DE801150C - Koksofen mit senkrechten Heizzuegen - Google Patents

Description

• Koksofen mit senkrechten Heizzügen

  Bei 1Zcgeuerativ@'@feu finit senkrechten Heizziigen

  ;find diese Ileizziige in der Kegel in zwei Gruppen

  unterteilt, von denen in jeder Halbzeit nur die eine

  Gruppe aufbrennt und die verbrannten Gase durch

  eine zwischen den oberen Enden der beiden Grup-

  pen bestehende Verbindung in die nicht beflamtnten

  Heizzüge eintreten und dort abwärts strömen. 13ci

  den heute üblichen @annnerh@hen ist es nicht tuüg-

  lich, die Flamme derart in die Länge zu ziehen. (1a13

  auch in dem abbrennenden Heizzuge noch eine

  nennenswerte \\ürteentwicklung stattfindet: prak-

  tisch dienen also nur die aufbrennenden Heizzüge

  zur Erhitzung des Katntnerinltaltes, die abbrennen-

  den Züge liefern itn allgemeinen keine oder nur eine

  geringe `WÜrmemenge. 1)a jeder einzelne Heizzug

  nur in der eilten 1-lalhzeit \Z';irtlte liefert. muß die

  in ihm herrschende Temperatur bedeutend höher

  sein, als wenn die Wärmeabgabe ständig erfolgte.

