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Koksofen Ein nicht zum Stande der Technik gehörender Vorschlag betrifft
ein Verfahren zum Heizen von Industrieöfen, insbesondere Koksöfen, das sich vor
allem durch eine neue Art der Wärmewiedergewinnung unter Benutzung von einen umschaltbaren
Regenerator bildenden Steinstapeln zum Zwecke der Vorwärmung der Luft und von rohrförmigen
Wärmeaustauschern zum Zwecke der Vorwärmung des Gases kennzeichnet. Die Heizgase
oder verbrannten Gase strömen nacheinander von den Steinstapeln zu den die Rohrbündel
entf)altcnden Kammern und alsdann zu den in den Rauchkanal führenden Auslaßventilen.
Die Luft wird den Steinstapeln unten zugeführt, und zwar ohne mit den Rohrbündeln
in Berührung zu kommen. Die Verteilung der Luft und des Gases erfolgt durch Umschaltvorrichtungen,
die ständig mit den Rauchgasen außer Berührung gehalten werden und infolgedessen
eine gleichbleibende Temperatur haben.
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Die @esci@il<lerte Erfindung ermöglicht es, eine beim gewöhnlichen
Betriebe von Industrieöfen häufig auftretende Schwierigkeit zu beseitigen, die in
der mangelnden Dichtigkeit der üblichen Mittel zur Vorwärmung des Verbrennungsgases
(Steinstapel) zu suchen ist.
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Zur Schaffung eines Koksofens, der den Anforderungen der modernen
Technik in vollem Maße entspricht, ist es erwünscht, das beschriebene Beheizungssystem
auf Unterbrennerheizungen anzuwenden. Bekanntlich versteht man hierunter eine besondere
Einrichtung, bei der unterhalb der Ofenbatterie eine dem Bedienungspersonal zugängliche
Arbeitsbühne angeordnet ist, in der die Heizgasleitungen vereinigt sind, wobei jeder
Brenner durch ein besonderes, mit einem Regelhahn versehenes Blasrohr gespeist wird.
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Bei den jetzt üblichen und auch den älteren Unterbrenneröfen wird
auf diese Weise nur das hochwertige Gas geregelt. Man hat dann verschiedene Systeme
vorgeschlagen, die bei Anwendung an Verbundöfen, d. h.
Ofen, die
entweder mit hochwertigem Gas oder mit Schwachgas geheizt werden können, die Aufgabe
haben, auch die Regelung des Schwachgases durch ein geeignetes Mittel und schließlich
die Regelung des Zuges oder, was auf dasselbe herauskommt, die Regelung der Luft
zu ermöglichen.
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Um die nachfolgenden Erläuterungen zu vereinfachen, seien zunächst
die nachstehenden Ausdrücke klargestellt: einfach geregelte Unterbrenneröfen = Ofen
mit Unterbrennerregelung nur des hochwertigen Gases; doppelt geregelte Unterbrenneröfen
= Ofen mit Unterbrennerregelung sowohl des hochwertigen Gases als auch des Schwachgases;
gesamt geregelte Unterbrenneröfen = Ofen mit Unterbrennerregelung sowohl des hochwertigen
Gases als auch des Schwachgases, die außerdem mit einer Unterbrennerregelung der
Luft oder der Rauchgase versehen sind.
