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Schmelz- oder Wärmeofen mit Kohlenstaubfeuerung und Luftvorwärmung.
Die Ausnutzung der Abgase mit Kohlenstaub gefeuerter Schmelz- oder Wärmeöfen in
Regeneratoren oder Rekuperatoren leidet in erster Linie darunter, daß die mitgerissene
Schlacke und Asche die Wärmespeicher mit einer Staub-oder Schlackenschicht bedeckt,
die die Wärmeaufspeicherung und -übertragung stark beeinträchtigt. Da man bei Wärmeöfen,
beispielsweise Blockwärmeöfen, mit einer sehr geringen Luftvorwärmung auskommt,
so macht sich bei derartigen Öfen dieser Nachteil nicht so stark bemerkbar; dagegen
ist die Anwendung der Kohlenstaubfeuerung für Schmelzöfen, z. B. Martinöfen, in
der Hauptsache daran gescheitert, daß die Regenerativkammern durch Schlacke und
Asche so stark in ihrer Wirkung beeinträchtigt werden, daß die sehr großen Vorteile
der Kohlenstaubfeuerung für diese Ofen unwirksam gemacht werden.
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Gegenstand der Erfindung ist die Anpassung der Kohlenstaubfeuerung
an die besonderen Bedingungen der Wärme- und Schmelzöfen und die Beherrschung der
Abscheidung von Schlacke und Asche, mit dem Erfolg, auch diese Öfen mit Kohlenstaubfeuerung
betreiben zu können.
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Die Erfindung ist auf den beiliegenden Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen
erläutert, und zwar sowohl in der Anwendung bei Martinöfen bisheriger Bauart wie
auch, in folgerichtiger Durchführung der neuen Gedanken, für völlig neue, besonders
für Kohlenstaubfeuerung geeignete Schmelzöfen, insbesondere Martinöfen. Abb. r zeigt
einen Schnitt durch einen Martinofen, Abb.2 einen Schnitt durch die Kammern nach
der Linie II-II, Abb. 3 einen Schnitt durch den Abzugskanal nach der Linie I-I,
Abb. 4 einen Längsschnitt durch den Abzugskanal, Abb.5 eine besondere Einrichtung
mit getrennter Führung der Abgase und der vorgewärmten Luft, Abb. 6 einen Schnitt
durch den Brennerkopf nach der Linie IV-IV, Abb. 7 einen Schnitt durch einen Martinofen,
für den eine Umsteuerung nicht mehr in Frage kommt, da an Stelle der Regeneratoren
Rekuperatoren vorgesehen sind, und Abb.8 einen Schnitt durch die Rekuperatoren nach
der Linie I-I. Abb. 9 stellt denselben Ofen mit nur einem Kohlenstaubbrenner dar,
dessen Flamme mitten in den Ofen mündet und nach rechts und links abgespalten wird,
während auch hier die Luftvorwärmung in dem Rekuperator erfolgt. Abb. zo endlich
zeigt einen Martinofen gleicher Art wie Abb. 9, jedoch mit besonderen, wagerecht
gelagerten Abgaskanälen, wöbei eine bessere Möglichkeit für die Abscheidung von
Schlacke und Asche dadurch gegeben ist, daß von der linken Abzugsseite die Abgase
dem rechten Rekuperator zugeführt werden und umgekehrt.
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In Abb. z ist a der eigentliche Schmelzofen, b sind die beiden Kohlenstaubbrenner,
c die Regeneratorkammern zur Vorwärmung der Luft. Die Arbeitsweise ist die bei Martinöfen
übliche, nämlich so, daß beispielsweise einmal die Abgase durch die rechte Kammer
streichen, während der linke Brenner in Funktion tritt, oder daß sie durch die linke
Kammer geführt werden, während der rechte Brenner die Flamme bildet. Die Luft streicht
dann jedesmal durch die entsprechend vorgewärmte Kammer. Das Wesentliche der Erfindung
besteht in der Anordnung von Abgaskanälen d, die so geführt sind, daß eine der wagerechten
möglichst angenäherte Lage erreicht wird. Der Querschnitt des Abgaskanals zerfällt
in den eigentlichenRAbgaskanal e, die Windfänge f und die Schlacken-oder Aschenkanäle
g. Nimmt man z. B. an, daß die Abgase durch den rechten Kanal abziehen, so ist der
Querschnitt des Abgaskanals e so bemessen, daß die Abgase abgeführt werdenlkönnen.
