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Kontinuierlich arbeitender Vertikalofen zum Vergasen von Kohle u.
dgl. mit Beheizung nach dein Regenerativsystem. Gegenstand der Erfindung ist ein
Regenerativbeheizungssystem für Vertikalöfen mit kontinuierlichem Betrieb.
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Die Beheizung von Entgasungsöfen nach dein Regenerativsystem ist allgemein
bekannt und vor allem üblich bei Öfen mit niedrigen Entgasungsräumen, den sogenannten
liegenden Koksöfen. Die einzelnen Konstruktionen unterscheiden sich hier nur in
der Art der Kanalanordnung und der Art der Flammenführung. Übereinstimmend bei allen
ist aber die gleichmäßige Beheizung des Verkokungsraumes in seiner ganzen nutzbaren
Höhe.
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Die kontinuierliche Entgasung ist aber bei einer derart gleichmäßigen
Beheizung der l?ntgasiingsräume über die ganze Höhe nicht durchführbar. Das störende
Moment bei diesen f5fen ist in der Hauptsache das Hängenbleiben der Kohle im erweichten
Zustand. Dies ist darauf zurückzuführen,.daß die Kohle bei fortschreitender Erweichung
durch den weichen Zustand mit den Eaminerwänden in zu innige Berührung kommt und
dann an diesen gewissermaßen klebenbleiht.
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Bei der Anwendung der allgemein bekannten Regenerativfeuerung in vertikalen
Heizzügen würde die Beheizung einmal von oben nach unten und in der nächsten Periode
von unten nach oben erfolgen und hierdurch die heißeste "Stelle hei der für Öfen
mit kontinuierlichem Betriebe erforderlichen großen Höhe der Kammern abwechselnd
von unten nach oben und umgekehrt wandern. Die eintretende Kohle würde demzufolge
beim Übergang in den Verkokungszustand andauernd den Wechselwirkungen dieser Art
der alternierenden Beheizung unterworfen sein und nur einer allmählichen Erweichung
nach unten folgen können. Die Anwendung des Regenerativsystems mit horizontalen
Heizzügen hat auch keine befriedigenden Resultate gezeitigt, weil auch hierbei eine
zweckentsprechende Beheizung der Verkokungskammern nicht durchführbar war. Durch
die unmittelbare Verbindung der Wärmespeicher mit den die Kammern umgebenden Heizzügen
auf der gesamten Kammerhöhe war es nicht möglich, eine gleichmäßige, geschweige
denn eine ain oberen Ende stärkste Heizzone zu erzielen. Die dem kürzesten Feuerwege
folgenden Gase umstreichen die Kammern auf diagonalem `rege und verursachen demzufolge
eine vollkommen ungleichmäßige Beheizung. Neben der Schwierigkeit des Hängenbleibens
des Kokskuchens zeigten sich auch noch als Folge die Nachteile einer geringen Gasausbeute
und mäßiger Durchsatzleistung.
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Mit bestem Erfolg sind kontinuierlich arbeitende Öfen bis heute auch
nur als Rekuperativ öfen gebaut und in Betrieb erhalten worden.
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Unter Erkenntnis der anfangs aufgeführten Erscheinungen ist man bei
diesen Rekuperativöfen zur Beheizung der Kammern von oben nach unten übergegangen.