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Die Erfindung bezieht sich auf die Anwendung des beschriebenen Heizsystems
auf einen gesamt geregelten Koksofen entsprechend der obigen Erläuterung. Aus dieser
neuen Anwendung ergibt sich eine gewisse Anzahl von technischen Vorteilen, die durch
getrennte Verwendung sowohl der bereits bekannten Unterbrennervorrichtungen als
auch der vorerwähnten Vorrichtungen nicht erzielbar sind. Die wesentlichsten dieser
Vorteile sind: i. Einfachheit des Ofenzwischenteiles, der zwischen dem Oberteil
der Regeneratorzellen (Gipfel des Gewölbes) und dem unteren Teil der Verkokungskammern
(Sohle) liegt. Bekanntlich bildet dieser Ofenzwischenteil bei allen bekannten Koksöfen
einen besonders empfindlichen Konstruktionsteil, und zwar wegen der großen Anzahl
der sich hier kreuzenden, die verschiedensten voneinander getrennt zu haltenden
Gase (Gas, Luft, Rauchgas) führenden Züge, die sich hier vorfinden, 2. Festigkeit
des Trennmauerwerkes der Regeneratoren, worin die aufsteigenden Gaszüge mit absoluter
Dichtigkeit angeordnet werden können, 3. Breite der Regeneratorkammern, die leicht
in Einzelzellen aufgeteilt werden können, wobei jede Zelle einem einzigen Brenner
zugeordnet ist, 4. Anordnung der Regeneratorzellen derart, daß alle Zellen derselben
Regeneratorkammer in jedem Augenblick zur Fortleitung des gleichen, praktisch unter
dem gleichen Druck stehenden Mediums dienen, 5. Anordnung der Gasspeisung derart,
daß man zur Heizung des Ofens wahlweise entweder reines, hochwertiges Gas oder reines
Schwachgas oder ein Gemisch von hochwertigem Gas und Schwachgas oder schließlich
ein Gemisch von hochwertigem Gas mit Luft oder einem anderen Gas, z. B. verbrannten
Gasen, verwenden kann; möglicher Ersatz des üblichen hochwertigen Gases, Gas, das
bei der Verkokung von Steinkohle anfällt, durch sehr hochwertige Abfallgase aus
chemischen Prozessen, wie z. B. Methan und höhere Kohlenwasserstoffe oder auch durch
sehr arme Gase; möglicher Ersatz des hochwertigen Gases durch natürliche Gase (Methan)
unter Vermeidung der durch einen solchen Ersatz gewöhnlich eintretenden Schwierigkeiten,
6. Anordnung der Heizkanäle derart, daß bei einer beliebigen Verkokungskammer in
einem beliebigen Augenblick zwei in demselben Kammerpfeiler angeordnete benachbarte
Kanäle stets von einem aufsteigenden bzw. einem absteigenden Strom durchflossen
sind und daß in gleicher Weise zwei sich in zwei benachbarten Kammerpfeilern gegenüberliegende
Kanäle ebenfalls im gleichen Augenblick von einem aufsteigenden bzw. einem absteigenden
Strom durchsetzt werden, wodurch eine sehr große Regelmäßigkeit in der Wärmeübertragung
in das Innere der der Verkokung unterliegenden Kohlenmasse gesichert ist.
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Diese verschiedenen Vorteile ergeben sich aus den Gesamtanordnungen
und den Einzelheiten, die aus der nachfolgenden Ausführungsbeispiele der Erfindung
erläuternden Beschreibung und Zeichnung zu entnehmen sind. In der Zeichnung ist
Fig. i ein schematischer Querschnitt durch eine Ofenbatterie gemäß der Erfindung
in einer senkrechten Ebene, die rechtwinkelig zu den mittleren Symmetrieebenen der
Verkokungskammern verläuft, Fig. 2 ein schematischer Längsschnitt durch einen Ofen
in einer senkrechten Ebene, die zu dem Schnitt nach Fig. i senkrecht verläuft und
durch die Symmetrieachse eines zwei aufeinanderfolgende Kammern trennenden Kammerpfeilers
gelegt ist, Fig. 3 eine Vorderansicht der Batterie, in der die verschiedenen Rohrleitungsanschlüsse
für die umlaufenden Medien schematisch dargestellt sind, Fig. 4 eine schematische
Darstellung, die gemeinsam die der Höhe nach verschiedenen waagerechten Schnitte
nach den Linien A-A' und B-B' in Fig. i zeigt, Fig. 5 und 6 teilweise geschnittene
Ansichten der Gasregelvorrichtung (hochwertiges Gas oder Schwachgas) an jedem Brennerpaare.
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In den verschiedenen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche
Teile.
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Zur besseren Erläuterung des Umlaufes der verschiedenen Gase sind
die Bezugszeichen nach einem bestimmten System geordnet.
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Die Kammerpfeiler sind von links nach rechts (s. Fig. i und 4) mit
1, 2, 3, 4 usw. bezeichnet, während die Heizkanalpaare von vorn nach hinten die
Bezeichnungen a, b, c, d usw. tragen. In jedem Heizkanalpaar trägt der jeweils
vordere, dem Betrachter näher liegende Kanal das Zeichen ', während der folgende
(hintere) Kanal das Zeichen " trägt. So setzt sich beispielsweise das Paar 2; aus
zwei Kanälen zusammen, nämlich dem vorderen, 2; ', und dem hinteren, 2j ".