Da aber hinter jedem Windfang' f ein vergrößerter Querschnitt zur Verfügung steht,
und zwar um den Betrag vergrößert,ydenfider Windfang f in Anspruch nimmt, so entsteht
hinter jedem Windfang ein windstiller Raum, in dem die mitgerissene Asche und Schlacke,
dem Schwergewicht folgend, niedersinkt und sich zwischen den einzelnen Windfängen
ablagert. Durch dachförmige Gestaltung der Windfänge
einerseits
und des Bodens des Abzugskanals andererseits wird Asche und Schlacke den seitlich
angeordneten Aschen- und Schlackenkanälen und Taschen g zugeführt und der Einwirkung
der abströmenden Gase vollkommen entzogen. In den Seitenwänden h des Abzugskanals
werden Reinigungsklappen angebracht, durch die man die zwischen den Windfängen f
abgelagerte Asche und Schlacke entfernen und in die Aschenkanäle g befördern kann,
soweit sie nicht von selbst nach dort abfließen.
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Die auf diese Weise erheblich vorgereinigten Abgase treten in den
erweiterten Abgaskanal i, wo sich die Geschwindigkeit noch weiter vermindert, und
werden durch die Öffnung k mit großem Querschnitt unter weiterer Verminderung der
Geschwindigkeit in die Vorkammer L eingeführt, wo sie unter Abscheidung der restlichen
mitgerissenen Staubteile langsam in die Höhe steigen und durch die Kanäle in in
die Regeneratorkammer c eintreten. Das in dieser Weise von allen mitgerissenen Aschen-
und Schlackenteilen gereinigte Gas durchströmt die in üblicher Weise mit Steinen
ausgegitterte Regenerativkammer, gibt hier seine Hitze ab und wird dem Kamin zugeführt.
Nach Umsteuerung des Ofens strömt dann die Luft zunächst durch die Kammer c, die
Kanäle m, die Vorkammer 1,
die Öffnung k, den Gaskanal
i, den Gaskanal e und tritt dann in den Ofen ein. Will man den Weg der Luft
abkürzen, so kann man auch, wie in der linken Hälfte der Abb. i gezeigt, die Öffnung
k statt unten oben in der Wand n anbringen, was praktisch auch genügen dürfte,
um die Asche und Schlacke vollkommen abzuscheiden. Man kann jedoch, wenn man will,
auch das Mauerstück n als Schieber ausbilden und dann bei jeder Umsteuerung des
Ofens die Abgase durch die untere Öffnung k in die Vorkammer 1 eintreten lassen,
während man die vorgewärmte Luft durch die obere Öffnung k dem Ofen zuleitet.
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In Abb. j ist schematisch angedeutet, wie man in den Brennerköpfen
die Abgase einerseits und die vorgewärmte Luft andererseits besonders führen kann.
Es ist beispielsweise eine Klappe, ein Schieber o. dgl. o eingebaut, der die Abzugsöffnung
für die Abgase verdeckt, während die Luft von dieser Brennerseite aus eingeführt
wird. Durch Hochstellen der Klappe wird der Abzugskanal geöffnet und gleichzeitig
der Brenner vor den Einwirkungen der abströmenden Heizgase geschützt, was natürlich
für die Erhaltung der Brennerform von großer Bedeutung ist. Die Warmluft wird dann
z. B. durch einen Zweigkanal P in eine ringförmige Düse r geführt, so daß die Heißluft
die Kohlenstaubflamme vollkommen umgibt, was natürlich auf die Verbrennung sehr
günstig einwirkt.
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Da bei Anwendung von Kohlenstaubfeuerungen eine viel geringere Vorwärmung
der Luft notwendig ist als bei gasgefeuerten Öfen, so kann man Schmelzöfen mit Kohlenstaubfeuerungen
sehr wohl mit Rekuperatoren an Stelle von Regeneratoren ausrüsten und vermeidet
auf diese Weise alle Umsteuervorrichtungen, kann also mit kontinuierlicher Flammenführung
arbeiten. Wie in Abb.7 dargestellt und durch Pfeile angedeutet, wird die Flamme
der beiden Kohlenstaubbrenner b, b nach der Mitte des Ofens geführt, dort
umgelenkt und die Abhitze durch die Abgaskanäle abgeleitet. Eine derartige Umkehrung
der Flamme erzeugt naturgemäß eine wesentlich heißere Flamme, da die Abhitze der
Flamme mit auf die Verbrennung der Zufuhrflamme wirkt. Weiter wird schon durch die
bloße Umkehr der Flamme ein sehr erheblicher Teil von Asche und Schlacke im Schmelzbade
ausgeschieden. Die Abgaskanäle sind dabei ebenso ausgebildet, wie eingangs beschrieben,
dieselben Grundsätze für die Abscheidung von Asche und Schlacke sind durchgeführt,
und schließlich werden die Abgase durch den Rekuperator geleitet. Dieser ist mit
Rücksicht auf die hohe Temperatur der Abgase von Schmelzöfen als senkrechter Rekuperator
gebaut, da ihm alsdann eine bessere Möglichkeit der Wärmeausdehnung gegeben werden
kann und bei senkrecht gemauerten Rekuperatoren das Gewicht der Steine die Dichthaltung
erleichtert und unterstützt. Aus den Abb. 7 und 8 geht die Anordnung im einzelnen
näher hervor. Die Abgase streichen durch den Abgaskanal d, den Abgaskanal i, quer
an den einzelnen Rekuperatoren s vorbei und durch die Kanäle t zum Fuchs. Die Rekuperatoren
s enthalten die Luftkanäle as, die, wie aus der Abb. 7 hervorgeht, schlangenförmig
die Luft durch jedes Rekuperatorstück s und im Gegenstromprinzip den Gasen entgegen
in den Sammelkanal v führen, von wo sie in den seitlichen Kanälen w hochgeleitet
und durch den Kanal x düsenförmig den Brennern zugeführt werden. Es ist also hier
ohne jede Umsteuerklappe eine getrennte Führung der Abgase und der vorgewärmten
Luft möglich, und die Form des Brennerkopfes ist trotzdem der Einwirkung der Abgase
entzogen.
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Die beschriebene Ausbildung des Rekuperators gestattet eine sehr gründliche
und gleichbleibende Vorwärmung der Luft durch eine restlose Ausnutzung der Abhitze
der Abgase. Die Abb. 9 und io zeigen die Anwendung der Erfindung und die Flammenführung
bei an sich bekannten und nicht den Gegenstand der Erfindung bildenden Schmelz-
und Wärmeöfen mit einem oder mehreren Kohlenstaubbrennern im Gewölbe des Ofens.
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In Abb.9 ist ein Rekuperativ-Martinofen dargestellt, der sich von
dem in Abb.7 gezeigten lediglich dadurch unterscheidet, daß hier ein oder mehrere
Kohlenstaubbrenner in der Mitte des Ofens oder in der Mitte des Gewölbes angeordnet
sind,
die Flamme senkrecht auf das Bad mündet, sich dann spaltet und den beiden seitlich
liegenden Abgaskanälen zugeführt wird. Im übrigen ist Führung der Abgase und Luft
dieselbe wie bei der in Abb. 7 dargestellten Ausführungsform.
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Abb, io zeigt eine andere Ausführungsform des Martinofens, bei der
die Abgaskanäle wagerecht über die ganze Ofenlänge geführt sind. Die nach links
abströmenden Abgase streichen durch den mit Windfängen ausgerüsteten Abgaskanal
d unter den Ofen hinweg zu dem rechten Rekuperator. Dieses Beispiel zeigt, daß das
durch die Erfindung in Vorschlag gebrachte System außerordentlich anpassungsfähig
ist an die jeweils vorliegenden Verhältnisse.
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Selbstverständlich läßt sich eine Abgasführung, wie in Abb. io dargestellt,
ebensowohl für Regenerativ- wie für Rekuperativ-Martinöfen anwenden. Bei diesen
letzteren ist noch von viel größerer Bedeutung als bei Regenerativöfen, Asche und
Schlacke weitgehend abzuscheiden. Solche Öfen mit Kohlenstaubfeuerung erscheinen
nur dann brauchbar, wenn diese Abscheidung erreicht ist. Bei Regenerativöfen hat
man schließlich immer noch die Möglichkeit, die verschlackten Kammern zu reinigen
und neu zuzustellen, denn das Steinmaterial besteht aus normalen Steinen.. Bei Rekuperatoren
jedoch würde die neue Zustellung eines Rekuperators unvergleichlich höhere Kosten
bedingen, so daß schon aus diesem Grunde die Reinigung der Abgase von größter Bedeutung
ist. Auf der anderen Seite ist die Anwendung des Rekuperativsystems bei Kohlenstaubfeuerung
an sich möglich, da man mit einem geringen Maß der Luftvorwärmung auskommt und bei
dem System, wie e'§ in den Abb. 7 bis io erläutert ist, tatsächlich die gewünschte
und nötige Luftvorwärmung erreicht werden kann.