DE69625099T2 - Vorrichtung für einen Ringkammerofen - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ringkammerofen- Vorrichtung für die Kalzinierung von Kohlenstoff-Körpern, welche aus einer Anzahl von Kammern besteht, in denen sich die Kohlenstoff-Körper während des Kalzinierungsprozesses befinden. Während des Kalzinierungsprozesses wird ein Teil des Ofens, der eine kleinere Anzahl von Kammern umfaßt, in eine Vorwärmezone, eine Brennzone und eine Kühlzone aufgeteilt, die zusammen und in einer aufeinanderfolgenden Art dem Ofen zugeführt werden, wobei die in diesen Prozeß in der Brennzone auftretenden Abgase aus der ersten Kammer in der Vorwärmezone durch eine Rohrverbindung zu einer gemeinsamen Ringleitung abgesaugt werden.
• Der Kalzinierungsprozeß hat den Zweck, das Bindemittel in den Kohlenstoff-Blöcken mit Kohlenstoff anzureichern, um homogenisierte Kohlenstoff-Blöcke mit Eigenschaften zu erhalten, die sie beispielsweise für den Einsatz in Aluminium-Elektrolysierzellen geeignet machen. Die Kohlenstoff- Blöcke werden in der gewünschten Form aus einer Mischung von zerkleinertem Koks oder Anthrazit und einem Bindemittel wie beispielsweise Teer hergestellt.
• Kohlenstoff-Blöcke dieser Art können ein erhebliches Gewicht von mehreren Tonnen und Längen von 1,5 m oder mehr haben, je nachdem ob sie als Anoden- oder Kathodenelemente in den Elektrolysierzellen verwendet werden.
• Die Kohlenstoff-Blöcke werden im Ofen in tiefe Schächte, Kassetten genannt, angeordnet, die aus feuerfesten Ziegeln erbaut sind. Der Freiraum zwischen den Kohlenstoff-Blöcken und den Kassettenwänden ist mit Koks gefüllt, der als Füllung zur Abstützung der Kohlenstoff-Blöcke dient. Der Koks hat auch die Aufgabe, die Kohlenstoff-Blöcke gegen Verbrennung zu schützen.
• Eine Anzahl von Kassetten sind miteinander verbunden und bilden auf diese Weise eine Kammer. Die Wände zwischen den Kassetten sind mit Abgasschächten ausgestattet, und Wärme wird von den durch diese Schächte geführten Abgasen an die Kohlenstoff-Blöcke abgegeben.
• Der Raum über jeder Kammer ist mit einer Abdeckung überdeckt. Die Abgase aus einer Kammer werden durch die Schächte zu einer benachbarten Kammer geführt. Auf diese Weise können Abgase durch eine Anzahl von in Serie verbundenen Kammern in einer Vorwärme-, Brenn- und Kühlzone geführt werden. Die am meisten verwendeten Brennstoffe sind Öl oder Gas.
• Abgasauslaß- und Brennergeräte werden nacheinander von einer Kammer zur anderen versetzt.
• Ein Ringkammerofen ist mit zwei [Kammer-] Reihen ausgestattet, wobei die Kammern als parallele Reihen miteinander verbunden sind. Am Ende einer Kammer-Reihe sind die Gasströme über Schächte mit der parallelen Kammer-Reihe verbunden. Auf diese Art bilden die Kammern einen Ring. Daher ist dieser Ofentyp als Ringkammerofen bekannt.
• Aufgrund der besonderen Eigenschaften der Kohlenstoff- Körper ist es notwendig, übermäßiges Temperaturgefälle während der Kalzinierung zu vermeiden, was Risse im fertigen Produkt zur Folge haben könnte. Jede Kammer muß daher nach einem genauen Zeit- und Temperaturprogramm betrieben werden, das für den Ringkammerofen definiert worden ist.
• Die erste Phase der Wärmezufuhr zu einer Kammer erfolgt in der Vorwärmezone, wo die Kohlenstoff-Blöcke unter Verwendung von heißem Gas aus dem letzten Teil der Brennzone auf 600ºC erhitzt werden. In einer späteren Phase, in der Temperaturzone von 600ºC bis zur benötigten Höchsttemperatur von 1200-1300ºC, ist es erforderlich, zusätzliche Wärme über die obenerwähnte Verbrennung von Öl oder Gas einzusetzen.
