DE895366C

DE895366C - Vertical chamber furnace system for continuous smoldering and coking of bituminous fuels

Info

Publication number: DE895366C
Application number: DEK5985D
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dr-Ing E H Koppers
Original assignee: Heinrich Koppers GmbH
Current assignee: Heinrich Koppers GmbH
Priority date: 1940-08-14
Filing date: 1940-08-14
Publication date: 1953-11-02

Description

Vertikalkammerofenanlage zum kontinuierlichen Schwelen und Verkoken von bituminösen Brennstoffen Die Erfindung bezieht sich auf einen senkrechten Kammerofen zum Erzeugen von Gas, Koks und wertvollem, bei niedrigen Temperaturen gebildetem Teer im stetigen Betrieb aus, bituminösen Brennstoffen, mit Heizkanälen in den Kammerwänden und einer das Ofenmauerwerk zusammenhaltenden äußeren Verankerung, die aus senkrechten Stützen besteht.Vertical chamber furnace system for continuous smoldering and coking of bituminous fuels The invention relates to a vertical chamber furnace for the production of gas, coke and valuable products formed at low temperatures Tar in continuous operation from, bituminous fuels, with heating channels in the chamber walls and an outer anchorage that holds the furnace masonry together and consists of vertical Supports.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen solchen senkrechten Kammerofen so auszubilden, daß er im oberen Teil mit Schweltemperaturen, , also Temperaturen von unter 6oo°, betrieben werden kann, während im unteren Teil die restlose Entgasung erfolgen kann. Zu diesem Zweck besteht der senkrechte Kammerofen gemäß .der Erfindung im oberen Teil aus tongebundenen, feuerfesten Steinen und im unteren Teil aus Silicasteinen. Ferner ist im Mauerwerk des, oberen Heizwandteiles nahe dem Beginn des Silicamauerwerks ein das tongebundene Mauerwerk während des Anheizens zusammenhaltender Zuganker vorgesehen, der im Bereich der Heizzüge von auf Vorsprüngen der Heizzugwände abgestützten Kanalsteinen umgeben ist.The invention is based on the object of such a vertical To train chamber furnace so that it is in the upper part with smoldering temperatures, so Temperatures of below 6oo °, can be operated, while in the lower part the complete degassing can take place. The vertical chamber furnace is used for this purpose According to the invention in the upper part of clay-bonded, refractory bricks and in lower part made of silica stones. Furthermore, the upper part of the heating wall is in the masonry near the beginning of the silica masonry, the clay-bound masonry during the Heating up a cohesive tie rod provided in the area of the heating flues from is surrounded by channel stones supported on projections of the heating duct walls.

Es ist zwar bekannt, Horizontalkoksöfen im unteren Teil aus tongebundenem und im oberen Teil aus Silicabaustoff herzustellen und zum Zusammenhalten des weniger starkdehnenden Mauerwerks besondere Verankerungsmittel vorzusehen. Hierbei wurde jedoch lediglich der die Regeneratoren umfassende Bauteil aus tongebundenem, der die Heizwände und Verkokungskammern bildende Bauteil jedoch aus. Silicabaustoff hergestellt.It is known to have horizontal coke ovens in the lower part made of clay-bound and to make the upper part of silica building material and to hold the less together strongly expanding masonry special anchoring means are to be provided. Here, however, only the component comprising the regenerators made of clay-bound, however, the component forming the heating walls and coking chambers. Silica building material manufactured.

Demgegenüber löst die Erfindung die Aufgabe, senkrechte Verkokungskammern nahe dem Eintritt des zu verarbeitenden Brennstoffes mit-einer niedrigen Betriebstemperatur zu betreiben, bei der die Zersetzung und Entbindung des Kohlebitumens unter der Schwelung entsprechenden Bedingungen erfolgt. Im unteren Teil der Kammer wird dann der entstandene Schwelkoks bei hoher Temperatur restlos entgast und verfestigt und gegebenenfalls auch Wassergas in beschränktem Umfang erzeugt.In contrast, the invention solves the problem of vertical coking chambers near the inlet of the fuel to be processed with a low operating temperature to operate in which the decomposition and release of the coal bitumen under the Smoldering corresponding conditions takes place. Then in the lower part of the chamber the resulting coke is completely degassed and solidified at high temperature and possibly also produces water gas to a limited extent.