  Diese Verhältnisse liegen ganz allgemein bei

  senkrechten Heizzügen vor, gleichgültig ob, wie

  etwa beim halbgeteilten Ofen, sämtliche Züge einer

  I leizwand in einer Halbzeit aufbrennen und mit den

  Zügen der anderen Heizwandhälfte durch einen

  oberen Horizontalkanal verbunden sind oder ob

  beim sogenannten viergeteilten Ofen die Züge des

  ersten und vierten Wandteiles in der einen Periode

  auf-, die Züge des zweiten und dritten Wandteiles

  in der gleichen Periode abbrennen, oder oll die Züge

  einer Heizwand mit den Zügen einer benachbarten

  Heizwand dadurch itn Zugwechsel zusammenarbei-

  ten, daß die Heizwände durch Kanäle in Verbin-

  dung stehen, die über die dazwischenliegende Kam-

  rner hinweggeführt sind. Etwas günstiger liegen im Regenerativbetrieb die Verhältnisse beim sog. Zwillingszugofen, bei dem die in der Längsrichtung der Heizwand aufeinanderfolgenden senkrechten "Lüge immer paarweise im Zugwechsel miteinander arbeiten, weil hier der aufbrennende Zug Wärme an die beiden benachbarten abbrennenden Züge abgibt, die von diesen dem zu verkokenden Brennstoff zufließt. Dieser Anteil ist allerdings gering bei der heutigen Ausbildung der in der Längsrichtung der Wand sich weit ausdehnenden und durch breite Binder voneinander getrennten Heizzüge.
• Die ungleichmäßige Wärmelieferung durch die aufbrennenden und abbrennenden Züge wirkt sich in dem Sinne aus, daß die Höchsttemperaturen, die in der Heizwand erforderlich sind, um einen bestimmten Durchsatz der Ofen zu erzielen, viel höher liegen, als es bei einer dauernd gleichmäßigen Wärmeabgabe der Fall ist. Bei gegebenem Werkstoff ist aber der zu erzielende größte Durchsatz eines Ofens umso geringer, je ungleichmäßiger die Wärmeabgabe durch auf- und abbrennende Züge erfolgt. Stehen mehrere Werkstoffe mit verschieden hohem Drhckerweichungspunkt zur Auswahl, so kann, wenn die Ofengröße gegeben ist, zur Erzielung eines bestimmten Durchsatzes bei dem Ofen mit gleichmäßigerer Wärmeabgabe der Heizzüge ein Werkstoff mit niedrigerem Druckerweichungspunkt, im allgemeinen also ein wohlfeilerer, Verwendung finden.
• Die ungleichmäßige Wärmeabgabe der Heizzüge wurde begünstigt, weil bisher bei den meisten Koksofenwänden die Steine der Längswände (Läufer) dünner waren als die der Heizzugquerwände (Binder).
• Außerdem war die Wärmedurchgangsfläche der Binder kleiner als die der Läufer. Unter der Wärmedurchgangsfläche wird hier die Gesamtheit derjenigen Flächen verstanden, durch die vom aufbrennenden Zug ein Wärmeübergang an den Kammerinhalt entweder mittelbar oder unmittelbar erfolgt. Die Wärme vom aufbrennenden Zug geht nämlich einmal durch den ihn begrenzenden Läufer in die Kammer, zum anderen besteht ein Temperaturgefälle über die angrenzenden Binder zu den benachbarten abbrennenden Heizzügen und von diesen ebenfalls ein Temperaturgefälle zur Kammer.
• Die in diesem Sinne verstandene Wärmedurchgangsfläche der Läufer entspricht also einem Rechteck, dessen eine Seite die Höhe des Läufersteines, dessen andere die Länge eines Heizzugpaares ist; die Wärmedurchgangsfläche der Binder entspricht bei rechteckigem Querschnitt des Heizzuges einem Rechteck, dessen Höhe durch die Höhe der Binder, dessen Breite die Erstreckung des Heizzuges quer zur Kammerachse ist.
• Gemäß der Erfindung werden nun die Läufer und Binder so bemessen, daß die Binder entweder dieselbe oder eine geringere Breite haben als die Läufer, und daß ferner die Wärmedurchgangsfläche der Binder größer ist als die der Läufer. Dadurch erreicht man, daß die Wärme in stärkerem Maße als bisher aus den aufbrennenden Zügen an die Destillationskammern durch die Binder fließt, daß ferner dieses Abfließen unter der Wirkung eines niedrigeren Temperaturgefälles erfolgt und infolgedessen die mittlere Temperatur in den aufbrennenden Zügen gegenüber Ofen der bisher bekannten Bauart erheblich niedriger liegt. Durch die dünnen Binder mit großer Wärmedurchgangsfläche fließt dann aus den aufbrennenden Zügen eine verhältnismäßig sehr große Wärmemenge zunächst in die abbrennenden Züge und bringt diese auf eine Temperatur, die sehr nahe an die in den aufbrennenden Zügen herrschende Temperatur herankommt. Durch das Senken der Temperatur in den aufbrennenden Zügen bei gleichzeitigem Heben der Temperatur in den abbrennenden Zügen nähert sich die durch die Läufersteine der abbrennenden Züge den Destillationskammern mittelbar zugeführte Wärmemenge derjenigen Wärmemenge, die den Destillationskammern durch die Läufersteine der aufbrennenden Züge unmittelbar zugeleitet wird. Als Regel für die Bemessung der Binder und Läufer soll gelten, daß mehr als ein Drittel der Wärmemenge dem Kammerinhalt mittelbar über die abbrennenden Heizzüge zugeleitet wird. Das gilt für alle Arten von Koksofenwänden mit senkrechten Heizzügen, bei denen in der Längsrichtung der Wand aufbrennende und abbrennende Züge aufeinanderfolgen, einerlei ob der Wärmeaustausch zwischen den noch nicht zur Vereinigung gebrachten Verbrennungsmitteln und den verbrannten Gasen regenerativ oder rekuperativ durchgeführt wird.
• Ein weiterer Teil der Erfindung bezieht sich darauf, den Steinverband der Heizwand den vorstehend erläuterten Grundsätzen entsprechend auszubilden. Wenn man zu geringen Läuferstärken übergeht und überdies den Bindern eine geringere Stärke gibt, so muß in höherem Maße als sonst den Beanspruchungen der Heizwand Rechnung getragen werden. Dies geschieht in der Weise, daß bei Unterteilung des abbrennenden Zuges durch eine parallel zur Kammerachse liegende Zwischenwand jeder der im Verband aufgemauerten Läufersteine sich über die Länge zweier Heizzüge erstreckt, so daß immer ein benachbarter aufbrennender und abbrennender Zug von demselben Läuferstein der einen Wandseite begrenzt wird. Da dieser zwei nebeneinanderliegenden Heizzügen gemeinsame Läuferstein keine den Wärmedurchgang hemmende Mörtelfuge besitzt, erleichtert er zugleich den horizontalen Wärmefluß von Heizzug zu Heizzug. Die Zwischenwand, die den abbrennenden Zug in parallele Zweige unterteilt, wird durch Steine (Querbinder) gebildet, die, in der Höhe gerechnet, abwechselnd in die eine und die andere der beiden anstoßenden Heizzugquerwände eingreifen. In den Heizzugquerwänden stoßen, wenn jede Lage derselben aus zwei Steinen gebildet wird; diese beiden Steine (Binder) entweder in der Mitte der Wand aneinander oder sind durch einen Zwischenwandstein getrennt. Die nicht aneinanderstoßenden Binder ragen nun gemäß der weiteren Erfindung mit ihren Köpfen in die Läuferschicht hinein und bilden einen Teil der Oberfläche der Kammerwand. Wenn die Läufer im Verband vermauert sind und die

