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Regenerativkoksofen und Verfahren zu seinem Betriebe Neuzeitliche
Rekuperativkoksöfen sind gewöhnlich für wahlweise Beheizung mit Schwach- oder Starkgas
eingerichtet und haben im Unterbau liegende, mit Wandungen aus feuerfesten Steinen
versehene Rekuperatoren. Der Wirkungsgrad solcher Steinrekuperatoren ist im Temperaturbereich
oberhalb 6oo° C recht gut, da außer dem Wärmeübergang durch Leitung von den heißen
Abgasen auf die gerippten Zwischenwände der Relcuperatorkammern und von diesen auf
die vorzuwärmenden Medien noch ein erheblicher Wärmeübergang durch Strahlung auf
diese Medien stattfindet. In tieferen Temperaturbereichen dagegen fällt die Wärmestrahlung
praktisch aus; außerdem wird wegen der dann geringen Wärmeleitfähigkeit der verhältnismäßig
dicken Steinwände der Temperaturunterschied zwischen Abgasen und vorzuwärmenden
Medien sehr groß. Die fühlbare Wärme der Abgase kann daher nicht genügend ausgenutzt
werden.
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Um die Wärmeleitfähigkeit der Rekuperatorzwischenwände in niederenTemperaturbereichen
zu verbessern, hat man bereits dünnwandige Metallrekuperatoren verwendet. Bei den
bisher bekannten Vorschlägen liegen diese den Steinrekuperatoren im Abgasstrom nachgeschalteten
Metallrekuperatoren aber räumlich weit entfernt von den ersteren, stehen mit ihnen
also in ]"einem organischen Zusammenhang und bedingen zudem eine reichlich verwickelte
Bauart des Ofens. Ein anderer Vorschlag, an Stelle von Steinrekuperatoren nur Metallrekuperatoren
zu verwenden, ergibt den Nachteil, daß man dann hochwertige und entsprechend kostspielige
Werkstoffe
verwenden muß, da die Metalle Temperaturen bis zu etwa i2ou° C auszuhalten haben.
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Die Erfindung beseitigt alle diese _ Nachteile in einfacher Weise
dadurch, daß die den Steinrekuperatoren nachgeschalteten Metallrekuperatoren unterhalb
der ersteren gleichfalls im Unterbau des Koksofens untergebracht sind, und zwar
vorzugsweise in Aussparungen der Gewölbepfeiler oberhalb der Abgasregulierschieber
und der Abgassa;mmelkanäle. Dabei ergibt sich der Vorteil, daß die einen Steinrekuperator
verlassenden Abgase nur durch einen ganz kurzen, gutisolierten Verbindungskanal
in den zugehörigen Metallrekuperator strömen, also ohne unterwegs erhebliche Wärmemengen
an das den Verbindungskanal bildende Mauerwerk abgeben zu müssen. Gerade dieser
Wärmeverlust der Abgase vor Eintritt in die Metallrekuperatoren begründet die praktische
Unbrauchbarkeit der früheren Vorschläge mit großer räumlicher Trennung beider Rekuperatorarten.
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Zweckmäßig werden die Metallrekuperatoren derart in einzelne Elemente
unterteilt, daß je zwei Elemente oder Kammern einem aufbrennenden Heizzug zugeordnet
sind, von denen ein Element nur zur Luftvorwärmung, das andere je nach der Beheizungsart
des Ofens wahlweise zur Schwachgas- oder Luftvorwärmung dient. Durch eine in der
Vorderwand der Aussparungen vorgesehene und gasdicht abschließbare öffnung sind
die Metallrekuperatoren von den Begehkanälen des Traggewölbes aus zugänglich und
können jederzeit gereinigt und gegebenenfalls ausgewechselt werden. Da erfindungsgemäß
dieAbgase höchstens mit einer Temperatur von 55o° C zu den Metallrekuperatoren strömen,
brauchen diese nicht aus hochwertigen und entsprechend kostspieligen Werkstoffen
ausgeführt zu werden.