Dadurch, daß für den Oberteil der Heizwände als Baustoff tongebundene feuerfeste Steine benutzt werden, ist es möglich, dort die für die Schwelung erforderlichen niedrigen, unterhalb 6oo° liegenden Arbeitstemperaturen anzuwenden, denen Silicamaterial nicht dauernd standhält, während der untere, aus Silicasteinen aufgebaute Heizwandabschnitt der für die vollständige Entgasung erforderlichen Temperatur glatt gewachsen ist. Die verschiedene Wärmedehnung der tongebundenen Steine und des Silicamaterials während des Anheizens des Ofenmauerwerks auf Betriebstemperatur wird durch die vorübergehend in den mittleren Gaskanälen liegenden Zuganker aufgenommen, so daß der Zusammenhalt des Heizwanidmauerwerks gesichert ist.The fact that clay-bound as a building material for the upper part of the heating walls If refractory bricks are used, it is possible to find the ones required for the smoldering there use low working temperatures below 600 °, which silica material does not withstand continuously, while the lower heating wall section made up of silica stones has grown smoothly to the temperature required for complete degassing. The different thermal expansion of the clay-bound stones and the silica material during the heating of the kiln masonry to operating temperature is temporarily prevented by the In the middle gas channels lying tie rods added, so that the cohesion of the Heizwanid masonry is secured.

In der Zeichnung ist in Abb. i ein senkrechter Schnitt durch einen gemäß,der Erfindung ausgebildeten Vertikalkammerofen wiedergegeben, während Abb. 2 einen senkrechten Schnitt nach Linie II-II der Abb. i zeigt.In the drawing, Fig. I is a vertical section through a according to the invention formed vertical chamber furnace reproduced, while Fig. Figure 2 shows a vertical section along line II-II of Figure i.

Der zu verarbeitende Brennstoff gelangt aus nicht gezeichneten Vorratsbehältern in den Füllkanal i der von außen beheizten senkrechten Ofenkammern. Die Ofenkammern werden von den aus feuerfestem MauerwerkbestehendenLäuferwänden 2 und 3 gebildet, die senkrechte Heizzüge 4, 5 und 6 begrenzen. Wie Abb. i zeigt, liegen in einer Kammerwand mehrere solcher Heizzüge nebeneinander, die durch Binderwände 7 getrennt sind.The fuel to be processed comes from storage containers (not shown) into the filling channel i of the externally heated vertical furnace chambers. The furnace chambers are formed by the runner walls 2 and 3 made of refractory masonry, limit the vertical heating flues 4, 5 and 6. As Fig. I shows, lie in a Chamber wall several such heating flues next to one another, separated by truss walls 7 are.

Das die Ofenkammern und Heizwände bildende feuerfeste Mauerwerk ist seitlich von einem .die Wärme schlecht leitenden Mauerwerk 8 umgeben und von Deckenmauerwerk 9 begrenzt. Das äußere Mauerwerk wird von der aus den senkrechten Ankerständern io und- den oberen und unteren Zugstangen i i bestehenden Verankerung zusammengehalten. Seitlich neben den Ofenkammern und den Heizwänden liegen in dem Ofenblock ferner noch die Regeneratoren 13.The fireproof masonry that forms the furnace chambers and heating walls laterally surrounded by a .the heat poorly conductive masonry 8 and by ceiling masonry 9 limited. The outer masonry is made up of the vertical anchor stands io and- the upper and lower tie rods i i existing anchoring held together. Laterally next to the furnace chambers and the heating walls are also located in the furnace block nor the regenerators 13.

In den Heizzügen der Kammerwände wird zur Erzeugung der für die Vetakokung oder Schwelung erforderlichen Wärme Gas mit Luft verbrannt. Unterhalb der Heizzüge 4 sind hierzu waagerechte Luftverteilkanäle 14 angeordnet, die durch -regelbare Düsenöffnungen 15 mit den darüberliegenden Heizzügen verbunden sind. Etwas oberhalb der Luftverteilkanäle 14 ist der Heizgasverteilkanal 16 angeordnet.In the heating flues of the chamber walls is used to generate the for the vetakokung or smoldering required heat gas burned with air. Below the heating flues 4 horizontal air distribution channels 14 are arranged for this purpose, the through-regulable Nozzle openings 15 are connected to the overlying heating flues. A little above The heating gas distribution channel 16 is arranged in the air distribution channels 14.

