoffkathoden zur Verwendung in elektrolytischen Reduktionszellen für die Herstellung von Alu­ minium Abmessungen von 700 mm × 900 mm × 4000 mm aufweisen und bis zu etwa 4 Tonnen wiegen. Es ist klar, daß derartige Körper verformt werden, wenn sie erhitzt werden und dabei eine Erhitzungszone passieren, in der sie erweichen, es sei denn, daß zur Verhinderung dieser Deformierung besondere Vorkehrungen getroffen werden. Aus diesem Grund werden die grünen Kohlen in großen (tiefen) Ofenschächten angeordnet, die aus feuer­ festem Material hergestellt sind, wobei der Zwischenraum zwischen den grünen Kohlen und den Schachtwänden mit Koksklein (Pak­ kungskoks) gefüllt wird. Dieser feine Koks schützt die grünen Kohlen auch gegen Verbrennung.

Üblicherweise wird eine gewisse Anzahl von kleinen Schächten eng nebeneinander angeordnet, und von einer gemeinsamen iso­ lierenden Wand aus feuerfestem Ziegel umgeben. Diese Anhäufung von Schächten wird eine Kammer genannt. Die Wände zwischen den Schächten und um sie herum sind aus Hohlziegeln hergestellt, durch welche die heißen Rauch- oder Verbrennungsgase geleitet werden. Diese Gase werden von unten dem Boden der Schächte zugeführt, weiter durch die Kanäle in den Wänden aufwärts ge­ leitet, und treffen sich dann in einem gemeinsamen Raum über den Schächten. Der Raum über den Schächten ist mit einem Deckel oder Dach abgedeckt, das entfernt wird, wenn Kohleblöcke eingesetzt oder aus den Schächten entnommen werden.

Der Deckel über den Schächten bedeckt auch die Öffnung, durch welche die Rauchgase in die nächste Kammer weiterströmen. Während die Schächte in jeder Kammer bezüglich des Flusses des Brenn­ gases parallel angeordnet sind, sind die Kammern hintereinander geschaltet, das heißt in einer Ring-Verbindung. Ein Ofen dieses Typs zum Brennen von Kohleblöcken oder für die ähnliche Behandlung anderer Körper so wie zum Beispiel feuerfester Ziegel ist ein sogenannter Ringkammerofen. Die äußere Form eines solchen Ofens ist häufig rechteckig und kann bis zu 120 × 15 m messen.

In den größten Ringkammeröfen können verschiedene "Feuerzonen" oder "Brennzonen" gleichzeitig betrieben werden. Jede Brennzone besteht aus einer Reihe von Kammern, in denen die Temperatur nach einem vorgegebenen Programm reguliert wird. Die ersten Kammern weisen eine niedrige Temperatur auf, und sind von Kammern gefolgt, die eine höhere Temperatur aufweisen, und zum Abschluß sind die Kammern angeordnet, die abkühlen oder die geöffnet wurden, um die Kohleblöcke zu entnehmen. Wenn die Brennzone weiter verlegt wird, durchläuft jede Kammer somit dasselbe Zeit- und Temperaturprogramm. Die Kohleblöcke werden auf etwa 600°C vorerhitzt, bevor das Brennen beginnt.

Da alle diese Kammern dasselbe Temperaturprogramm durchlaufen, muß für jede Kammer eine Wärmequelle vorgesehen sein, die üb­ licherweise als Ölbrenner ausgebildet ist. Die Weiterverlegung der Brenn- oder Feuerzone erfolgt dadurch, daß der oder die Ölbrenner von einer Kammer zur nächsten weiterbewegt werden. Das Zeitintervall zwischen derartigen Bewegungen wird als Feuer­ verlegungszyklus bezeichnet, und gibt an, welche Kapazität der Ofen hat. Jede Kammer muß weiterhin die Möglichkeit aufwei­ sen, mit einem Abgassystem verbunden zu werden, mit dem eine Kammer dann verbunden wird, wenn sie die letzte in der Brenn- oder Feuerzone ist. Das wird üblicherweise dadurch bewirkt, daß ein Rohrabschnitt der letzten Kammer in der Feuerzone mit einem entsprechenden kurzen Abschnitt einer Rohrabzweigung verbunden wird, die an einem Abgaskanal vorgesehen ist, der um den Ringkammerofen herumläuft. Dieser Abgaskanal wird auch als Abzugs-Ringleitung bezeichnet, und ist mit einem Ven­ tilator verbunden, der die Abgase aus dem Ofen abzieht. Der Rohrabschnitt, der dazu verwendet wird, die letzte Kammer der Feuerzone mit der Abgas-Leitung zu verbinden, wird auch "Elephant" genannt, weil er in einer früheren Ausführungsform ähnlich wie ein Elephant aussah. Bevor die Rauchgase den Ventilator erreichen, passieren sie ein Filter, das Teer­ dämpfe und Kohlenstaub entfernt, bevor die Abgase durch den Schornstein in die Atmosphäre abgelassen werden.