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Die Verkokungskammern K und die ihnen in senkrechter Richtung entsprechenden
Regeneratorkammern R tragen je als Kennzeichen die Nummer des linken benachbarten
Kammerpfeilers.
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Die Regeneratorkammern sind jede für sich gemäß der Mittellängsebene
durch eine dünne Wand m aufgeteilt, wobei der linke Teil jeder Kammer das Kennzeichen
' und der rechte Teil das Kennzeichen " trägt. Daraus ergibt sicL, daß sich auf
der linken S°ite der Batterie ein Halbgenerator Ra" und auf der rechten Seite ein
Halbgenerator RN' befindet. N ist die Anzahl der Kammerstützen. Es sind also Ni
Verkokungskammern und N i volle Regeneratorkammern und zusätzlich, eine an jedem
Ende, zwei Halbkammern vorhanden. In der Längsrichtung sind die Regeneratorkammern
durch Wände n aufgeteilt, und
zwar in ebensoviel Abschnitte, als
Brennerpaare vorhanden sind.
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Die Aufteilung der Regeneratorkammern durch die Gesamtheit der Wände
m und n ergibt die nachfolgend als Zellen bezeichneten Elemente.
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Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß zu jedem Brenner oder jedem senkrechten
Heizkanal eine Regeneratorzelle, und zwar eine einzige gehört. Betrachtet man nun
ein Heizkanalpaar, z. B. das Paar3 ", das aus den Kanälen 3 c' und 3," besteht,
so sieht man, daß der Kanal 3,' mit der Regeneratorzelle R2"c in Verbindung steht,
während der Kanal 3," mit der Regeneratorabteilung R3'c verbunden ist.
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Die Regel des Umlaufes ist somit leicht aufzustellen Wenn
x und y die Abszisse bzw. die Ordinate eines mit x, y bezeichneten
Kanalpaares ist, so steht der erste Kanal xy' mit der Zelle R" -," y und der zweite
Kanal xy" mit der Zelle Rx,,' in Verbindung.
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Setzt man nun den Fall, daß in einem gegebenen Augenblick einerseits
alle ersten Kanäle in den ungeradzahligen Kammerstützen von aufsteigenden Verbrennungsgasen
und die zweiten Kanäle in den gleichen Kammerstützen von abwärts wandernden Rauchgasen
durchflossen werden und daß andererseits die ersten Kanäle in den geradzahligen
Kammerstützen abwärts strömende Rauchgase und die zweiten Kanäle der gleichen Kammerstützen
aufsteigende Verbrennungsgase führen, so ist leicht ersichtlich (Fig. 4), daß ein
und dieselbe Regeneratorkammer in allen sie zusammensetzenden Zellen das gleiche
Gas führt, welches in dem in Rede stehenden Fall bei den geradzahligen Regeneratorkammern
Luft und bei den ungeradzahligen Kammern Rauchgas ist.
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Dies deuten die in die Fig. i, 2 und 4 eingetragenen Pfeile an, vorausgesetzt,
daß der Schnitt nach Fig. i durch einen zweiten Kanal (Schnitt z. B. in der Ebene
DD' in Fig.4) und der Schnitt nach Fig.2 durch eine geradzahlige Kammerstütze in
dem oberen Teil und durch eine ungeradzahlige zweite Kammer in dem Regenerator (Schnitt
CC in Fig. i und 4) verläuft. Um die Arbeitsweise klarer zu erläutern, sind
in der Zeichnung auch solche Teile, die in Wirklichkeit nicht geschnitten oder nur
teilweise geschnitten sind, doch geschnitten dargestellt, z. B. der Verbindungsweg
zu dem Heizkanal und der Auslaßöffnung der Rauchgase.
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Es sei bemerkt, daß in der folgenden Halbperiode alle Richtungen umgekehrt
sind. Ferner sei darauf hingewiesen, daß in der Fig. i die gestrichelten Pfeile
sich auf die Stromrichtung in den ersten Kanälen bezieht.
