-
Abhitzekoksofen, gegebenenfalls mit Kleinrekuperatoren Unter einem
Abhitzekoksofen versteht man bekanntlich einen Ofen, bei dem die zur mittelbaren
Erhitzung der Kokskohle dienenden Heizgase mit beträchtlicher Temperatur, beispielsweise
700 bis iooo°, den Ofen verlassen. Die in den Heizgasen enthaltene fühlbare
Wärme muß nutzbar gemacht werden, wenn: dieGesamtanlagewirtschaftlich arbeiten soll.
Es ist aber eine alte Erfahrung, daß besonders in Dampfkesseln die fühlbare Wärme
solcher Heizgase sehr gut ausgenutzt werden kann, so daß der thermische Gesamtwirkungsgrad
des Koksofens einschließlich der Abhitzeverwertung hier günstiger liegt als bei
denjenigen Koksöfen, bei denen ein Wärmeaustausch in einräumigen oder zweiräumigen
Wärmespeichern zwischen den verbrannten Gasen und den noch nicht vereinigten Verbrennungsmitteln
stattfindet. Bei diesen Regenerativ- oder Rekuperativöfen ist eine weitgehende Vorwärmung,
außer bei derLuft, nur bei den sogenannten Schwachgasen möglich, während ein Starkgas
infolge seines Gehalts an Methan und anderen zersetzbaren -Kohlenwasserstoffen nicht
nennenswert vorgewärmt werden darf.
-
Die Abhitzeöfen sind, obwohl sie in den Anlagekosten erheblich billiger
ausfallen und obgleich auf vielen Anlagen ein dauerndes Bedürfnis nach dem mittels
der fühlbaren Wärme der verbrannten Gase erzeugten Dampf besteht, dennoch in den
letzten Jahrzehnten völlig von den Rekuperativ- und insbesondere Regenerativöfen
zurückgedrängt worden, weil es bisher nicht möglichwar, mit heizschwachen Gasen
die nötige Verbrennungstemperatur zu erzeugen, und weil die allgemeine Entwicklung
dahin drängte, die Beheizung der Koksöfen mit Generatorgas
oder
Hochofengas durchzuführen, um das hochwertige Koksofengas für die Ferngaslieferung
und die Beheizung von Ofen in den Stahlwerken freizubekommen.
-
Das Ziel der Erfindung besteht darin, den Abhitzeofen so auszugestalten,
daß er wahlweise auch mit Schwachgas betrieben und an denjenigen Stellen Verwendung
finden kann, wo das Koksofengas für andere Zwecke zur Verfügung stehen soll. Dieses
Ziel wird in der Weise erreicht, daß bei dem erfindungsgemäßen Ofen Einrichtungen
vorgesehen sind, um innerhalb der Heizwand die beiden Verbrennungsmittel, Schwachgas
und Luft, und zwar entweder eines oder beide gleichzeitig, durch die Heizgase, die
insbesondere die Wärme für den Verkokungsvorgang liefern, wenigstens so hoch weiter
vorzuwärmen, daß die erforderliche Verbrennungstemperatur aufrechterhalten wird.
Durch die aus der eigentlichen Heizwand tretenden Abgase können dabei das oder die
Verbrennungsmittel in Kleinrekuperatoren so weit vorgewärmt werden, daß diese Abgase
nicht wesentlich unter 6oo° C gekühlt sind, wenn sie den Ofen verlassen. Das oder
die Verbrennungsmittel treten vorgewärmt in die eigentliche Heizwand ein, werden
von den Heizgasen hoch erhitzt, kommen dann zur Verbrennung und verlassen die Heizwand
mit beträchtlicher Temperatur. Ein Teil der Wärme der Heizgase strömt in die Kammern
ab und dient bestimmungsgemäß zur Erhitzung der Kohle auf die Verkokungstemperatur;
ein anderer Teil der Wärme wird an die vorzuwärmenden gasförmigen Verbrennungsmittel
abgegeben und von diesen immer wieder erneut als fühlbare Wärme dem Verbrennungsprozeß
zugeleitet, so daß diese Wärmemenge ständig innerhalb der Heizwand kreist.