  13indcrki>ltfe aln@ccliscln@l iti der eitlen und anderen

  Heizzug<Itier\\ arid in die Läuferwand ragen, so sind

  die l@inderk<ipfe, in der il()henrichtung gesehen,

  ebenfalls gegencinan<ier versetzt, wodurch erreicht

  wird, daß jeder durchgehende Läuferstein nicht mir

  all seinen beiden Enden, sondern auch in der Mitte

  durch liitidei-steiite ciii(,eklatttttiert und in seiner

  Lage festgehalten wird. I)ei einer derartig ausgehil-

  deten lleizwand ist (s nii?#rlich, auch bei Ofen mit

  einer Kaninierhiilie über 31i, mit der Stärke der

  Binder unter So inni herunterzugehen.

  Bei einem derartigen Wandverband mit Unter-

  teilung <res abbretnienden Zuges durch eine Z« i-

  schenwand (Querl»nder) 1ä 1t sich gemäß der weite-

  ren Erfindung diejenige Lage, in der die auf- und

  abbrennenden Ziige ain olleren Ende miteinander in

  \-erlliu<lung stciicn, mit Steinen der gleichen Form

  ausführen wie die iibrigen Lagen, indem nur der

  Stein der Zwischenwand (Querbinder) und die

  zwischen den zusammenarbeitenden benachbarten

  Zügen liegenden Querwandsteine (Binder) fortge-

  lassen sind. während in den dazwischenliegenden

  durchgeführten Ouerw'inden die hiiider in die Heiz-

  zuglängiwände greifen. Auf diese Weise bleibt ein

  über die ganze Wand durchlaufender Schaukanal

  von der Breite der Zwischenwand frei.