Luft für die Ölbrenner wird durch den Abgasventilator ange­ saugt. Die Luft strömt in das System ein, in dem das Dach der Kammer, die gerade geleert wird, an einer Seite ein wenig angehoben ist. Die Luft wird durch diese Kammer in die anderen Kammern bis zu dem Ölbrenner gesaugt. Auf diese Weise werden die Kammern und die Kohleblöcke gekühlt, während die Luft erhitzt wird.

Indem die Abgase aus den Kammern mit den Ölbrennern abgezogen und des weiteren durch die Brennzone geleitet werden, werden die Kohlekörper oder -blöcke erhitzt und die Teerdämpfe aus den Bindemitteln werden ausgetrieben.

In seiner üblichen Ausführungsform weist ein Ringofen der be­ schriebenen Art bestimmte Nachteile auf.

Der Zug in der Feuerzone kann grob mit Hilfe eines Schiebers oder eines Klappenventils in dem "Elephanten" reguliert werden, aber da die Zonen, wie bereits erwähnt, mit derselben Abgas- Ringleitung verbunden sind, beeinflussen sie sich gegenseitig, wodurch einer individuellen Einstellung deutliche Grenzen ge­ zogen sind.

Infolge der großen Dimensionen eines Ringkammerofens sowie der Länge des Abgaskanals kommt es zu einem großen Druckabfall. Je älter der Ofen ist, desto geringer wird ferner der Quer­ schnitt des Abgaskanals, da sich in ihm eine Schicht Kohle­ staub und Teer aus den grünen Kohlen absetzt, die immer dicker wird. Der Abgasventilator muß daher einen starken Unterdruck erzeugen, um für den gewünschten Abgaszug für den Rauch zu sorgen. Ein derartiger hoher Druck führt wiederum dazu, daß Undichtigkeiten entstehen, durch die Falschluft in die Ringleitung gelangt, zum Bespiel aus den zahlreichen Verbin­ dungsabzweigungen für die "Elephanten"-Rohrabschnitte, die nur sehr schwierig so dicht zu verschließen sind, wie wünschens­ wert wäre.

Infolge all dieser Falschluft muß die Gaswaschanlage dafür ausgelegt werden, ein größeres Gasvolumen zu verarbeiten als eigentlich nötig wäre.

In der DE-OS 25 19 738 ist ein Verfahren zur Verbesserung des Ofenbetriebs angemeldet, sowie die dafür erforderlichen Veränderungen an dem Ofen.

Während des Vorerhitzens der grünen Kohlen werden große Mengen an Teerdämpfen ausgetrieben. Diese sind brennbar. Sie können sich an Stellen entzünden, wo es nicht erwünscht ist, was dazu führt, daß beim Brennen der Kohlekörper unkontrollierte Temperaturen auftreten. Der Anmelder schlägt vor, daß dadurch zu verhindern, daß ein Teil der Rauchgase aus dem Abzugs­ ventilator zurück in die Kammern geführt werden, und zwar in der Form eines Spülgases, aus dem die Teerdämpfe vorher entfernt wurden.

Um dieses Verfahren durchzuführen, muß der Ofen mit einer besonderen Ringleitung versehen werden, damit das Spülgas den Kammern zugeführt werden kann, in denen es erforderlich ist, das heißt zu der Kammer, in die frische Kühlluft eingeführt wird.

Das Verfahren gemäß der DE-OS 25 19 738 erfordert die Instal­ lierung einer besondere Ringleitung. Außerdem weist das zurückgeführte Gas einen hohen Sauerstoffgehalt auf, der aus der angesaugten Falschluft stammt.

Aus der DE-PS 5 24 070 ist ein Ringofen zum Brennen von Ziegeln und dergleichen bekannt, hierbei werden die Verbrennungsgase, um die Wärme in dem Ringofen zum Brennen von Ziegeln mehrfach wiederzugewinnen und wirtschaftlicher zu nutzen, in eine vor der Feuerung befindliche Kammer zugeführt. Durch die Rückführung des Abgases soll ein regulierbares Gemisch zur Durchführung der Verbrennung in der Brennkammer geschaffen werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, bei dem die Probleme im Zusammenhang mit den beim Brennen von Kohleblöcken enthaltenen Abgasen, deren Zusammensetzung einen Ausstoß direkt in die Umgebungsluft verbietet, verringert sind und das wirtschaftlicher ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen genauer dargestellt, wie ein Ringkammerofen betrieben wird. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Kammer in einem Ringkammerofen in perspektivischer Ansicht,

Fig. 2 den Weg des Rauchgases in einem Ringkammerofen,

Fig. 3 den Weg des Rauchgases in einer Feuerzone im Schnitt.