-
Innerhalb der Heizwand sind Erhitzerkammern für das Schwachgas bzw.
die Luft oder für beide Medien derart abstrahlungsfrei angeordnet, daß die darin
vorgewärmten gasförmigen Verbrennungsmittel vor der Vereinigung sich nicht mehr
abkühlen können. Es ist klar, daß die Gasmenge, welche innerhalb der Heizwand zur
Verbrennung kommt, auf den gleichen Kohlendurchsatz bezogen, bei dem vorgeschlagenen
Ofen größer ist als bei einem Ofen, wo der größte Teil der Wärme der Abhitze in
die Heizwand zurückgeleitet wird durch den Wärmeaustausch in Regeneratoren oder
Rekuperatoren. Die im Innern der Heizwand zirkulierende Wärmemenge ist einmal bei
Beginn zuzuführen; sie kann nur abwandern bei einer Abkühlung der Heizwand selbst
oder bei sonstigen Störungen.
-
Eine besonders brauchbare Konstruktion für die Durchführung des neuen
Beheizungsprinzips für Koksöfen ergibt sich durch die Anordnung reihenweise angeordneter
senkrechter Heizzüge, die von oben beflammt werden. Vorzugsweise sind in der Mitte
einer zwischen zwei Ofenkammern liegenden Heizwand die in senkrecht aufsteigender
Richtung durchströmten Erhitzerkammern vorgesehen, und beiderseits derselben sind
zwei parallele Reihen abwärts beaufschlagter senkrechter Heizzüge angeordnet. Diese
Heizzüge führen die Wärme also ab auf der einen Seite durch die Läufer an die Ofenkammern,
auf der anderen Seite an die Erhitzerkammern.
-
Wenn in den Erhitzerkammern das oder die Verbrennungsmittel annähernd
auf die Heizwandtemperatur erhitzt werden, dann genügt es, entweder die Luft oder
einen Teil derselben oder das Gas auf diese Temperatur zu bringen. Es hat sich als
besonders zweckmäßig erwiesen, die Lufterhitzerkammern neben die Heizzüge zu legen
und die Gaserhitzerkammern vor den dazwischenliegenden Heizzugquerwänden anzuordnen.
Es folgen also in der Längsrichtung der Wand immer Luft- und Schwachgaserhitzerkammern
aufeinander.
-
Bei der Beflammung der Heizwände von oben erfolgt die Zuführung des
Gases und der Luft senkrecht aufsteigend in den Gas- oder Lufterhiitzerkammern,
indem man sich für die Zuleitung dieser Medien des bekannten und bewährten Unterbrennerprinzips
bedient, bei dem unterhalb des Ofenbaues ein Kellerraum vorgesehen ist, von dem
aus die Einleitung der Medien so erfolgt, daß sie durch Regelorgane, die vom Kellerraum
aus zugänglich sind, in der gewünschten Weise beeinflußt werden kann. Jede Lufterhitzerkammer,
deren Anschluß nach unten bis an den Kellerraum durchgeführt ist, wird dann von
hier aus über eine in den Anschluß eingebaute und vom Kellerraum einzustellende
Düse mit Verbrennungsluft gespeist. Die Gasverteilungsleitungen verlaufen unterhalb
der Heizwände im Kellerraum, und die ebenfalls bis in den Kellerraum führenden Gaserhitzerkammern
sind über auswechselbare Düsen daran angeschlossen. Die Gaserhitzerkammern können
aber außerdem mit einem absperrbaren und regelbaren Anschluß für Luft versehen sein.
