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Ofenkopf für Regenerativöfen. Zur besseren Ausnutzung der wertvollen
Bestandteile der Kohle ist es in letzter Zeit vorgeschlagen worden, zum Betriebe
von Regenerativöfen, vor allem von Siemens-Martin-Ofen, entweder Koks in Gaserzeugern
zu verarbeiten oder aber dem aus mit Kohle beschickten Gaserzeugern gewonnenen Gase
seine' wertvollsten Bestandteile, nämlich die Kohlenwasserstoffe, zu entziehen.
In beiden Fällen ergeben sich für den Betrieb des Ofens Gase, die überhaupt keine
oder doch nahezu keine Kohlenwasserstoffe enthalten und eine nichtleuchtende Flamme
ergeben.
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Macht nun schon diese nichtleuchtende Flamme die richtige Führung
des Ofens schwierig, so kommt noch ein weiterer Ubelstand hinzu, auf den zuerst
#,la r k g r a f (Stahl und Eisen z926, S. 1245) hingewiesen hat. Die Verbrennung
einer mit gereinigtem Gas gespeisten Flamme vollzieht sich in einer ganz anderen,
für den Ofenbetrieb sehr viel ungünstigeren greise, wie bei Verwendung ungereinigten
Kohlegeneratorgases. Die Flamme verteilt ihre Wärme durch den ganzen Ofrnrauin;
sie wird lang und demnach weniger heiß; sie läßt sich nicht auf dem Bade halten,
sondeen entwickelt sich mehr nach oben, wobei das Gewölbe und die abziehenden Ofonköpfe
angegriffen «erden, auch die M' ärme"peiclier gehen heißer, als es erwünscht ist.
`"ersuche zur Erklärung dieser Erscheinung sind veröffent= licht in Stahl und Eisen
1917, S. .f.18 ff. und 538fr- Zwar ist an den angeführten Stellen schon richtig
angedeutet, daß dit- Entziehung des Teers, das Fehlen des Teer- und Staubgehaltes
in dem gereinigtem Gas bei dem Auftreten dieser ungünstigen Erscheinungen eine wichtige
Rolle spielt; doch ist eine richtige Erklärung hierfür an den angeführten Stellen
nicht gegeben.
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Bekanntlich erfolgt die Wärmeübertragung der Gase auf die Charge auf
dreierlei verschiedenem Wege, durch direkte Berührung, durch Leitung und durch Strahlung.
Um eine wirksame Wärmeübertragung durch Strahlung zu erzielen, ist die Anwesenheit
von Körpern notwendig, und zwar am besten von Körpern, deren Oberfläche im Verhältnis
zu ihrem Rauminhalt möglichst groß ist,. z. B. Kohlenstoff, der in der Hitze durch
Spaltung der Kohlenwasserstoffe gebildet wird. Nun fehlen dem gereinigten Gase diese
Körper nach Ausscheiden des Teers und Staubes vollständig, wodurch auch die Entleuchtung
der Flamme erklärt ist. Also ist bei der nichtleuchtenden Flamme des -gereinigten
Generatorgases die Wärmeübertragung durch Strahlung unmöglich gemacht, sofern man
die Flamme selbst betrachtet und-von der Strahlung des Ofengewölbes, der Ofenwände
und der Brennerköpfe absieht. Diese strahlenden Wände werden ihrerseits wieder bloß
durch Berührung mit den heißen Flammgasen erwärmt. Die Folge hiervon ist, daß der
in den Ofen eintretende heiße Gasstrom sich nicht so schnell erhitzt wie der leuchtfähige
Gasstrom, mithin die Verbrennungsgeschwindigkeit zurückgeht und die Flammentemperatur
fällt.
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Die Übertragung der Wärme auf die Charge durch Leitung kann eine wesentliche
Rolle
deshalb nicht spielen, weil infolge der hohen Temperatur die.Dichte
und lnltlllll die Wärmeleitfähigkeit der Gase sehr gering sind.
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Es bleibt also bei der Verwendung nichtstrahlender Gasarten einerseits
nur die Wärmeübertragung durch Berührung übrig, and(-rseits fällt aber außerdem
noch die Flammentemperatur, wie eben auseinandergesetzt. Es kommt demnach einzig
und allein darauf an, bei der Verwendung nichtleuchtender Gase sowohl die Berührung
der Flamme mit der Charge, wie auch die Temperatur der Flamme möglichst zu erhöhen,
und dies ist bei den bisherigen Versuchen offenbar nicht genügend berücksichtigt
worden. Eine kurze und heiße Flamme wird bekanntlich durch intensive Mischung von
Gas und Luft erzeugt; die Hauptsache ist jedoch, daß diese Flamme in gründliche
Berührung mit der Charge gebracht wird. Beides läßt sich durch die Einführung der
Verbrennungsluft und des Gases oder eines derselben unter erhöhtem Druck, d. h.
mit erhöhter Eintrittsgeschwindigkeit, erreichen.