Es hat sich als unumgänglich notwendig erwiesen, daß bei
kontinuierlichem
Betrieb eine spontane Verkokung der in den Vergasungsraum frisch eintretenden Kohle
erfolgen muß, damit ein einwandfreier Betrieb gewährleistet ist. Die eintretende
Kohle muß möglichst schnell auf das schärfste erhitzt werden. Ihre Erweichung und
die daran anschließende Verkokung muß an den Wandungen derart schnell stattfinden,
daß der innere, noch weiche Kern gewissermaßen mit einer Kruste umhüllt wird. Die
Ansicht, der breiige Zustand der rohle im oberen Teil verhindere den freien Abzug
der weiter unten entwickelten Gase, trifft erfahrungsgemäß nicht zu. . Nachgewiesenermaßen
bildet die Gasentwicklung bei scharfer Beheizung in der Kokskruste derartige Poren,
daß noch hinreichend freier Querschnitt für die später im Kern des Kuchens entwickelten
Gase vorhanden ist. Ebenso ist man zu der Erkenntnis gelangt, daß die Gase nicht,
wie man früher annahm, den Kuchen in vertikaler Richtung durchstreichen, sondern
in der Hauptsache von der Mitte aus in horizontaler Richtung entweichen und an den
Wandungen hochsteigen (Prof. S i m m e r s b a ch, »Koks-Chemie« IgI4, S. 1o6 usf.;
Schreiber, »Stahl und Eisen» 1904, S.525 usf.). Bei der spontanen Verkokung wird
der in die heißeste Zone eintretende Kohlenkuchen gewissermaßen abgeschreckt, löst
sich dadurch von den Wandungen los und rutscht so als geschlossenes Ganzes für sich
allmählich nach unten. Der Raum zwischen Wandungen und Kuchen bietet daher hinreichend
freien Querschnitt für .den Durchgang des größten Teiles der weiter unten entwickelten
Gase, während deren weit geringerer Teil in dem kühler gehaltenen Kern nur den geringsten
Widerstand findet.
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Das Wesentliche bei der kontinuierlichen Entgasung, nämlich die Übereinstimmung
des Temperaturgefälles in den Heizzügen mit demjenigen in der Kammer, wird durch
die Beheizung von oben nach unten erreicht. Nur dadurch wird ein einwandfreier Chargengang
erzielt. Nachdem man erkannt hatte, daß die stärkste Beheizung nur im oberen Teil
erfolgen darf, wurden die verschiedensten Beheizungsarten in Anwendung gebracht.
Man legte hierbei die am stärksten beheizte Zone ungefähr auf die Mitte der Entgasungsräume,
um nun den oberen Teil in gleichbleibender Flammenrichtung mit nach oben abfallender
Temperatur und alsdann den unteren Teil der Retorte von oben nach unten zu beheizen.
Diese Beheizungsmethode für kontinuierlichen Betrieb anzuwenden, ist erfahrungsgemäß
unbedingt falsch, denn die Kohle wird infolge des nach oben eintretenden Temperaturgefälles
hierbei erst allmählich auf ihren Erweichungsgrad gebracht und findet dabei zuviel
Zeit, sich dem Kammerquerschnitt anzupassen und hängenzubleiben. Auch liegt die
Gefahr einer zu starken Überhitzung der Kammermitte vor, was zu den größten Betriebsstörungen
Veranlassung geben kann.
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Nachdem durch Verlegen der heißesten Stelle nach oben eine spontane
Verkokung und dadurch ein folgerichtiger Ofengang für kontinuierlichen Betrieb erreicht
wurde, so liegt jetzt das Bestreben darin, die Beheizung auf die größtmögliche Wirtschaftlichkeit
zu bringen.
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Die nachstehende Erfindung erfüllt diesen Zweck voll und ganz.
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Vor allem ist zur Erzielung einer gleichmäßigen Beheizung des oberen
Kammerteiles diese so eingerichtet, daß immer eine Gruppe von Kammern gleichzeitig
von einem Feuerstrom in verschiedener Richtung umspült wird. ' Die Beheizung erfolgt
von dem oberen Teil der ersten Gruppe aus aufsteigend zur zweiten Gruppe und in
dieser abfallend in der ganzen Höhe bis zu den Regeneratoren. Der untere Teil der
ersten Gruppe, der nicht unter Beheizung steht, wird durch die hoch vorgewärmte,n
Luft- und Gasmengen im Beharrungszustand gehalten. In der nächsten Periode erfolgt
die Beheizung umgekehrt und wechselt je nach Art der zu entgasenden Kohle in bestimmten
Zeitintervallen. Es spielen sich in den beiden Kammerteilen der Gruppe, ohne daß
diese irgendwie konstruktiv getrennt sind, zwei ganz verschiedene Beheizungsvorgänge
ab. Direkte scharfe Beheizung erfolgt nur im oberen Teil. Der Richtungswechsel der
Feuergase gewährleistet eine vollkommen gleichmäßige Wärmeverteilung im oberen Teil.