Dadurch kann eine für die Verbrennung noch ungenügende Luftmenge, beispielsweise
250/0, in der Gaserhitzerkammer bereits mit Gas zur Vereinigung gelangen, während
die vollständige Verbrennung erst durch Zugabe der restlichen, in der Lufterhitzerkammer
vorgewärmten Verbrennungsluft in den von oben beflammten Heizzügen erfolgt. Wenn
derartige Einrichtungen zur Vorverbrennung des Gases in den Gaserhitzerkammern vorgesehen
sind, kann auch Koksofengas von der Unterkellerung her den Gaserhitzerkammern zugeführt
werden.
-
Der Grad der Vorwärmung der Verbrennungsmittel hängt naturgemäß davon
ab, wie stark die Wände sind, die die beflammten Heizzüge von den Erhitzerkammern
trennen. Man wird diese Wände nicht stärker machen, als erforderlich ist. Bei Heizwänden,
welche von der Koksseite nach der Maschinenseite zu breiter werden, kann man dem
längs der schmaler werdenden Destillationskammer abnehmenden Wärmebedarf dadurch
Rechnung tragen, daß alle oder ein Teil der Steine, die die Heizzüge von den Erhitzerkammern
trennen, in ihrer Stärke von der Maschinenseite zur Koksseite hin abnehmen, so daß
in dieser Richtung der Wärmetransport durch die Steine und damit auch die Temperatur,
auf die Schwachgas und Luft vorgewärmt werden, ansteigen.
Um bei
der Beheizung von oben die Flamme in der $enkrecliten Richtung zu strecken und Überhitzungen
des oberen Kammerteiles auszuschließen, kann eine stufenweise Verbrennung dadurch
erzielt werden, daß zwischen den Lufterhitzerkammern und den Heizzügen unterhalb
der oberen Brennstelle Öffnungen zur Einleitung von Zweitluft vorgesehen sind. lfan
kann durch Anordnung von Kleinrekuperatoren in den Erhitzerkammern unterhalb der
eigentlichen Heizwand den Wärmeaustausch zwischen den Abgasen und den vorzuwärmenden
Medien fördern.
-
Um insbesondere bei stufenweiserLuftzuführung den Anteil der Erstluft
gegenüber dem der Zweitluft regeln zu können, ist gemäß der weiteren Erfindung am
oberen Austritt derLufterhitzerkammer eine von der Ofendecke her auswechselbare
Düse angeordnet. Benachbarte Lufterhitzerkammern und Gaserhitzerkammern münden in
Mischräume, in denen die in den Gaserhitzerkammern eingeleitete Verbrennung fortgesetzt
wird und die an die abwärts beflammten Heizzüge angeschlossen sind. Die Lufterhitzerkammern
können in Paaren angeordnet sein, die in der Heizwandmittelebene liegen. Jede Lufterhitzerkammer
ist dann je einem Heizzuge zugeordnet, und die vorgesehene Zweitluftöffnüng befindet
sich jeweils zwischen einem Heizzug und der dazugehörigen Lufterhitzerkammer.