  13e, Anwendung des neuen Beheizungsprinzips,

  nämlich einer möglichst grollen 1-\'ärmelieferung an

  die Kammern durch den altbrennenden Zug, auf

  Rekul>erativiifen, findet ein erheblicher Wärme-

  durchgang in den Ileizztigqtierwänden statt, in dem

  gleichen Sinne. wie er auch in den Trennwänden an-

  gestrebt wird, die die zur Zuführung der vorzu-

  wärmenden Medien dienenden Kammern der ke-

  kuperatoren von den die verbrannten Gase führen-

  den trennen. Diese IZekuperatortrennwände bilden

  in der Regel die untere Fortsetzung der Heizzug-

  querwände. Der Warinedurchgang durch diese

  Wände ist uniso besser, je dünner sie ausgeführt

  werden können. Für dic:e Wandstärke ist eine untere

  Grenze gegeben, die sich durch die Herstellung von

  Steinen mit Feder und -"#ut ergibt. Um den Wärme-

  austausch in den Rekuperatoren noch wirksamer zu

  gestalten, sind auf den Trennwänden Rippen ange-

  bracht, die in die Rekuperatorräume hineinragen

  und beispielsweise senkrecht verlaufen. Bei gegen-

  überliegenden Trennwzin<len können diese Rippen

  gegeneinander versetzt angeordnet sein. Auch

  können bei übereinanderliegenden Steinlagen die

  Rippen seitlich versetzt sein. Die Rippen können

  über die flöhe mehrerer Steine durchlaufen, sie

  können auch nur ini mittleren Teil jedes einzelnen

  Steines vorhanden sein, so daß die Steine der Trenn-

  wand ollen und unten in der Nähe der Aufmaue-

  rttngsfläche von Rippen frei sind.

  Durch die Rippen wird die zur Wärmeaufnahme

  aus den striinieliden lasen und zur Wärmeabgabe

  an diese bestimmte Fluche vergrößert. Da der

  Hauptwiderstand in der Wärmeübertragung zwi-

  schen den abwärts strömenden verbrannten Gasen

  und den @ttifw<irts strömenden vorzuwärmenden Ga-

  sen in dem L flurgang zwischen den gastortnigen

  Medien uiid den Steineis liegt. so wird durch eine

  @-crgr@tl.ierun g der L'ltergatigifl@iclie der Wärineaus-

  tauscü zwischen <Icti Gasen erheblich verbessert.

  N:iliere l?ilizellieiteli der I?rhtidung sind unter

  Zugrundelegung eines Rekuperativofens dargestellt

  auf den Zeichnungen, in denen Teile einer Ofen-

  batterie dargestellt sind. und zwar zeit

  Fig. t einen senkrechten Schnitt in der Bat-

  teriulüngsrichtung durch die Starkgasdiisen ent-

  iprecheild 1-I von Fig.3.

  Fig. 2 einen senkrechten Schnitt parallel dazu,

  und zwar durch die Abhitzekammern der Rekupe-

  ratoren entsprechend 11-1I von Fig. 3,

  i@ ig. 3 einen senkrechten Schnitt parallel zur

  Kainnierachse. und zwar auf der linken Hälfte

  durch die Starkgasdüsen entsprechend l l l a - I t t a

  oll I ig. i. auf der rechten Hälfte durch die Luft-

  und Abhitzekanimern der Rekuperatoren entspre-

  chencl 11111-1111) von Fig. 2.

  Die folgeirden Abbildungen stellen einzelne Teile

  des Ofens in gröllerem Maßstabe dar, und zwar

  zeigt

  Fig. q die Ansicht dreier aufeinanderliegender

  1_a-en der Kammerwand:

  Fig. ist ein teilweiser Schnitt durch eine Heiz-

  wand entsprechend der Schnittlinie V-V der F ig. d;

  Fig. 6 ist ein senkrechter Schnitt durch drei attf-

  einanderfolgende Steinlagen in den Rekuperator-

  kainmern,

  Fig. 7 ein waagerechter Schnitt entsprechend

  VII-V11 von Fig. i;

  Fig. h ist ein senkrechter Schnitt durch den

  olleren Teil einer Heiz-,vand entsprechend N'III-N-III

  von Fig. (9,

  Fig.9 ein waagerechter Schnitt durch die die

  Heizzugübertritte bildende und darunter befind-

  liche Steinlage entsprechend IN-I1 von Fig. B.