• Die Brennzone wird weiterbewegt, indem die Öl- oder Gasbrenner von einer Kammer zur nächsten bewegt werden. Die Häufigkeit dieser Versetzung wird Heizungsfortschritt genannt und sie bestimmt die Kapazität des Ringkammerofens.
• Wie erwähnt muß jede Kammer Einrichtungen zum Anschluß an ein Abluftsystem haben, um die Abgase von der Brennzone abführen zu können, und teilweise zur Versorgung der Brennzone mit Sauerstoff, um eine vollständige Öl- oder Gas- Verbrennung zu gewährleisten. Dieser Anschluß wird allgemein dadurch hergestellt, daß ein Abluftrohr, möglicherweise mit einem Ventilator, zwischen einer Kammer in der Vorwärmezone und der Ringleitung installiert wird. Umgebungsluft wird durch die Brennzone gesaugt und dient dazu, diese mit einer ausreichenden Menge an Sauerstoff zu versorgen. Weiter wird das Gas durch die Vorwärmezone gesaugt, ehe es durch das Rohr und den Abluftventilator der Ringleitung und der Reinigungsanlage zugeführt wird.
• Im Raum unter der Kammer sind horizontale Abgasschächte, wogegen im Raum unter der Kammerabdeckung über den Kassetten eine freie Gasströmung vorherrscht. Die Abgasschächte in den Kassettenwänden verbinden den Raum unter der Kammerabdeckung und die Räume unter der Kammer.
• In geschlossenen Ringkammeröfen kann der Brennstoff entweder in getrennten, senkrechten Ofenschächten bereitgestellt werden, oder vorzugsweise kann der Brennstoff gänzlich oder teilweise dem Raum über und/oder unter den Kassetten zugeführt werden, wie es in den eigenen norwegischen Patenten Nr. 152.029 und Nr. 174.364 (EP 0541 165 A) des Anmelders dargestellt ist.
• In Ringkammeröfen sind die Schächte in jeder Kassettenwand zweigeteilt, und zwar durch eine Trennwand im Raum unter den Kassetten. Daher werden die Abgase durch eine Wandhälfte nach oben und durch die aridere Wandhälfte nach unten geführt.
• Ein Ringkammerofen wird aufgrund der Temperaturen des Gases gesteuert, das durch die Kammern strömt. Die Temperatur der Kohlenstoff-Blöcke ist niedriger als die Gastemperatur, was ein Ergebnis der Wärmeaustausch-Bedingungen in den Öfen ist. Die Wärmeaustausch-Bedingungen beruhen hauptsächlich auf den folgenden Rahmenbedingungen: Kammer- und Kassettengröße, die Größe des Kohlenstoff-Blocks, die Teilchengröße des Koks (das Füllmaterial) und dessen Verdichtungsfaktor, Gasmenge und -geschwindigkeit zusammen mit der Ausrichtung der Kohlenstoff-Blöcke in den Kassetten. Ein gemeinsames Merkmal bezüglich dieser Rahmenbedingungen ist, daß sie im Zeitablauf auf einem konstanten Wert gehalten werden sollten, und zwar so, daß der Unterschied zwischen der Gastemperatur und der Kohlenstoff-Block-Temperatur auf einem etwa konstanten Niveau gehalten werden kann.
• Die Möglichkeit, einen Ringkammerofen auf der Basis der Gastemperatur zu steuern, hängt von der obenerwähnten Bedingung ab. In der Praxis, wenn die Wette der obenerwähnten Rahmenbedingungen sich im Laufe der Zeit ändern, beispielsweise als Folge der Abnutzung im Mauerwerk, wodurch die Zufuhr von Nebenluft gegeben ist, muß dies bei der Verfolgung der Zeit-Temperatur-Kurve ausgeglichen werden. Um eine gute Ausnutzung des Energiegehalts (Heizwert) im Brennstoff zu erhalten, ist es notwendig, daß alle Bereiche der Brennzone eine ausreichende Menge Sauerstoff erhalten, um sicherzustellen, daß eine vollständige Verbrennung stattfindet.