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Die vergrößerte Eintrittsgeschwindigkeit ist ihrerseits aber ein Faktor
des Eintrittsquerschnitts. Je größer die Geschwindigkeit, desto kleiner d-e Querschnitte.
Da die Gase im Ofen nun notwendigerweise expandieren, f#o werden diese engen Querschnitte
für den Austritt nicht mehr genügen. Aus diesem Grunde war bisher bei Regenerativöfen
die Eintrittsgeschwindigkeit der Gase begrenzt und diese Grenze lag unterhalb der
Möglichkeit, mit gereinigten Gasen wirtschaftlich zu arbeiten.
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Daraus ergibt sich der Schluß, daß man unter diese bisher innegehaltene
Grenze der Eintrittsgeschwindigkeit heruntergehen muß, und um dies zu ermöglichen,
werden gemäß der Erfindung die Brenner mit besonderen und getrennten Öffnungen für
den Eintritt und für den Austritt der Gase ausgerüstet. Dann können die Eintrittsöffnungen
entsprechend der gewünschten Eintrittsgeschwindigkeit beliebig eng gemacht werden,
so eng, daß sie zum Austritt der Gase nicht mehr genügen, denn für die abziehenden
Gase sind besondere Öffnungen vorhanden, die -ihrem Querschnitte nach das ganze
abziehende Gasvolumen aufnehmen können.
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Bei Regenerati%-öfen, die nur mit V orwärmung der Luft, nicht aber
des Gases arbeiten, ist es bereits bekannt, die Zuführungsöffnung für Gas und Luft
zur Erzeugung einer Strahl -gebläseflamme eng zu machen und für die Abgase eine
besondere Abzugsöffnung vorzuselicn. Eine sol<-lie besondere Abzugsöffnung für
die Abgase ist ferner auch schon bei Regenerativöfen mit Gasvorw:irniung zum Zweck
der Schonung der Brennerköpfe vorgeschlagen. Schließlich ist es auch bekannt, bei
Regenerativöfen nicht vorgewärmtes Gas durch enge, nach unten gerichtete Öffnungen
zuzuführen, um die Flamme nach unten zu drücken.
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Demgegenüber beruht die Eifindung auf der Erkenntnis, daß durch die
gleichzeitige Verwendung dieser verschiedenen Einzelheiten - enge, nach unten gerichtete
Gaszuführungskanäle und besondere Abzugsöffnungen für die Abgase - bei Regenerativöfen
mit Gas- und Luftvorwärmung die Aufgabe gelöst werden kann, mit Koksgeneratorgas
oder mit gereinigten Gasen eine kurze, 1:eiße, auf das Bad gerichtete nichtleuchtende
Flamme zu erzielen.
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Es ist nun nicht nötig, sowohl die Luft als auch das Gas unter hoher
Geschwindigkeit in den Ofen treten zu lassen; es genügt, wenn eine der beiden Gasarten
die genügende Geschwindigkeit hat, und zwar ist es am zweckmäßigsten, dem Gase und
nicht der Luft die hohe Geschwindigkeit zu geben.
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In den beiliegenden Zeichnungen ist die Erfindungunte_-dieser Voraussetzungin
verschiedenen Ausführungsformen veranschaulicht, weil die gleichmäßige Ausbildung
der Gas- und der Luftöffnungen wegen der sich dabei ergebenden einfachen Konstruktionen
eine besondere Veranschaulichung nicht verlangt.
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In den Fig. x bis 3 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt,
und zwar ist Fig. x ein Längsschnitt durch den Ofen, Fig. 2 die Vorderansicht eines
Brenners und Fig. 3 der Horizontalschnitt durch Ofen und Brenner.
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a ist der Luftkanal, b der aufsteigende Gaskanal. Aus
diesem führen z. B. vier Gaskanäle c in den Ofen, um das Gas, welches unter Druck
steh, mit großer Geschwindigkeit in den Ofen eintreten zu lassen. Zwischen diesen
Kanälen c liegt ein Kanal d, versehen mit einem Schieber e. Beim Eintritt des Gases
ist dieser Schieber geschlossen, beim Austritt der .Abgase dagegen geöffnet. Der
Querschnitt von d ist so bemessen, daß die ihn durchstreichende Abgasmenge unter
Hinzurechnung der geringen Mengen,-die durch c streichen, genügt, um der Gaskammer
die gewünschte Temperatur zu geben.