  Die mit Füllöffnungen 2 versehenen waagerechten

  Ofenkammern i sind beiderseits begrenzt durch

  Heizwände, in denen aufbrennende Züge 3 und

  durch eine Zwischenwand i_3 unterteilte abbrennen-

  de Züge d miteinander abwechseln. Von den in den

  Düsenräumen angeordneten Starkgasleitungen

  zv eigen senkrechte Rohre 3 ab, die in senkrechte

  Steinkanäle 6 iniinden und das Starkgas den auf-

  brennenden Zügel, 3 zuführen. Aus den ebenfalls in

  der Unterkellerung angeordneten SchNvachgas-

  leitungen führen senkrechte Rohre 7 in die Gas-

  kammern L der Rekuperatoren. Die Verbrennungs-

  luft tritt in die Luftkammern 9 ebenfalls aus dem

  Düsenraum ein. Auch die Gaskammern sind mit

  Lufteinmündungen versehen, die aber nur im Falle

  der Starkgasbeheizung geöffnet werden. Die Rege-

  lung der Luftmenge kann durch die Düsen i6, von

  denen nur einige dargestellt sind. erfolgen. 1e ein

  aufbrennender und abbrennender Zug sind am

  olleren Ende miteinander verbunden. Aus den ab-

  brennenden Zügen .4 gelangen die verbrannten Gase

  in die Abhitzekammern io und nach deren Durch-

  strömen in die Abgassamnielkanäle ii. Die ver-

  brannten Gase können durch Abgasschieber , 7

  dosiert werden.