• Unter ungünstigen Bedingungen ergibt sich weiterhin bei unvollständiger Verbrennung die Bildung von Gasen, die eine Explosion im Ofen verursachen können. Somit ist der Sauerstoffgehalt im Gas an verschiedenen Stellen des Kalzinierungsprozesses von großer Bedeutung bezüglich der Qualität des Prozesses.
• Eine ausgeglichene Prozeßsteuerung hilft bei der Vermeidung von Temperaturschocks, d. h. schnelle Temperaturänderungen in den Kohlenstoff-Blöcken und in den feuerfesten Bauteilen des Ofens, die zur Bildung von Rissen und Verformungen führen können und folglich zu einer Zunahme an zerstörten Kohlenstoff-Blöcken und ausgedehnter Reparaturarbeiten an feuerfesten Bauteilen.
• Eine erhebliche Schwäche in bestehenden Ringkammeröfen liegt in der Bauweise der zusammenhängend gebauten Konstruktionen aus feuerfesten Ziegeln und Mörtel, welche die Kammern, Wände und Schächte bilden. Konstruktionen dieser Art werden im Laufe der Zeit aufgrund der einwirkenden thermalen Belastung beim wiederholten Aufwärmen und Abkühlen des Baukörpers einer allmählichen Zerstörung ausgesetzt. Diese Zerstörungen umfassen Risse und Verschiebungen, die zu unerwünschten Strömen von Luft und Gas führen.
• Wie eingangs schon erwähnt, werden in der Brennzone gebildete Abgase aus der ersten Kammer (K2) in der Vorwärmezone durch eine Rohrverbindung zu einer gemeinsamen Ringleitung gesaugt. Folglich ist die nicht-abgedeckte kalte Kammer (K1) neben der Kammer (K2), wo sich der Abluftventilator befindet, einem Unterdruck in der A-Abteilung der Kammer ausgesetzt, was zu der Aufnahme von Nebenluft von jener Abteilung zur Vorwärmezone führt. Danach ist die Kapazität des Abluftventilators, Luft in die entgegengesetzte Richtung zu saugen, d. h. von der Kühlzone durch die Brennzone und zur Vorwärmezone, erheblich vermindert.
• Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, welche die Aufnahme von Nebenluft in der Vorwärmezone (K2) weitgehend ausschaltet, wobei eine Erhöhung im Wirkungsgrad des Ringkammerofens sowie eine Reduzierung in der vom Ofen ausgestoßenen Gase erreicht wird.
• Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Aufnahme von Nebenluft aus der ersten Kammer neben der Vorwärmezone ausgeschaltet wird, und zwar durch die Anordnung eines Gegendruckventilators in Verbindung mit der ersten Kammer.
• Im folgenden soll eine nähere Beschreibung der Erfindung vorgelegt werden, und zwar unter Verwendung eines Beispiels und mit Bezug auf die beigelegten Zeichnungen, in denen:
• Fig. 1 die Grundzüge eines Ringkammerofens mit einer Kühlzone, einer Brennzone und einer Vorwärmezone zeigt.
• Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Ringkammerofens in vergrößertem Maßstab mit einem Schnitt durch eine Kammer zeigt.
• Fig. 3 einen Ringkammerofen mit einem Schnitt durch eine Kammer und mit einem Gegendruckventilator zeigt, der gemäß der Erfindung angeordnet ist.
• Fig. 1 zeigt eine Prinzipzeichnung, die den Ablauf des Verfahrens beschreibt. Ein Abluftventilator 3 in einer Rohrverbindung 1, oder auch ein Abluftventilator (nicht dargestellt), der an einer sich an einer entfernten Stelle befindenden Ringleitung (nicht dargestellt) angeschlossen ist, saugt Verbrennungsluft durch die Kühlzone K10-K8 und weiter durch die Brennzone K7-K4, wo sie zusammen mit Brennstoff verbrannt wird. Die in der Brennzone entstehenden Verbrennungsgase werden dann durch die Vorwärmezone K3-K2 gesaugt und zur Ringleitung 10 geführt. Der Abluftventilator 3 ist an K2 angeschlossen und somit ist der Unterdruck in diesem Bereich am stärksten. Danach saugt der Abluftventilator Nebenluft von der A-Abteilung 8 der Kammer K1, wodurch sich in der A-Abteilung 8 ein Unterdruck bildet.