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Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung führt man die .Schwachgas-
und Luftzuleitung zu den aufbrennenden Heizzügen derart aus, daß sie entweder über
die Metallrekuperatoren durch die Steinrekuperatoren oder unter Ausschaltung der
ersteren unmittelbar durch .die Steinrekuperatoren erfolgen kann. Abgesehen von
einer völligen Abschaltung der Metallrekuperatoren, beispielsweise zwecks _ Reinigung,
ist noch eine teilweise Ausschaltung ihrer Wirkung möglich, um eine zu weitgehende
Kühlung der Abgase, etwa unter 2oo° C, zu vermeiden. Diese zu weitgehende Kühlung
kann man auch noch dadurch verhindern, daß man Gas und Luft, vor ihrem Zutritt zu
den Metallrekuperatoren, entsprechend vorwärmt, z. B. in je einem von über 20o°
C warmen Abgasen umspülten Vorwärmer. Durch jede dieser Maßnahmen können Kondensationserscheinungen
in den Abgassammelkanälen und im Kamin mit Sicherheit unterdrückt werden. Da die
dünnwandigen, außen von den heißen Abgasen umspülten Metallrekuperatoren völlig
gasdicht sind, kann man die vorzuwärmenden Medien, wenn erforderlich, unter einem
gewissen Überdruck in sie einleiten. Bei Wärmeaustauschern aus Mauerwerk -muß man
die Druckunterschiede zwischen den Vorwärm- und Abgasräumen sehr klein halten, um
Gas- oder Luftverluste zu verin J,den. Die aus Mauerwerk ausgeführten Zwischene'
wände sind bekanntlich -niemals völlig gasdicht. Man ist daher bei Wärmeaustauschern
aus Mauerwerk ganz auf den natürlichenAuftrieb angewiesen. Bei dem Ofen nach der
Erfindung kann man gegebenenfalls den Widerstand der Metallrekuperatoren durch Zufuhr
der Verbrennungsmedien unter Druck gefahrlos überwinden. Im Regelfall wird man natürlich
zwecks Ersparnis der Verdichtungskosten auch hier mit gewöhnlichem Druck arbeiten.
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Erfahrungsgemäß kann man in Wärmeaustauschern aus Mauerwerk die mit
etwa i2öo° C eintretenden Abgase höchstens bis auf 300° C abkühlen. Zur Ausnutzung
dieses Temperaturunterschiedes von etwa goö° C sind große Abmessungen der Wärmeaustauscher
erforderlich. Bei dem Ofen nach der Erfindung kann man dagegen die Steinrekuperatoren
klein halten. Innerhalb der Steinrekuperatoren und darüber wird in Rekuperativöfen
mit denkbar geringen Luft- und Abgasmengen gearbeitet, weil geeignete Brenner eine
Verbrennung fast ohne Luftüberschuß ermöglichen. Die mit höchstens- ioo/o Luftüberschuß
aus dem untersten Teil der Steinrekuperatoren tretenden Abgase besitzen eine für
normale Metallrekuperatoren zu hohe Temperatur.. Um diese auf 55fl° C oder weniger
zu ermäßigen, wird den höchstens ioo/o Luftüberschuß führenden Abgasen regelbar
die erforderliche Zusatzluft beigefügt. Diese Zusatzluft und die normalen Abgase
verlassen den Koksofenunterbau mit nur 2oo° C, so daß der Zusatzkaminverlust in
erträglichen Grenzen bleibt. Bei 6oö° C Abgastemperatur besteht im untersten Teil
der Steinrekuperatoren zwischen den Abgasen einer= seits sowie Gas und Luft andererseits
ein Temperaturgefälle von i5o bis 2od°- C. Gas und Luft, aus den Metallrekuperatoren
kommend, erhalten also beim Eintritt in die Steinrekuperatoren eine Temperatur von
6oo- (2oo bis 150) = etwa 400 bis 45o° C. Auf diese Temperatur kann man Gas
und Luft in den Metallrekuperatoren vorwärmen durch Ausnutzung der oberhalb 2oo°
C frei zu machenden Wärme des Gemisches aus Abgasen und Zusatzluft. Nach Abschalten
der Metallrekuperatoren sinkt die Abgastemperatur, auch ohne Zusatzluft infolge
Zufuhr zu den Steinrekuperatoren von Gas und Luft in kaltem Zustand, von 6oo° C
ab auf eine Temperatur unter 45o'° C, erträglich für die weiterhin von Abgasen umspülten
normalen Metallrekuperatoren. Die Wärmeaustauschfläche der Steinrekuperatoren kann
stark verringert und der Ofenunterbau dementsprechend niedriger und billiger ausgeführt
werden. In den Metallrekuperatoren selbst ist eine Kühlung der Abgase bis auf etwa
2oo° C ohne weiteres und bei künstlichem Zug noch mehr durchzuführen, es steht also
für den Wärmeaustausch ein großes Temperaturgefälle der Abgase zur Verfügung.