Zwischen den die Heizzüge 4 durchsetzenden Verteilkanäle 114 für Verbrennungsluft und den die Ofenkammer i bildenden Wänden 2 Bind nach den Heizzügen offene Längsräume 36 angeordnet. Durch diese Räume 36 wird bei Urndichtigkeiten der Wände 2 ein Kurzschluß des Destillationsgases mit der Luft und eine Zerstörung des Mauerwerksdurch die sich .dabei bildende Stichflamme vermieden, da etwa austretende Destillationsgasedurch den in den Heizzügen 4 vorhandenen Unterdruck in die Heizzüge gesaugt werden.Between the distribution channels 114 for combustion air which penetrate the heating flues 4 and the walls 2 forming the furnace chamber i after the heating flues open longitudinal spaces 36 arranged. A short circuit occurs through these spaces 36 if the walls 2 are impermeable of the distillation gas with the air and destruction of the masonry by the Avoided jet flame that forms, since distillation gases may escape through the vacuum present in the heating flues 4 is sucked into the heating flues.

Die Luftverteilkanäle 14 stehen durch den Umführungskana1 z7 paarweise mit je einem Regenerator i13 in Verbindung, .der durch den am Boden vorgesehenen Sohlkanal 18 bei i9 mit der Außenluft bzw. dem Kamin verbunden werden kann.The air distribution ducts 14 are in pairs through the bypass ducts z7 each connected to a regenerator i13, the one provided on the floor Sole channel 18 can be connected to the outside air or the chimney at i9.

Es sei angenommen, daß bei dem .in der Zeichnung in Abb. i dargestellten Ofen d er Regenerator 13 bei i9 mit der Außenluft verbunden ist und nun Verbrennungsluft von dem Sohlkanal18 in das vorher erhitzte Gitterwerk des Regenerators 13 strömt. Die vorerhitzte Verbrennungsluft gelangt dann .durch den Umgehungskanal 17 in die beiden Luftverteilkanäle 14 und verteilt sich von dort gleichmäßig durch die Öffnungen 15 auf .die Heizzüge 4. Gleichzeitig wird durch den Heizgasverteilkanal16, der an die Gaszuleitung angeschlossen ist, Brenngas in .die Heizzüge 4 eingeführt.It is assumed that the one shown in the drawing in Fig. I Oven which regenerator 13 is connected to the outside air at 19 and now combustion air flows from the bottom channel 18 into the previously heated latticework of the regenerator 13. The preheated combustion air then passes through the bypass duct 17 into the two air distribution channels 14 and distributed from there evenly through the openings 15 to .the heating flues 4. At the same time, through the Heizgasverteilkanal16, which is on the gas supply line is connected, fuel gas is introduced into the heating flues 4.

Gas verbrennt mit Luft in den Heizzügen 4 -aufwärts. Die verbrannten Gase treffen auf eine zwischen den Heizzügen 4 und 5 vorgesehene Verengung 2i, wodurch in den unteren Heizzügen 4 eine Wärmestauung entsprechend der im unteren Teil der Kammer zur restlosen Entgasung des Koksfes benötigten großen Wärmemenge hervorgerufen wird. Aus den Heizzügen 5 gelangen die Gase dann in den Heizzug 6, wobei sie ebenfalls eine mit 22 bezeichnete Verengung durchströmen. müssen. Aus dem Heizzug 6 ziehen,die heißen Gase schließlich durch die Öffnungen 23, die von Schiebern 24 beherrscht werden, in ein Paar obere Sammelkanäle 25, die am Ende an einen Umführungskana126 angeschlossen sind.DerUmführungskanal 26 steht andererseits in Verbindung mit einem anderen Paar Sammelkanälen 25, die über der benachbarten Heizwand liegen. Die heißen Abgase strömen dann die Heizzüge der benachbarten Heizwand abwärts und gelangen schließlich durch die Düsenöffnungen 15 in .die Luftverteilkanäle 14, die in diesem Falle als Abgassammelkanäle wirken. Von ,dort strömen die heißen Abgase durch eine der Umführungsleitung 17 entsprechende Leitung in einen dem Regenerator 13 benachbarten Regenerator, dessen Gitterwerk dadurch aufgeheizt wird. Sobald die Temperatur in dem Gitterwerk des Regenerators, der in der erwähnten Betriebsperiode zur Vorwärmung der Verbrennungsluft diente, unter Idas. Maß gesunken ist, welches zur Vorerhitzung -der Luft erforderlich ist, wird die Beheizungsrichtung in üblicher Weise gewechselt: Der vorher durch die heißen Abgase aufgeheizte Regenerator dient nun zum Aufheizen der Luft, und der vorher zum Aufheizen :der Luft dienende Regenerator wird jetzt wieder aufgeheizt.Gas burns with air in the heating flues 4 upwards. The burned Gases hit a constriction 2i provided between the heating flues 4 and 5, as a result of which in the lower heating flues 4 a heat accumulation corresponding to that in the lower part of the Chamber for the complete degassing of the coke produced a large amount of heat required will. From the heating flues 5, the gases then pass into the heating flue 6, and they too flow through a constriction designated by 22. have to. Pull out the heating flue 6, the hot gases finally through the openings 23, which are dominated by slides 24 into a pair of upper collecting channels 25, which at the end are connected to a bypass channel126 The bypass channel 26 is on the other hand in connection with a other pair of collecting channels 25, which are located above the adjacent heating wall. The hot ones Exhaust gases then flow down the heating flues of the neighboring heating wall and get there finally through the nozzle openings 15 in .die Luftverteilkanäle 14, which in this Trap act as exhaust manifolds. From there, the hot exhaust gases flow through one the bypass line 17 corresponding to a line adjacent to the regenerator 13 Regenerator, the latticework of which is heated up as a result. As soon as the temperature is in the latticework of the regenerator, which is used for preheating during the mentioned operating period served the combustion air, under Idas. Level has decreased, which is used for preheating -the air is required, the heating direction is changed in the usual way: The one previously heated up by the hot exhaust gases Serves regenerator now to heat the air, and the previously used to heat up: the air regenerator is now being heated up again.