In Fig. 1 ist eine leere Brennkammer (nach Abnahme des Deckels) gezeigt, die fünf Schächte (1) enthält. In den Schachtwänden sind Rauchgaskanäle (2) angeordnet, durch die die Rauchgase zu dem Boden der Kammern (3) geleitet werden, von wo sie durch Feuerkanäle (4) über die nächste Kammer geleitet werden. Außerhalb der Kammer ist neben jeder Trennwand (5) zwischen den Kammern ein Abzug (6) angeordnet, der mit einer Verbindungs­ abzweigung (7) an der Rauchgas-Ringleitung verbunden werden kann.

Fig. 2 zeigt einen Ringkammerofen mit zwei Brennzonen. In jeder Brennzone gibt es Brennkammern, die sich in verschie­ denen Stadien befinden.

Mit Bezugszeichen (8) ist eine Kammer bezeichnet, deren Deckel angehoben und auf Klötze gestellt wurde, wodurch Luft eingesaugt werden kann, wodurch die Kammern gekühlt werden und die Luft vorerhitzt wird, bevor sie die Brenner erreicht.

Mit Bezugszeichen (9) ist eine Kammer bezeichnet, deren Deckel sich in einer solchen Lage befindet, daß sie oben geschlossen ist, so daß die Luft aus (8) durch die Schachtwände und über die nächsten Kammer gezogen wird.

Bezugszeichen (10) bezeichnet eine Kammer, in der die Ölbrenner in den Feuer- oder Flammenkanäle in Betrieb sind.

Bezugszeichen (11) bezeichnet Kammern, durch die die Rauchgase abgesaugt werden.

Bezugszeichen (12) bezeichnet eine offene Kammer mit abgedeckten Feuer­ kanälen, aus denen die Rauchgase aus der Brennzone ab­ gezogen werden.

Bezugszeichen (13) bezeichnet offene Kammern. In diesen Kammern werden die gebrannten Kohlen entfernt und grüne Kohlen nachgeladen.

Bezugszeichen (14) bezeichnet den "Elephanten", das heißt das Verbindungs­ stück zwischen der Kammer und der Rauchgas-Ringleitung (15).

Bezugszeichen (15) bezeichnet die Rauchgas-Ringleitung und (16) den Abzugs-Ventilator.

Die Waschanlage und der Schornstein sind nicht gezeigt.

Fig. 3 zeigt in Form eines Diagramms einen Schnitt durch den Weg, der von den Rauchgasen in einer Brennzone durchlaufen wird.

Die Luft (17) tritt in die Kammer ganz links auf der Zeichnung ein, wird durch die Schachtwände gesaugt, dann unter dem Boden des Schachtes und anschließend auswärts in den Feuer­ kanal, dann durch eine Kammer, die durch einen Deckel (18) abgeschlossen ist, zu der nächsten Kammer, wo den Brennern (19) Öl zugeführt wird. Die Rauchgase strömen durch die anschlie­ ßenden abgedeckten Kammern weiter, bis sie durch den "Elephanten" (14) und aus diesem in die Rauchgas-Ringleitung gesaugt werden, die wie in der Zeichnung gezeigt, mit einem Abzugsventilator (16) verbunden ist.

Auf der Zeichnung ist ferner zu sehen, daß außerhalb der Kammer Rohrabzweigungen (21) vorgesehen sind, um die Rauchgas- Ringleitung mit den Kammern zu verbinden, wenn die Brennzone weiterverlegt wird.

Der "Elephant", das heißt die Rohrverbindung (14), ist mit einem Ventilator (20) versehen sowie gegebenenfalls auch noch mit einem regulierbaren Schieber oder Klappenventil, der die Rauchgase in die gemeinsame Rauchgas-Ringleitung (15) hinausbläst. Der Abzugsventilator (16) saugt die Rauchgase durch einen Wäscher und dann hinaus in den Schornstein. Der Wäscher für den Ventilator (16) und der Schornstein sind nicht gezeigt, genauso wenig wie der regelbare Schieber für den Ventilator (20) wenn letzterer mit einem Schieber versehen sein sollte.

Das Rauchgas, das durch den Ventilator (20) in die Rauchgas- Ringleitung (15) geblasen wird, ist wie bereits erwähnt reich an brennbarem Teerdampf und Kohlenstoffstaub, das heißt, es ist reduzierend.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der in dem Rauchgas enthaltene Heizwert teilweise ausgenutzt, indem ein Teil des Rauchgases bis zu 50% der Primärluft mittels eines Venti­ lators (nicht gezeigt) in eine Kammer in der Brennzone geblasen wird, wo es sich mit der Primärluft für die Verbrennung ver­ mischt. Die Kammer, bzw. die Kammern, in die diese Sekundär­ luft geblasen wird, kann direkt vor dem Ort des Einspritzens des Primärbrennstoffes liegen, oder das Einblasen kann über verschiedene Kammern verteilt erfolgen. Die Primärluft trägt somit ein Rauchgas mit seinem Anteil an Brennstoffen, und diese brennbaren Bestandteile verbrennen in den folgenden Kammern, in denen die Ölbrenner in Betrieb sind.