Die Lage der heißesten Stelle ist bei beiden Gruppen unbedingt oben direkt beim
Eintritt der Kohle in die Kammer, und als Hauptmerkmal gilt: »Kein Temperaturgefälle
nach oben, wie es bei Gleichstromheizung mit aufsteigender Feuerführung unumgänglich
ist.« Um die Länge der heißesten Zone der zu entgasenden Kohle anzupassen, werden
jeweilig längere oder kürzere Aufsatzdüsen auf die Brennersteihe aufgesetzt, wodurch
eine frühere oder spätere zur Entzündung notwendige Zusammenführung von Gas und
Luft bewirkt wird. Die zur Erzielung einer Heizzonenverlängerung bekannten Ausführungen
beruhen auf dem Prinzip der stufenweisen Verbrennung mit reduzierender und oxydierender
Verbrennung, haben also lediglich den Zweck, eine möglichst lange Heizzone zu erreichen.
Eine Verschiebung der heißesten Stelle nach oben oder unten tritt hierdurch nicht
ein. Hierbei ist zu beachten, daß durch diese Verkürzung nicht unverbrannte C 0-Gase
in den abfallenden Teil unterhalb der Brennersteine gelangen
lind
hier Verbrennungen verursachen. Der angestrebte Zweck würde dadurch wiederhinfällig
werden. Zeigen sich- deshalb bei der Verbrennung im aufsteigenden Teil in den Feuergasen
noch Reste von C O, so müssen diese durch Zusatzluft im abfallenden Teil direkt
an dessen Anfang verbrannt werden, so daß die Verbrennungswärme dieser Reste im
abfallenden Teil oberhalb der Brennersteine zur Wirkung kommt. Die Lage der Zusatzluft
zu beiden Kammergruppen ist zweckmäßig so angeordnet, daß sie mit dem Wechsel der
übrigen Gase umgesteuert wird. Der untere Kammerteil wird einmal durch die abfallenden
Feuergase in einer Gruppe und durch die aufsteigenden, hoch erhitzten Gas- und Luftmengen
in der anderen Gruppe in einem Beharrungszustand gehalten, der in der Temperatur
gleichmäßig abfallend mit dem Gang der Kokssäule nach unten stattfindet. Es findet
demnach unter gleichzeitiger Berücksichtigung, daß bei jeder Verbrennung die heißeste
Stelle immer in gewiser Entfernung von dem Brenner liegt, bei dem der Erfindung
zugrunde gelegten Regenerativsystem ein gleichmäßiger Temperaturabfall vom oberen
Kammerende an bis zum unteren statt. Die Kohle wird demzufolge bei ihrem Eintritt
in die Entgasungsräume spontan verkokt, löst sich von den Kammenv änden ab und ist
von jetzt an nur einem dem Gang der Charge entsprechenden Temperaturgefälle nach
unten unterworfen.
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Zum Anheizen der Ofen muß entgegen der bekannten Anwendungsart bei
Kammeröfen Eine besondere Vorrichtung getroffen werden. Während letztere von der
Kammer aus durch allmählich aufgeschüttete Kohlen angeheizt werden, hat dies bei
Ofen mit kontinuierlichem Betriebe durch Gas in den Heizzügen zu erfolgen. Naturgemäß
ist die Gleichmäßigkeit der Anwärinung eine Hauptbedingung. Beide Gruppen sollen
in der Temperatur immer gleich stehen, so daß beim Anstellen auf Vollbetrieb auch
vollkommene Gewähr für Zündung in beiden Hälften besteht. Die hierzu vorgesehene
Leitung wird zweckmäßig zwischen je zwei Gruppen angeordnet, weil dadurch neben
gleicher Wärmeverteilung eine einfache Umsteuerung zu erreichen ist.
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Auf den Zeichnungen sind Ausführungsformen des kontinuierlich arbeitenden
Vertikalofens der Erfindung beispielsweise veranschaulicht, und zwar ist Fig. i
ein Schnitt durch die Heizzüge des Ofens.
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Fig.2 ist ein Querschnitt durch die Kokskammern und Fig. 3 ein Querschnitt
durch die Regeneratoren: . Fig. 4. ist ein Grundriß -der einen Ofenseite,
und Fig. 5 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform.