Die oben in die Ofenkammer eintretende Kohle muß zunächst auf eine vergleichsweise niedrige Destillationstemperatur erhitzt werden, um Nebenpro,dukte derjenigen Qualität zu erhalten, die sich beim Schwelender Kohle ergibt.The coal entering the furnace chamber at the top must first go to a comparatively low distillation temperature are heated to produce by-products the quality that results from smoldering coal.

Im unteren Teil der Destillationskammern muß der Brennstoff hingegen auf eine hohe Temperatur erhitzt werden, wie sie beispielsweisse auch in übliehen Gaswerksöfen erreicht wird, um den Brennstoff vollständig zu entgasen.In the lower part of the distillation chambers, however, the fuel must be heated to a high temperature, as they are, for example, also used in Gas works furnaces is achieved to completely degas the fuel.

Die im oberen Teil der Destillationskammer eingehaltene Arbeitstemperatur kann bei q.5o bis 6oo° liegen. In diesem Temperaturbereich besitzt der für Kokerei- und Gaswerksöfen am meisten benutzte Silicabaustoff nur eine geringe Beständigkeit. Die Erfindung sieht daher als. Baustoff für den oberen Heizwandteil tongebundene Steine vor, .die auch bei niedriger Arbeitstemperatur halbbar sind.The working temperature maintained in the upper part of the distillation chamber can be from q.5o to 600 °. In this temperature range, the coke oven and gas-fired furnaces, the silica building material most commonly used has poor resistance. The invention therefore sees as. Clay-bound building material for the upper part of the heating wall Stones that can be halved even at low working temperatures.

Tongebundene Steine können aber nicht jenen Temperaturen standhalten, die zur Restentgasung des Brennstoffs erreicht werden müssen. Daher sieht die Erfindung für den unteren Teil der Kammerwände Silicasteine vor.Clay-bonded stones, however, cannot withstand those temperatures which must be achieved for residual degassing of the fuel. Hence the invention sees silica stones for the lower part of the chamber walls.

Die Läuferwände 2 und die in deren Bereich liegenden Binderwände 7 werden also aus Silicasteinen aufgebaut, während die oberen Läuferwände 3 und die zugehörigen Binderwände aus tongebundenen Steinen bestehen.The runner walls 2 and the truss walls 7 lying in their area So are built from silica stones, while the upper runner walls 3 and the associated truss walls consist of clay-bound stones.

Nun besitzen aber tongebundene Steine und Silicasteine eine starkverschiedeneWärmedehnung. In dem Bereich bis ,etwa 650° dehnt sich Silicamaterial wesentlich stärker als tongebundenes Material. Dies würde an sich zur Folge haben, daß das tongebundene Material nahe der in Abb. 2 mit 27 bezeichneten Trennungsebene zwischen tongebundenem und Silicamauerwerk auseinandergezogen würde, wenn der Ofen von Normaltemperatur auf Betriebstemperatur erhitzt wird.However, clay-bound stones and silica stones have very different thermal expansion. In the range up to about 650 °, silica material expands much more than clay-bound material Material. This would in itself have the consequence that the clay-bound material close the plane of separation marked 27 in Fig. 2 between clay-bonded and silica masonry would be pulled apart when the furnace from normal temperature to operating temperature is heated.