Ein solches Verfahren bietet eine Reihe von Vorteilen.

Einmal wird der chemische Heizwert im Rauchgas zum Teil ausge­ nutzt, wodurch Ölbrennstoff gespart wird.

Das Rauchgas, das zurückgeführt wird, ist nur geringfügig mit Falschluft vermischt, weil in der Ringleitung (15) nur ein schwacher negativer Druck aufrechterhalten wird, wobei ein solcher schwacher Druck dann zulässig ist, wenn das Ver­ fahren und ein Ventilator gemäß der notwendigen Parallel­ anmeldung 8 00 363 verwendet wird.

Durch den nur geringen Gehalt an Falschluft bewirkt das zurückgeführte Rauchgas nur eine geringfügige Verbrennung des Packungskokses, der die Kohlekörper in den Schächten schützt, während gleichzeitig die Temperatur des Rauchgases hoch ist, wodurch das Vorheizen verbessert wird. Dadurch wird Koks ge­ spart.

Während gemäß den Ausführungsformen des Standes der Technik ein Brennen des Kokses anhielt, auch nachdem die Ölbrenner eine Brennstufe weiter verlegt wurden, stoppt nunmehr die Koksverbindung, wodurch die Kühlzeit vermindert und die Ofen­ kapazität erhöht wird.

Schließlich wird auch das absolute Gasvolumen geringer, mit dem Ergebnis, das das Rauchgassystem kleinere Abmessungen auf­ weisen darf, die wiederum dazu führen, daß die Wartungs- und Betriebskosten niedriger werden.

Es ist ferner darauf hinzuweisen, daß die geringere Menge an Gas bedeutet, daß die Emission aus dem Schornstein vermindert wird, wodurch die Umweltbelastung geringer wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit in vielfacher Hinsicht dem gemäß DE-OS 25 19 738 überlegen, gemäß welchem beträchtliche zusätzliche Installationen erforderlich sind und gemäß welchem ein kaltes sauerstoffangereichertes Rauchgas zurückgeführt wird, ohne daß dadurch die Wirtschaftlichkeit hinsichtlich des Brenn­ stoffverbrauchs verbessert wird, während andererseits die nor­ malen Abmessungen der Anlage vergrößert werden müssen, um ein größeres Gasvolumen verarbeiten zu können.

Es ist an dieser Stelle nötig zu erwähnen, daß die Verbindung eines "Elephanten" mit einem Ventilator, wie er in der nor­ wegischen Parallelanmeldung 80 03 633 offenbart ist, keine notwendige Bedingung dafür ist, einen Teil der Rauchgase zurück­ zuführen, daß jedoch die Verwendung eines solchen die vorteil­ haftesten Wirkungen zeigt.

Es ist ferner auch nicht erforderlich, daß die zurückgeführten Rauchgase aus ein- und derselben Brennzone entnommen werden, aber ein solches Vorgehen zeigt wiederum die vorteilhaftesten Wirkungen.

Das zurückgeführte Rauchgas wird dadurch geregelt, indem die Primärluft aus dem Ofen entsprechend eingestellt wird.

Claims (7)

1. Verfahren zum Betreiben eines Ringkammerofens zum Brennen von Kohleblöcken, der verschiedene Brennzonen aufweist und mit einer gemeinsamen Rauchgas-Ringleitung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Ringleitung (15) ungewaschenes Rauchgas abgenommen und der Brennzone zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgase in eine oder mehrere Kammern eingeblasen werden, die sich mindestens eine Kammer vor den Brennkammern, in der ein primärer Brennstoff verbrannt wird, befinden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rauchgas in die Kammer eingeblasen wird, die direkt vor der Kammer angeordnet ist, in der der eingespritzte primäre Brennstoff verbrannt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rauchgas in eine oder mehrere Kammern geblasen wird, in denen eingespritzter primärer Brennstoff verbrannt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rauchgas der Primärluft in Mengen bis zu 50% zugesetzt wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rohrabschnitt (14) vorgesehen ist, mit dem Rohrabzweigungen (21) an der Ringleitung (15) für das Rauchgas mit den ihnen gegenüberliegenden Kammern verbunden werden können, wobei dieser Rohrabschnitt (14) mit einem Ven­ tilator (20) zur Förderung des Rauchgases aus der Ringleitung (15) in die Brennkammern versehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrabschnitt (14) mit einem einstellbaren Ventilator (20) und einem einstellbaren Schieber oder Klappenventil versehen ist.