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Fig. .1 und ö stellen eine andere Ausführungsform dar, und zwar ist
Fig- 4 die Vorderansicht des Gasbrenners und Fig. ö der Querschnitt durch die dazugehörenden
Regenerativkammern.
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Die Gaseintrittsquerschnitte c werden hier von einer Anzahl kreisrunder
Kanälchen gebildet. An Stelle des in der ersten Ausführun,--.'form dargestellten
Kanals d ist jedoch ein Kanal f vorgesehen, in welchem wiedcrumder Schieber
e vorhanden ist. Der Kanal f verbindet nun den Luftkanal und den Gaskanal
zwiscllcii Regenoratoren und Ofen. An der Einströmungsseire
ist
der Schieber e geschlossen, an der Ausströmungsseite dagegen geöffnet. Bei dieser
Ausführungsform muß der Quersclnitt des Luftkanals a so brng bemessen sein, daß
er -enügt, um die gesamten Abgase, vermindert lediglich um das geringe Ouantum,
welches durch c abströmt, aufnehmen zu können.
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Es ist ohne weiteres klar, daß man, falls notwendig, auch die Luftöffnungen
des Brenners in der Teichen Weise ausbilden kann.
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Bei diesen beiden Ausführungsarten ist ein Ventil erforderlich, um
heiße Gase abzuschiebern. Nach der Ausführungsform nach Fig. 6 und,7 ist dieses
Ventil an eine Stelle verlegt, wo es der Hitze weniger ausgesetzt ist. Gleichzeitig
ist bei dieser Ausführungsform davon Nutzen gezogen worden, daß meistens eine sehr
hohe Vorwärmung der Luft, jedoch eine weniger hohe Vorwärmung des Gases gewünscht
wird. Während bei den Ausführungsformen x bis 5 Gas- und Luftkammern parallel geschaltet
sind, sind bei dieser Ausführungsform die Kammern hintereinander geschaltet, und
das Ventil, welches den Verbindungsweg zwischen den Kammern reguliert, liegt erst
hinter der heißgehenden Luftkammer. Fig. 6 ist -ein Längsschnitt durch Ofen und
Regeneratoren und Fig. 7 ein Horizontalschnitt durch Ofen, Brenner und Regeneratoren.
a und b sind wiederum die senkrechten Luft- und Gaskanäle, c sind die verengten
Gaszuführurigskanäle, dann ist g das Luftumstellventil und h das Gasumstellventil.
Die Luft tritt durch das Ventil g in die Luftkammer i und von dieser durch
a in den Ofen. Das Ventil k ist hierbei geschlossen. Das unter Druck stehende
Gas tritt durch h in den Gasregenerator! und aus diesem durch b und c zum Ofen.
Auf der Abzuzs:eite treten fast sämtliche Abgase durch a in die Luftkammer i und
nur der geringste Teil durch b und c nach 1. 'Nach Erwärmung von
i zielten die Abgase durch das geöffnete Ventil k in den unter dem Luftregenerator
liegenden Kanal in,, welcher die Abgase in den oberen Teil des Re generators 1 führt,
in welchem sie den Rest ihrer Hitze abgeben und durch h zum Schornstein entweichen.
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Diese Ausführungsform ist also &durch gekennzeichnet, daß die
Luftöffnung des Brenners auf der abziehenden Seite als die besondere Abzugsöffnung
für die zu den Gaskammern ziehenden Gase dient. Sullte aus irgendwelchen Gründen
nicht der Gusbrenner, sondern nur der Luftbrenner in der beschriebenen Weise ausgebildet
werden, so würde dann natürlich der Gasbrenner dit#. gesamte Abgasmenge auf der
abziehenden Seite aufzunehmen und abzuführen haben.
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Bei der Ausführun-sform der Fig. 8 erfolt auch die Zuführung der Luft
ebenso wie die des Gases durch eine '.Mehrzahl von Öffnungen, die so eng sind, daß
sie zur Leitung der abziehenden Gase nicht genügen. Die Luftkammer i ist
hier ebenso wie die Gaskammer L
durch die 'senkrechten Kanäle ca und
b mit den verengten Zuführungskanälen c im Brennerkopf verbunden. Die Luft-
und Gasöffnungen können im Brennerkopf in jeder beliebigen Lage zueinander angeordnet
werden.
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Die abziehenden Gase verlassen den Ofen durch den Kanal-m, der im
Querschnitt genügend groß ist, um die gesamten Abgase aufzunehmen. Unterhalb des
Kanals m ist eine Schlackenkammer st vorgesehen, aus welcher die Abgase durch den
Kanal o in die Luft- und Gaskammer n gelangen. Der Kanal o ist durch einen Schieber
p auf der Eintrittsseite absperrbar.
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Natürlich sind noch andere Lösungen zur Bewältigung dieser Schwierigkeiten
möglich.