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In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung .der in
Betracht kommende Teil des
Unterbaus eines. Unterbrenner-Rekuperativkoksofens
dargestellt. Es zeigt Abb. i einen senkrechten Teilschnitt quer zur Längsrichtung
der Ofenkammer, Abb.2 senkrechte Teilquerschnitte nach LinienA-A und B-B der Abb.
i, also senkrechte Schnitte in Längsrichtung der Ofenkammer.
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Der Oberbau des Unterbrennerkoksofens besteht wie üblich aus batterieweise
zusammengefaßten waagerechten Ofenkammern mit dazwischenliegenden, in senkrechte
Heizzüge aufgeteilten Heizwänden. Jedem aufbrennenden Heizzug sind zwei Rekuperatorkammern
i und 2 zugeordnet, von denen Kammer i zur Vorwärmung der Verbrennungsluft und Kammer
2 bei Schwachgasbeheizung zur Gasvorwärmung, bei Starkgasbeheizung dagegen ebenfalls
zur Luftvorwärmung dient. Jeder abbrennende Heizzug ist mit einer zwischen den Kammern
i bzw. 2 liegenden Rekuperatorkammer 3 verbunden. Die Wandungen der Kammern i bis
3 bestehen aus feuerfesten Steinen und sind zwecks Vergrößerung der Wärmeaustauschflächen
mit rippenartigen Vorsprüngen versehen. Die Steinrekuperatoren nehmen, abgesehen
von den zwischen ihnen zu den aufbrennenden Heizzügen führenden Starkgasleitungen
q., mit den Zwischen- und Stützwänden den gesamten Unterbau des Ofens ein. Dieser
ruht auf einer Decke 5 der Unterkellerung, in deren Begehkanälen 6 die Schwach-
und Starkgaszu- und -verteilleitungen untergebracht sind. Die Stützen der Decke
5 sind als allseitig zugängliche Gewölbepfeiler 7 ausgebildet. In die Verbindungskanäle
8 zwischen den Abgaskammern 3 der Steinrekuperatoren und den in den Gewölbepfeilern
liegenden Abgassammelkanälen münden Leitungen 9 für Zusatzluft. Jeder Verbindungskanal
8 ist oberhalb eines Abgasregulierschiebers io zu einer Aussparung ii erweitert,
in der sich zwei aus Metallröhren bestehende Rekuperatorelemente 12 befinden. Diese
werden außen von den durch Kanal 8 strömenden und mittels der durch Leitung 9 zugeführten
Zusatzluft in ihrer Temperatur ermäßigten Abgasen umspült. Die Vorderwand 13 jeder
Aussparung enthält eine gasdicht abschließbare Öffnung, durch welche die Rekuperatorelemente
12 gereinigt und gegebenenfalls ausgewechselt werden können. Die Zuleitung 14 zu
jeder Rekuperatoreinheit kann wahlweise an die Schwachgasleitung oder an die Außenluft
angeschlossen werden und ist innerhalb der Aussparung i i als Vorwärmer ausgebildet.
Die beiden in einer Aussparung i i liegenden Elemente 12 sind durch je eine Verbindungsleitung
15 mit den zugehörigen Luft- bzw. Gaskamrnern i und 2 der Steinrekuperatoren verbunden.
Zu diesem Zweck ist die eine Verbindungsleitung 15 an die zur zugehörigen Luftkammer
i führende Luftleitung 16 und die andere Verbindungsleitung an eine zur zugehörigen
Rekuperatorkammer 2 führende Leitung 17 angeschlossen, die ihrerseits wahlweise
mit der Schwachgasleitung oder der Außenluft zu verbinden ist. In den absperrbaren
Zuleitungen 1q. der Metallrekuperatoren 12 können weiter Mengenregler vorgesehen
werden. Bei völliger oder teilweiser Abschaltung der Metallrekuperatoren wird die
Verbrennungsluft durch Düsenleitung 16 unmittelbar der zugehörigen Luftkammer i
und Schwachgas durch Leitung 17 der zugehörigen Gaskammer 2 der Steinrekuperatoren
zugeführt: