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Koksofen. Die Erfindung bezieht sich auf einen Regenerativkoksofen
und betrifft insbesondere die Gasführung in den gemauerten Steigkanälen, die einen
vorteilhafteren Wärmeaustausch zwischen den Verbrennungsgasen und dem zu verkokenden
Beschickungsstoff gestattet.
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Zweck der Erfindung ist. die Geschwindigkeit des Gasstromes zu vergrößern,
um den Wärmeübergang durch Konvektion zu erhöhen, was bei der gleichen fortgeschafften
freien Wärme einen stärkeren Wärmeaustausch durch die Heizwand hindurch und eine
Leistungserhöhung durch die mögliche Lieferung einer größeren Menge von brennbaren
Gasen zur Folge hat.
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Zu diesem Zweck besteht der Koksofen gemäß der Erfindung aus einer
geraden Anzahl von Steigkanalgruppen, deren jede mit der benachbarten durch eine
Verbindungskammer verbunden ist. Diese Kammern sind abwechselnd am oberen und am
unteren Ende längs des Mauerwerkes angeordnet; die gesamte Menge der Verbrennungsluft
wird mit einem Bruchteil der Gesamtmenge der brennbaren Gase in die erste Gruppe
eingeführt, während die übrigen Mengen dieses Gases längs des den brennenden Gasstrom
führenden Kanals eingeleitet werden, wo sie ein stark verdünntes Gasgemisch treffen,
so daß eine langsame Verbrennung mit langer Flamme entsteht.
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Der erwähnte Anteil der brennbaren Gase wird am Fuße des Steigkanals
der äußersten Gruppe durch eine Leitung zugeführt, deren verringerte Länge jeden
Anlaß zur Bildung von Graphit ausschließt, der aus dem Verlauf dieser Leitung in
dem mittleren und heißesten Teile des Ofens und infolge des verlängerten Aufenthaltes
des Gases darin herrühren würde, dessen Geschwindigkeit im Maße seiner Verteilung
abnimmt.
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Ein Koksofen gemäß der Erfindung vergleichmäßigt überdies die Verkokungstemperatur
über die Höhe des Mauerwerkes und vermeidet den Nachteil mangelnder Gleichmäßigkeit
in der Qualität des Kokses, die von der ungleichmäßigen Einwirkung in den verschiedenen
Ofenschichten herrührt.
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Um einem schnellen Backen in der Nähe des Entflammungspunktes des
Gases und der Erzeugung eines zu stark gebrannten Kokses von verringerter Brennbarkeit
am Kammerboden vorzubeugen, ist es vorgeschlagen worden, der Verkokungskammer eine
nach oben zu abnehmende Breite entsprechend dem Temperaturgefälle der Gase bei ihrer
aufsteigenden Bewegung zu geben. Diese bei Steigkanälen günstige Lösung hat jedoch
bei absteigenden Kanälen Mängel, wo die
Abnahme der Gastemperatur
fortdauert, während die Stärke der zu verkokenden Schicht anwächst.
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Beim Ofen gemäß der Erfindung dagegen, 1v o die zu einem einzigen
Strom vereinigten Verbrennungsgasströme die Heizkanäle unter einem erheblich beträchtlicheren
Volumen durchstreichen, nimmt das Temperaturgefälle dieser Ströme bei gleicher Wärmeabnahme
infolge ihrer Volumenänderung ab, und das Wärmegefälle bleibt praktisch über die
Höhe des Ofens konstant, mag nun der Gasweg auf- oder absteigend sein.
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Weitere Eigenarten und Vorzüge der Erfindung gehen aus der folgenden
Beschreibung eines Koksofens hervor, der als Ausführungsbeispiel der Erfindung in
der Zeichnung schematisch dargestellt ist.
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Abb. i ist ein Längsschnitt durch das Mauerwerk und zeigt die Nebeneinanderstellung
der verschiedenen Kanalgruppen sowie die Einführung der Verbrennungsgase.
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Abb. 2 ist ein Schnitt nach Linie II-II und Abb. 3 ein Schnitt nach
Linie III-III der Abb. i.
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Der Koksofen besteht aus einer Anzahl Gruppen von Steigkanälen 3;
jede Gruppe ist von der benachbarten durch eine Wand i getrennt. Die Zahl dieser
Kanäle ist beliebig und kann in den verschiedenen Gruppen verschieden sein.
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Jede Gruppe ist mit der links oder rechts benachbarten Gruppe durch
eine Verbindungskammer 2 von solcher Lage verbunden, daß sich die Kammern-- längs
des Ofens abwechselnd am oberen und am unteren Ende der Steigkanäle befinden. Der
Strom brennenden Gases folgt also einem Wellen- oder Sinuslauf; jede Gruppe von
Steigkanälen wird von einem starken, sich entwickelnden Gasstrom durchquert, und
die Strömungsrichtung des Gases wechselt von Gruppe zu Gruppe.
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In der Abb. i ist vorausgesetzt, daß in der betrachteten Regenerationspbase
der Strom von links nach rechts verläuft.
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Die im Regenerator 4 erwärmte Verbrennungsluft wird nach Maßgabe des
Zuges, der mittels der am oberen Teil der Steigkanäle vorgesehenen Schieber 14 (Abb.
2) regelbar ist, durch die Leitungen 5 verteilt, die am Fuße der Steigkanäle der
äußersten Gruppe angeordnet sind. Ein Teil der brennbaren Gase, im folgenden Primärgas
genannt, wird durch das Rohrsystem 6 unter Druck der Verteilungsleitung 7 zugeführt
und mittels kalibrierter und auswechselbarer Düsen g in dieselben Steigkanäle 3
.eingeführt; die Düsen g sind durch Schauöffnungen i o im Mauergewölbe zugänglich.
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Der in der betrachteten. äußersten Gruppe aufsteigende Gasstrom wird
sodann in der folgenden Gruppe derart umgelenkt, daß ein in eigenartiger Weise in
Aufeinanderfolge der Gruppen hin und her geführter Lauf entsteht. In der Nähe der
Wendepunkte am oberen und unteren Teil der Steigkanäle sind Einlässe i i, 12 und
i3, 16 und 17 für sekundärei Gase vorgesehen, um das. Wärmegefälle in den vorangegangenen
Gruppen auszugleichen und in den folgenden Abteilungen eine Verbrennung mit langer
Flamme durch Verdünnung des Sauerstoffes in der indifferenten Masse der verbrannten
Gase aus der vorangegangenen Verbrennung zu erzielen. Den Ventilen 14 entsprechende
Ventile 15 sichern die gleichmäßige Verteilung des Gasstromes in den Steigkanälen,
welche die aufeinanderfolgenden Gruppen bilden.
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Schon die Anordnung des kurzen Kanals zur Verteilung des Primärgases
am Fuße der Steigkanäle der äußersten Gruppe vermeidet jede Ursache zur Bildung
von Graphit.
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Dieser Stoff setzt sich namentlich dann ab, wenn man den die Primärgase
führenden Kanal im mittleren Teil des Ofens anordnet, und zwar infolge des verlängerten
Aufenthaltes dieser Gase in diesen Kanälen.
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Der Ofen bietet also die Möglichkeit, Brennstoffe der verschiedensten
Art für die Heizung zu verwenden, von Wassergas mit verhältnismäßig niederem Wärmevermögen
bis zu den reichsten Kohlenwasserstoffgasen, wie z. B. Koksofengas; von -dem bei
der Herstellung von synthetischem Ammoniak Wasserstoff abgespalten ist und das sonst
schwer zu verwenden ist, weil :es in den Verteilerleitungen leicht Neigung zur Ablagerung
von Graphit zeigt.
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Ein derartig gebauter Koksofen besitzt die Vorteile eines sehr gleichmäßigen
Brennens in den verschiedenen Ofenschichten und eines besseren Überganges der freien
Wärme auf den zu behandelnden Beschickungsstoff; er gestattet ferner eine Leistungserhöhung
des Ofens, dessen Verkokungskammern beträchtlich größere Abmessungen erhalten können,
indem sie mit der Zuführung von Luft und Gas in einem Anteilverhältnis, das bei
den gängigen Anordnungen nicht statthaft ist, gleichzeitig den pyrometrischen Widerstand
der verwendeten Stoffe erhöhen. In der Tat wird erreicht, daß sich die Regelung
der Beheizung nicht nur an die Verbrennungstemperaturen gebunden findet, welche
von der frei zugeführten Wärme oder der kalorimetrischen Leistung des zugeführten
Brennstoffes abhängig sind, sondern daß, da der Wärmeübergang durch den Wert des
Wärmegefälles zwischen den gegenüberliegenden Heiz$lä.chenbegrenzt ist, die Heizung
um so stärker ist, als die Zufuhr kalorischer Energie in der
Zeiteinheit
größer wird. Hieraus folgt, daß es bei den gängigen Ofentypen, wo es aus wirtschaftlichen
Gründen zweckmäßig ist, die Verbrennung mit der größten Genauigkeit, d. h. mit einem
Mindestmaß von Luftüberschuß, zu regeln, ausgeschlossen ist, die normale Gas- und
Luftzufuhr wesentlich zu erhöhen, ohne daß eine für die Erhaltung des Feuerung.sgernäuers
gefährliche Temperatur entsteht.
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Bei einem Ofen gemäß der Erfindung wird in die äußerste Gruppe die
gesamte Luft eingeführt, der man nur einen Teil des Gases beimischt; dies hat eine
tiefer liegende Verbrennungstemperatur und daher die Möglichkeit zur Folge, für
die Verkokung durch eine stärkere Gas- und Luftzufuhr eine größere kalorische Energie
zuzuführen, ohne die Temperaturgrenze der anderen Ofensysteme zu überschreiten.
Die Sekundärgaszuführungen, die das Wärmegefälle in den verschiedenen Teilen des
Ofens auszugleichen bezwecken, nehmen ebenfalls nach Maßgabe dieses Stromes zu und
unterstützen die Beheizung durch Zufuhr einer maximalen kalorischen Energie, die
sie wegen des größeren Wärmeaustausches infolge der Geschwindigkeit des Gasstromes
im Mauerwerk abgegeben hat. Diese Zuführungen von Sekundärgas erfolgen in allen
Verbindungskammern zwischen den Kanalgruppen, also in die von einer früheren Verbrennung
herrührenden Gase, welche eine verhältnis mäßig geringe Brennbarkeit besitzen, was
die infolge des Gaswegverlaufes in den öfen größerer Abmessungen notwendige Verlängerung
der Flamme bewirkt. Diese Verzögerung der Verbrennung wird im Sinne des Vorziehens
der Flamme vorm oberen Ende der ersten Gruppe nutzbar gemacht, wo der Gasstrom die
erste Sekundärgaszufuhr erhält, derart, daß die Flamme des Primärgases einen einfach
aufsteigenden Weg durchläuft, der halb so lang ist wie der aufeinanderfolgende auf
und ab steigende Verlauf der Flamme in den Üfen anderer Systeme. Aus diesen verschiedenen
Tatsachen geht hervor, daß die Beschickungshöhe in einem Ofen gemäß der Erfindung
über die bei gewöhnlichen Heizverfahren angängigen Grenzen vermehrt werden kann,
und daß die erzielten Vorteile: größere übertragUngsfähigkeit, Möglichkeit einer
größeren 1Vlitführung von Wärmeenergie und Verlängerung der Flamme, die Ofenleistung
in erheblichem Maße vergrößern.