  Die Reizwand wird. wie insbesondere atts F ig. 5

  erkennbar. gebildet aus [lalbbindern 12. welche

  in der Mitte der Wand aneinanderstoßen und nur bis zur Reizungslängswand reichen, und anderen Ilalbbindern 13, die in die Läufer eingreifen und bis zur Kammerwand reichen. Die Läufer 14 erstrecken sich über die Länge zweier aufeinanderiolgender Heizzüge. her abbrennende Zug ist unterteilt durch eine voll den Querbindern 15 gebildete Zwischenwand. hie Fig. 4 und 5 lassen erkeimen, daß sowohl in der Wandlängsrichtung als auch in der Höhenrichtung in den lleizzugquerwänden die nur bis an die Läufer heranreichenden Halbbinder mit den in die Läufer eingreifenden abwechseln, entsprechend greift der Querbinder 15 abwechselnd in die eine und die andere Heizzugquerwand ein.
• Bei der in F ig. 5 dargestellten Wand können beispielsweise folgende Maße Anwendung finden: Bei einer Gesamtbreite der Wand von 450 mm beträgt die Stärke der Läufer 70 mm, die der Binder 6o mm, der freie Querschnitt der Heizzüge in der Längsrichtung der Wand ebenfalls 6o mm.
• in Durchführung des Prinzips der Erfindung ist also die Stärke der Binder geringer als die der Läufer und die Wärmedurchgangsfläche der Läufer geringer als die der Binder. Die Wärmedurchgangsflächen sind nach der obengegebenen Definition Rechtecke, deren Höhe der Höhe der Steine bzw. der Heizzüge entspricht, während die Breite der Rechtecke als Wärmeübergangslänge bezeichnet werden kann. Die Wärmeübergangslänge der Läufer, die also der Länge eines Heizzugpaares entspricht, beträgt bei den angegebenen Dimensionen 24o mm, die Wärmeübergangslänge der Binder, das lichte Heizzugmaß quer zur Kammerachse, beträgt 310 mm, ist also größer als die Wärmeübergangslänge der Läufer.
• in der die obere Verbindungsöffnung, zwischen einem aufbrennenden Zug 3 und einem der benachbarten abbrennenden Züge 4, bildenden Lage (vgl. Fig. 8 und 9) fehlen die Binder zwischen den zusammenarbeitenden Heizzügen. In der stehenbleibenden, damit abwechselnden Heizzugquerwand sind Binder vorgesehen, die in die Läuferwand hineinragen. Durch Fortlassen des Steines der Zwischenwand (Querbinder) wird ein oberer Schaukanal 18 gebildet.
• 1)ie Fig. 6 und 7 zeigen in beispielsweiser Ausführungsform die Anordnung senkrechter Rippen l9 an den Rekuperatorwänden, die dem Wärmedurchgang dienen. Die Rippen sind an den gegenüberliegenden Rekuperatorflächen um einen halben hippenabstand gegeneinander versetzt, ebenso sind in iülereinanderliegenden Lagen die Rippen gegeneinander versetzt. Die Trennwand jeder Kammer "wird durch einen einzigen Stein mit aufgesetzten lzippen gebildet. Die Rippen auf beiden Wandseiten sind wieder um einen halben Rippenabstand gegeneinander versetzt. Die Rippen sind etwas kürzer als die Steine hoch sind, so daß längs der waagerechten Steinfugen von Rippen freie Räume entstehen. die zu einer guten hurchmischung der auf- und absteigenden Gase führen. In der obersten IZektilleratorlage 20 sind ebenso wie in der untersten Rekuperatorlage 2 i die Rippen fortgelassen. Ob die Rippen steiler oder flacher auszubilden sind, hängt insbesondere von der gewünschten Strömungsgeschwindigkeit der dem Wärmeaustausch unterworfenen gasförmigen Medien ab. Anderseits hat man durch die Mahl der Formgebung und Anordnung der Rippen die Möglichkeit, die Geschwindigkeit der durchströmenden Medien zu beeinflussen und sie den Eigenschaften der verwandten Gase und dem Maß des gewünschten Wärmeaustausches anzupassen.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Koksofen mit reihenweise angeordneten senkrechten Heizzügen, dadurch gekennzeichnet, daß die Steinstärke der Binder nicht größer als die der Läufer; die Wärinedurchgangsfläche der Binder aber größer ist als die zugehörige Wärmedurchgangsfläche der Läufer.
2. 2. Koksofen mit reihenweise angeordneten senkrechten Heizzügen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine derartige relative Bemessung von Steinstärken und Wärmedurchgangsflächen der Binder und Läufer, daß mehr als ein Drittel der Wärmemenge dem Kammerinhalt mittelbar über die abbrennenden Züge zugeleitet wird.
3. 3. Koksofen mit in der Längserstreckung der Wand aufeinanderfolgenden auf- und abbrennenden Heizzügen nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der Binder unter 80 mm liegt.
4. 4. Koksofen nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Unterteilung des abbrennenden Zuges durch eine parallel zur Kammerachse liegende Zwischenwand (Querbinder) jeder der im Verband vermauerten Läufersteine sich über die Länge zweier Heizzüge erstreckt.
5. 5. Koksofen nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Zwischenwand bildenden Steine abwechselnd in eine der beiden anstoßenden Heizzugquer%vände eingreifen.
6. 6. Koksofen nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß von den die Heizzugquerwände bildenden Bindern jeder zweite mit einem Kopf in die Kammerwand hineinragt.
7. 7. Koksofen nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in derjenigen Lage, in der die auf- und allbrennenden Züge am oberen Ende miteinander in Verbindung stehen, die gleichen Steinformen wie in den übrigen Lagen Verwendung finden und nur der Stein der Zwischenwand (Querbinder) und die zwischen den zusaminenarbeitenden Zügen liegenden Querwandsteine (Binder) fortgelassen sind, während in den dazwischenliegenden Querwänden die Binder in die Heizztlglängs-,,-i*inde greifen und so einen über die ganze Wand durchlaufenden Schaukanal von der Breite der ZwischenNvand freilassen. S. l@oksc@fen tMich AnsSuch t bis , dadurch gekennzeichnet. dali die "hrenn@@ände der Rekupe- ratorrätinie in diese mit vorspringenden Rippen hineinragen. <y ICksofen nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeic@ntet.c@al.i die kippen gegenüberliegender Trennwände gegeneinander versetzt aiigec>rdnet sind. in. Koksofen itaclm\nspnich 8 und y, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen in den aufein- anderfo@lgenden Lagen der Trennwände gegen- einander versetzt angeordnet sind.