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Unterhalb der Regeneratorkammern befinden sich doppelte Kammern zur
Aufnahme der Rohrbündel F0 ', F,', FF2', F2", F3', F3...... die Rekuperatoren
(Gaserhitzer) bilden. Die Rauchgase treten in diese Kammern durch runde Öffnungen
ein, die sich am Boden der Regeneratorzellen befinden und den Brennerleitungen diagonal
gegenüberliegen, so daß das Stapelmaterial am besten ausgenutzt wird.
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Die Austrittsöffnungen der Rauchgase können teilweise durch Drosselorgane
in geeigneter Form E, E... abgedeckt werden, die von der unterhalb der Ofen befindlichen
Arbeitsbühne aus zu betätigen sind. Da jede Regeneratorzelle einen, und zwar einen
einzigen Rauchgasaustritt besitzt, der einem einzigen Brenner entspricht, und da,
wie man weiter sehen wird, das Heizgas unter Druck zugeführt wird und eine eigene
Regelung hat, ergibt sich, daß die individuelle Regelung der Rauchgase eine wirksame
Regelung der Luft an jedem Brenner bewirkt, während die allgemeine Regelung des
Zuges durch Unterdruckregelung in dem Rauchgasableitungskanal erfolgt.
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Nach Durchfluß durch die Rohrbündel des Rekuperators werden die Rauchgase
durch die Öffnungen T3, T3', T4, T,' in den Rauchgasableitungskanal abgeführt.
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Die Zuführung des Heizgases zu den Brennern erfolgt durch Blasrohre
Ch, Ch..., die die dicken, die Regeneratorkammern voneinander trennenden Wände in
senkrechter Richtung durchsetzen. Diese Blasrohre führen je nach Bedarf Schwachgas
oder hochwertiges Gas. Das vorerhitzte Schwachgas wird durch paarweise vorhandene
Kanäle G', G" zugeführt, während die Zuführung des kalten hochwertigen Gases durch
ein anderes Leitungspaar g', ä" mittels eines Verteilers erfolgt, der im einzelnen
in den Fig. 5 und 6 dargestellt ist und nachfolgend beschrieben werden wird.
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Die Verbrennungsluft gelangt in die Regeneratorzellen schließlich
durch zwei Kanäle Ha' und H3", H3' und H....... die in der Sohle der Regeneratorkammern
angeordnet sind. Die Luftzuführungskanäle münden dabei in jede Zelle durch eine
Öffnung h', h"
(Fig. 4) ein, die diagonal dem Zutritt zu dem entsprechenden
Brenner gegenüberliegt.
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Es bleibt nun noch zu erläutern, wie die verschiedenen Organe untereinander
verbunden sind, um den Umlauf der verschiedenen Gase zu sichern. Zu diesem Zweck
sei auf Fig. 3 verwiesen, die die Vorderseite der Batterie schematisch zeigt. Die
Verkokungskammern KI, K2... sowie die Regeneratorzellen Ro, R1, R2... sind in dieser
Figur gestrichelt dargestellt.
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Die Luft gelangt unter geringem Druck durch die Leitungen
H", H"... zu den Verteilern Y", Y, 3 . . . , die aus Dreiwegehähnen bestehen,
oder zu entsprechenden Verteilern. In dem betrachteten Falle wird die Luft den geradzahligen
Regeneratoren Ro, R2, R,,... zugeleitet. Das Schwachgas gelangt unter einem Druck,
der höher als derjenige der Luft ist, durch die Leitungen G, 1, G2 ... usw.
zu den Verteilern Z" ,
ZZ 3... usw., die den Luftverteilern entsprechen.
Im gleichen Augenblick wird das Gas den ungeradzahligen Rohrbündeln F,', F,", F3',
F3"... usw. zugeführt, und es gelangt von dort zu den Kanälen G1" (aus F,'), GZ
(aus F,"), G3" (aus F3'), Ga' (aus F,") ... usw.
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Aus den Kanälen G' und G" steigt das Gas durch die Blasrohre Ch zu
den Brennern auf, die sich zur Zeit im aufsteigenden Verbrennungsbetrieb befinden,
d. h. zu den ersten Brennern in den ungeradzahligen Kammerstützen und zu den zweiten
Brennern in den geradzahligen Kammerstützen.