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Wie im besonderen aus Fig.2 ersichtlich, sind mit _1, B,
C, D die einzelnen Heizzüge, mit f_' die Iiokslcammern oder Entgasungsräume
bezeichnet, welche in üblicher Weise sich nach unten erweitern. F bezeichnet die
Regenerätoren für Gas und G für Luft. Zu beiden Seiten der Heizzüge und Regeneratoren
sind die Umsteuerungsventile 17 und 18 angeordnet, die selbst von bekannter Bauart
Sind. In dein oberen Teil der Ofenkammern. zweckmäßig im oberen Drittel, sind die
Brennersteine 6 mit den Schlitzlöchern i t und 12 für das Gas bzw. die Luft angeordnet.
Die Kanäle zur Zuführung des Gases sind mit und die zur Zuführung der Luft mit bezeichnet.
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Die Beheizung erfolgt aufsteigend in der einen Ofenhälfte und abfallend
in der anderen und umgekehrt, d. h. bei einer Gruppe von zwei hintereinanderliegenden
Kammern ist für die eine die Beheizung von unten nach oben und für die andere von
oben nach unten. Die Kanäle .4 und 5 dienen somit einmal als Zuführungskanäle für
Gas und Luft und in der nächsten Periode als Feuerabzugskanäle. Die in den Figuren
eingetragenen Pfeile veranschaulichen die Beheizung des Ofens von rechts nach links,
während in der nächsten Periode ein Richtungswechsel eintritt.
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Oberhalb der Brennersteine 6 erfolgt die Mischung von Gas und
Luft, welche durch die Kanäle 4. bzw. 5 zugeleitet werden, und die Verbrennung findet
statt. Die größte Hitze wird somit ungefähr in der durch die Punkte 7 angedeuteten
Ebene auftreten. Das Verbrennungsprodukt steigt nun in dem Kanal 8 hoch, überstreicht
die Brücke 9 und fällt durch die Kanäle io abwärts. Nachdem es die Schlitzlöcher
i i und 12 für .das Gas bzw. die Luft im Brennerstein 6 passiert hat, gelangt es
durch die Kanäle .I und 5 absteigend in die Kanäle 13 und r.I und von diesen in
die Regeneratoren F und G. Nachdem das Verbrennungsprodukt diese Regeneratoren im
Teil 15 von unten nach oben und im Teil 16 in umgekehrter Richtung durchstrichen
bat, erreicht es durch die Umsteuerungsventile 17 und i8 den Rauchlcanal i g.
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Das Umsteuerungsventil 17 ist durch das Rohr 2o mit der Hauptgasleitung
verbunden. 1,-ü r die in der Fig. i dargestellte Beheizung des Vertikalofens ist
in der ersten Periode das Ventil 17 gegen den Rauchkanal i9 abgeschlossen
und steht mit der Hauptgasleitung in Verbindung. Das Gas nimmt infolgedessen seinen
Weg durch die Räume 16 und 15 des
Regenerators F (s. Fig. i und
q.), durch den Kanal 13 und von hier durch die Kanäle a ati der aufsteigenden Seite
zum Brennerschlitz i i. Das Umsteuerungsventil 18 für die Luft ist zweckmäßig ein
einfaches Klappenventil und kann einerseits mit dem Rauchkanal ic und anderseits
mit der Außenluft direkt in Verbindung gebracht «-erden. Die Luft durchströmt parallel
zum Gas den Luftregenerator G durch die Räume 16 und 15 (s. Fig. :4) und
gelangt von diesem durch den Kanal 14 (s. Fig. i) in den Kanal 21 und von hier durch
die Kanäle 5 an der aufsteigenden Seite zum Brennerschlitz 12. Zwecks Verlängerung
oder Verkürzung der heißesten Zone können auf die Brennerschlitze Aufsatzclüsen
22 aufgesetzt werden, deren Größe sich nach der verlangten Länge der Heizzone richtet,
Der obere Teil der Ofenkammer wird somit direkt beheizt, während der untere Teil
teils durch die Wärme der Abgase und teils durch die eigene Wärme der Verbrennungsmedien
nach Hindurchgehen durch die Regeneratoren F und G auf der erforderlichen Temperatur
gehalten wird. Weiterhin wird, wie ersichtlich, die direkte Beheizung des oberen
Teiles einer Gruppe von Ofenkammern zu dem oberen Teil einer zweiten Gruppe geführt.