• Fig. 2 zeigt einen Ringkammerofen mit einem Schnitt durch eine Kammer, die Kammerwände 15, Kassetten 18, Kassettenwände 2 und Abgasschächte 5 aufweist. Unterhalb des Bodens der Kassetten 18 ist eine Zwischenwand 6 angeordnet, die den Raum unter den Kassetten in zwei Bereiche aufteilt, eine A-Abteilung 8 und eine B-Abteilung 7. Dadurch werden in den Kammern K10-K2 die Abgase in den Abgasschächten in der A-Abteilung 8 nach oben und in der B-Abteilung 7 nach unten geführt, und in Kammer K1 in die entgegengesetzte Richtung, wo Nebenluft aus den Kammern K1 bis Kammer K2 angesaugt wird. In dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel ist die Abdeckung 16 über der Kam er durch die Rohrverbindung 1 an die Ringleitung 10 angeschlossen, wobei die Verschlußvorrichtung 11 zusammen mit dem Abluftventilator 3 in der Rohrverbindung 1 angeordnet sind.
• Fig. 3 zeigt den Abluftventilator 3 zusammen mit dem Gegendruckventilator in der erfindungsgemäßen Anordnung, wobei er entweder mit einer Rohrverbindung zum Abführen der Gase über dem Dach (nicht dargestellt) oder in die unmittelbare Umgebung versehen ist. Falls die Abluft vom Gegendruckventilator Gase enthält, können diese Gase über eine Rohrverbindung und die Ringleitung (nicht dargestellt) zu einer Reinigungsanlage geführt werden. Der Gegendruckventilator 17 ist mit einem Differentialdruckfühler (nicht dargestellt) ausgestattet, der mit den A- und B-Abteilungen in Kammer K1 über Leitungen oder Schläuche 9 verbunden ist. Die Kammer ist oben mit einer Folie aus Kunststoff abgedeckt. Der an den Ofenschacht in der Kammerwand neben der B-Abteilung in Kammer K1 angeschlossene Gegendruckventilator 17 wird über den Druckunterschied in den A- und B- Abteilungen in Kammer K1 durch einen Frequenzumwandler (nicht dargestellt) gesteuert.
• Die Verwendung eines Gegendruckventilators führt zu einer erheblichen Verminderung des Ansaugens von Nebenluft von Kammer K1 zu Kammer K2 durch den Abluftventilator 3. Damit wird eine bessere Steuerung des Verbrennungsprozesses, und somit der Temperaturen im Ofen, erreicht. Weiterhin wird durch diese Anordnung die durch die Ringleitung 10 angesaugte Gesamtgasmenge erheblich reduziert und damit die zu reinigende Gasmenge verringert. Schließlich führt dies zu einer Reduzierung der Investitions- und Betriebskosten der Abgasreinigungsanlage.

Claims (2)

1. Vorrichtung für einen Ringkammerofen für die Kalzinierung von Kohlenstoff-Körpern umfassend eine Anzahl von Kammern (K1-Kn), in denen die Kohlenstoff-Körper während des Kalzinierungsprozesses angeordnet sind, und wobei während dieses Prozesses ein Teil des Ofens, der eine kleinere Anzahl von Kammern umfaßt, in eine Vorwärmezone (K3-K2), eine Brennzone (K7-K14) und eine Kühlzone (K8-K10) aufgeteilt, die zusammen und in einer aufeinanderfolgenden Art dem Ofen zugeführt werden, wobei die in diesen Prozeß auftretenden Abgase aus der ersten Kammer (K2) in der Vorwärmezone durch eine Rohrverbindung zu einer gemeinsamen Ringleitung (10) abgesaugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gegendruckventilator (17) in Verbindung mit der ersten Kammer (K1) angeordnet ist, um die Aufnahme von Nebenluft aus der ersten Kammer (K1) neben der Vorwärmezone auszuschalten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegendruckventilator (17) über den Druckunterschied in den A- und B-Abteilungen in der ersten Kammer mithilfe eines Frequenzumwandler gesteuert wird.