-
Nähere Einzelheiten sind aus der Zeichnung ersichtlich. Auf dieser
ist Abb. i ein senkrechter Schnitt quer zur Kammerachse durch zwei Heizwände, und
zwar links entsprechend der Schnittlinie A-A, rechts entsprechend der Schnittlinie
B-B von Abb. 31),
Abb. 2 ein senkrechter Schnitt parallel zur Kammerachse,
und zwar links entsprechend der Schnittlinie C-C, rechts entsprechend der Schnittlinie
D-D von Abb. 3 b ; Abb. 3 a ist ein waagerechter Schnitt durch den Wandkopf auf
der Maschinenseite, Abb. 3 b durch einen mittleren Teil der Wand, Abb. 3 c durch
den Wandkopf auf der Koksseite. Oberhalb der Grundplatte i befindet sich der Kellerraum
2 in der bei Unterbrenneröfen üblichen Weise. Die Betonpfeiler 3 tragen die Düsenplatte
4 des Ofens. Innerhalb der Heizwände sind die Heizzüge 5 in zwei parallelen Reihen
angeordnet, zwischen denen die Erhitzerkammern 6 für die Luft und die Erhitzerkammern
7 für das Gas liegen; jene liegen dabei neben den Heizzügen 5, diese in der Mitte
zwischen zwei Heizzugpaaren. Zwei Lufterhitzerkammern 6 sind unterhalb der Heizwand
vereinigt und besitzen dort einen gemeinsamen Kleinrekuperator 22, welcher über
Rohre 8, die die Tragplatte 4 durchsetzen, an die Außenluft angeschlossen ist, wobei
zur Regelung der Luftzufuhr an den unteren Einlässen der Rohre 8 Düsen 21 vorgesehen
sind. Die Erhitzerkammern 7 für das Gas sind durch ebensolche Rohre angeschlossen
an die Gasverteilungsleitungen io, und zwar ebenfalls über Regulierdüsen i i. Die
Lufterhitzerkammern 6 münden ebenso wie die Gaserhitzerkammern 7 am oberen Ende
in Mischräume 9, die sich über die ganze Wandbreite 'erstrecken und an die auch
die Heizzüge 5 angeschlossen sind. In diesen Mischräumen erfolgt die Vereinigung
des größten Teiles der Verbrennungsmittel, die von hier brennend abwärts strömen.
Die Lufterhitzerkammern stehen außer über die Mischräume 9 mit den Heizzügen auch
noch über die Zweitluftöffnungen 12 (vgl. Abb. i links und Abb. 2 links) in Verbindung.
Der obere Auslaß der Lufterhitzerkammern besitzt eine Düse 13. Die Öffnung dieser
Düse bestimmt naturgemäß das Verhältnis, in dem die Luft durch die Zweitluftöffnungen
i2 unmittelbar oder durch die Düse für Erstluft 13 und durch den Mischraum 9 mittelbar
in die Heizzüge gelangt. Um die Düse 13 leicht auswechseln zu können, befindet sich
oberhalb jeder Erhitzerkammer 6 für die Luft ein Schacht 14, der unten und oben
durch Steine 15 und Stopfen 16 abgeschlossen ist.
-
Die abwärts beaufschlagten Heizzüge 5 sind am unteren Ende über die
Öffnungen 17 mit den parallel zur Kammerachse verlaufenden Sammelkanälen 18 für
die verbrannten Gase verbunden. Durch die -Mauern dieser Kanäle findet ein Wärmeaustausch
zwischen den verbrannten Gasen und den vorzuwärmenden Verbrennungsmedien statt.
-
Der Aufbau der Heizwand erfolgt derart, daß die Lufterhitzerkammern
auf der ganzen Wandlänge dieselbe Breite erhalten, daß aber die Dicke der zugehörigen
Wandstärken von dem Ofenkopf i9 auf der Maschinenseite zum Ofenkopf 2o auf der Koksseite
hin abnimmt. Hieraus ergibt sich ein stärkerer Wärmetransport an die vorzuwärmende
Luft auf der Koksseite, wo auch der Wärmebedarf infolge der größeren Kammerbreite
höher ist. Der Querschnitt der Gaserhitzerkammern 7 ist am Ofenkopf 2o der Koksseite
gleich einem parallel zur Kammerachse langgestreckten Rechteck, verwandelt sich
in der Wandmitte nahezu in ein Quadrat und wird dann auf der Maschinenseite zu einem
quer zur Kammerachse langgestreckten Rechteck, wobei der Flächeninhalt etwa derselbe
bleibt. Diese Ausführung der zwischen den Heizwandbindern angeordneten Gaserhitzerkammern
führt dazu, daß die Konizität der Heizwand ausgeglichen wird durch die wechselnde
Breite der Gaserhitzerkammern, so daß die Binderlänge auf der ganzen Heizwandlänge
unverändert bleiben kann. Die von der Heizwandkonizität nicht mehr beeinflußte Binderlänge
gestattet Massenfabrikation vollkommen gleicher Bindersteine.
-
Abb. 3 zeigt auch die Öffnungen 12 für die Zweitluft.