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In dem Pfeiler 23 in dem oberen oder heißen Teil der Ofenkammer sind
Hilfsluft--kanäle 2:4 angeordnet, mittels deren dem verbleibenden Gemisch von überschüssigem
Gas an einer weiter aufwärts liegenden Stelle Luft behufs Unterstützung der Verbrennung
zugeleitet wird. Die Regelung der Hilfsluft erfolgt durch die Schieber 25 und die
Einstellung auf gleichmäßige Verteilung bei der Beheizung ohne Hilfsluft durch die
Schieber 26. Die Bedienung aller dieser Schieber erfolgt in geeigneter Weise von
der Außenseite des Ofens aus. Die Stromrichtung der zugeführten zusätzlichen Luftmenge
wird selbsttätig durch den Kaminzug geregelt.
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Das Anheizen der Ofen erfolgt mittels der Gasleitung 27. Die Urnsteuerungsorgane
werden zu diesem Zweck auf Mittelstellung gele#t, die Luft durch Herausnahine der
Steine bei 30 ohne Vorwärmung eingelassen und durch die Offnungen 31, die zu diesem
Zweck geöffnet werden, dem Gas zur Verbrennung zugeführt. Kommen beide Seiten des
Ofens allmählich auf Rotglut, so kann mit der Schaltung begonnen werden. Die Leitung
2; ist erst dann abzustellen, wenn der Ofen gezüii(let ist. Durch die Lage der Gasleitung
über dem Mittelpfeiler 23 erfolgt auch bei clieser der Richtungswechsel selbsttätig
durch ('en Kaminzug.
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Ungefähr alle halben Stunden wird das Ofensvstem umgestellt, d. h.
ein Richtungswechsel in der Flammenführung vorgenommen:, Der obere Teil der Kammern
wird jedoch stets auf die höchstmögliche Temperatur gebracht und durch die erwähnte
Umstellung, infolge deren Gas und Luft immer bis auf die höchste Temperatur vorgevärmt
werden, in jeder Weise vollkommen gleichmäßig beheizt. Nachdem die Kohle innerhalb
der Kokskammern diese scharf beheizten Teile durchwandert hat, hat die Verkokung
stattgefunden. Von hier an werden aus dem Kokskuchen auf seinem weiteren Wege nach
unten nur noch die letzten Gasreste ausgetrieben. Da nun die unteren Teile des Ofens
teils durch die Abgase, teils durch die Eigenwärme der Verbrennungsmedien, nachdem
diese durch die Regeneratoren hindurchgegangen sind, beheizt werden, so bleibt -die
Temperatur dieses unteren Ofenkammerteiles gegen den oberen Teil zurück, und der
Wärmeabfall ist ein gleichmäßiger und den Betriebsverhältnissen zweckentsprechender.
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Um einen Richtungswechsel in den Regenoratoren F und G zu vermeiden,
kommt die in Fig.5 der Zeichnung beispielsweise (largestellte Ausführungsform zweckmäßig
zur Anwendung, woselbst der Rauchkana129 oberhalb der Regenoratoren F und G liegt.
In diesem Falle kann die Zwischenwand 28 der Regenoratoren F und G in Fortfall kommen.
Die Aufenthaltszeit der Gase wird dieselbe bleiben, wie bei der in Fig. i dargestellten
Ausführungsform, zumal die jetzige Verkürzung des Weges durch die Verbreiterung
des Ouerschnittes der Regeneratorkammern ausgeglichen wird.
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Die Beiheizung der Kammern kann außer in der vorerwähnten Art auch
derart durchgeführt werden, daß die benachbarten Heizzüge, zum Beispiel A und B,
statt in der gleichen Richtung auch in gegenseitiger Richtung beheizt werden. Es
dürfte diese Art der Anwendung vielleicht noch eine bessere Wärmeausnutzung zur
Folge haben. Für diesen Fall wäre nur eine entsprechende Schaltung der Heizzüge
zu den jeweiligen Kammern vorzunehmen. Für (las Wesen der Erfindung ist diese Art
(ler Beheizung naturgemäß vollständig belanglos.