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Die Rauchgasventile So, S1, S2... usw. sind bei den ungeradzahligen
Nummern, die den Rauchgase empfangenden Regeneratoren entsprechen, geöffnet und
bei den geradzahligen, auf Luft arbeitenden Regeneratoren geschlossen. Wie man sieht,
stehen die die Rekuperatoren bildenden Rohrbündel dank dieser Anordnung
niemals
mit kalter Luft in Berührung. Beim Betrieb mit hochwertigem Gas ist die Zufuhr von
Schwachgas zu den Leitungen GO 1, G2 3... usw. unterbrochen, und das hochwertige
Gas wird den Leitungen g1 ', 9l ", 92 ', g2"... usw. durch G, 1, G2
3... usw. entsprechende Verteiler, die in der Figur nicht dargestellt sind, zugeteilt.
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Es ist auch möglich, die Anlage gleichzeitig mit Schwachgas und mit
hochwertigem Gas zu betreiben, und zwar kann dies auf zwei verschiedeneArten erfolgen,
entweder, indem man vorherein Gemischaushochwertigem Gas und Schwachgas herstellt,
das dann wie das reine Schwachgas behandelt, durch die gleichen Verteiler G, 1,
G2 ... usw. zugeführt und vorgeheizt wird, oder indem man das Schwachgas
und das hochwertige Gas gleichzeitig durch Leitungen zuführt, die für jedes der
beiden Gase gesondert vorhanden sind. Die erste Betriebsmöglichkeit ist zweckmäßig
bei Gemischen mit einem großen Schwachgasgehalt und die zweite Betriebsmöglickeit
im gegenteiligen Falle zu wählen.
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Eine abgeänderte Ausführungsform der zweiten Betriebsart besteht darin,
*daß man hochwertiges Gas oder sogar sehr hochwertiges Gas, wie z. B. Methan, benutzt
und durch die Schwachgasleitungen eine sehr geringe Menge Rauchgas zusetzt, das
den Zweck hat, die Rekuperatorrohrbündel zu kühlen, also eine gewisse Wärmemenge
wiederzugewinnen, wobei das hochwertige oder sehr hochwertige Gas eine Verdünnung
erfährt, um die Verbrennungsbedingungen zu verbessern, um Flammenrückschläge, eine
Absetzung von Graphit u. dgl. zu vermeiden.
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Die Fig. 5 und 6 zeigen die an jedem Brennerpaar vorhandene Gasregelvorrichtung,
hochwertiges Gas oder Schwachgas.
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Die Schwachgasleitungen G' und G" sind in einem einzigen Block untergebracht,
jedoch voneinander durch eine Wand p getrennt, die die zu jedem Blasrohr gehörende
Regelvorrichtung abwechselnd und aufeinanderfolgend einmal mit G' und das andere
Mal mit G" in Verbindung bringt. In Fig. 5 ist die Verbindung mit G" dargestellt.
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Die Regelvorrichtung besteht aus einem Ventil mit kegligem Ventilkörper
RB, der auf einer Hohlwelle AX befestigt ist und sich um seine Symmetrieachse drehen
kann. Die Stellung des Ventilkörpers wird durch einen Zeiger und eine Skala etwa
sichtbar gemacht. Eine Federaufhängung ye sichert das Zurückziehen des Ventilkörpers.
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Das hochwertige Gas wird von dem Kanal g" oder g' her durch ein biegsames
Rohr fl zugeleitet, und die Gasmenge wird durch ein Kegelventil rb geregelt. Das
Gas gelangt dann in die Anlage durch die Hohlwelle AX. Um das Absetzen von Graphit
an den Brennern zu vermeiden, strömt das hochwertige Gas durch ein Venturirohr V',
an dessen Einschnürung sich eine kleine mit der Außenluft in Verbindung stehende
regelbare Öffnung befindet. Hierdurch wird sowohl während des Durchflusses als auch
bei Absperrung des Gases eine kleine Menge Luft mitgenommen, wodurch der Graphit
verbrennt.
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Das Schwachgas und das hochwertige Gas wird durch das Venturirohr
V in das Blasrohr Ch geleitet. Infolgedessen kann im Falle einer Mischung
je nach dem betreffenden Druck das eine dieser Gase von dem anderen mitgerissen
werden.