Um eine derartige Zerstörung des Mauerwerks zu verhindern, sind gemäß der Erfindung in -den unteren Schichten des tongebundenen Mauerwerks besondere Zuganker 29 (vgl. Abb. ii) vorgesehen, die unter Vermittlung kastenartiger, durchlaufender Druckrahmen 30 auf die untersten Schichten des: tongebundenen Mauerwerks wirken. Zwischen den Silica- und tongebundenen Steinen ist die Trennfuge so ausgebildet, daß sich die beiden Steinschichten gegeneinander verschieben 'önnen.In order to prevent such a destruction of the masonry, special tie rods 29 (see Fig. Ii) are provided according to the invention in the lower layers of the clay-bound masonry, which act on the lowest layers of the clay-bound masonry with the help of box-like, continuous pressure frames 30 . The parting line between the silica and clay-bound stones is designed in such a way that the two stone layers can move against one another.

Während des Anheizens des Ofens auf Betriebstemperatur halten die Zuganker 29 die unteren Schichten des tongebundenen Mauerwerks zusammen, während das Silicamauerwerk sich dehnt und dabei relativ zum tongebundenen Mauerwerk verschiebt. Sobald die Temperaturdes Mauerwerks höher gestiegen ist und in jenen Bereich kommt, in dem die Wärmedehnung der tongebundenen Steine und der Silicasteine besser übereinstimmen, werden die Zuganker 29 entfernt. Das Mauerwerk vermag sich dann weiter zu dehnen. Risse im tongebundenen Mauerwerk können aber nicht mehr entstehen, da jetzt die Wärmedehnung an allen Stellen des Ofens gleich ist.While the furnace is heating up to operating temperature, the Tie rods 29 the lower layers of clay-bonded masonry together while the silica masonry expands and thereby shifts relative to the clay-bound masonry. As soon as the temperature of the masonry has risen higher and comes into that area, in which the thermal expansion of the clay-bound stones and the silica stones match better, the tie rods 29 are removed. The masonry can then expand further. Cracks in the clay-bound masonry can no longer arise, because now the Thermal expansion is the same at all points of the furnace.

Zur Aufnahme der Zuganker 29 dient bei dem dargestellten Ofen ein kleiner durchgehender Kanal 3i, der am Fuße der oberen Heizzüge 6 liegt. Dieser Kanal 31 kann auch dazu benutzt werden, um Heizgas in die oberen Heizzüge einzuleiten, was beispielsweise notwendig ist, wenn der dargestellte Ofen als Hochtemperaturverkokungsofen ähnlich wie ein: Gaswerksofen betrieben werden soll.To accommodate the tie rods 29 is used in the furnace shown small continuous duct 3i, which lies at the foot of the upper heating flues 6. This Channel 31 can also be used to feed hot gas into the upper heating flues, which is necessary, for example, if the furnace shown is used as a high-temperature coking furnace similar to how a gas-fired furnace should be operated.

Eine derartige zusätzliche Beheizung der Ofenzone der Destillationskammer 'hat zur Folge, daß namentlich auch die Graphitbildung an den Kammerwänden beseitigt wird, die häufig dann zu beobachten ist, wenn die Beheizung nicht nur von unten nach oben, sondern auch von oben nach unten durchgeführt wird.Such additional heating of the furnace zone of the distillation chamber 'has the consequence that, in particular, the formation of graphite on the chamber walls is eliminated which can often be observed when the heating is not only from below upwards, but also from top to bottom.

Ferner ist, wie Abb.2 besonders deutlich erkennen läßt, am oberen Ende der Heizzüge 6 noch ein Gasverteil'kan.al32 vorgesehen. In diesem Kanal können Heizmittel eingeführt werden, beispielsweise dann, wenn die Temperatur der in ;den Heizzügen abwärts strömenden heißen Gase unvorteilhaft niedrig ist. In -diesem Fall werden die Gase zweckmäßig am Fuße der Heizzüge q. mit einer entsprechend erhöhten Luftmenge verbrannt, so daß in den Abgasen genügend Sauerstoff für die Verbrennung der Gase enthalten ist, .die durch -die Kanäle 32 nachträglich zugeführt werden.Furthermore, as can be seen particularly clearly in Figure 2, at the top At the end of the heating flues 6 a Gasverteil'kan.al32 is also provided. In this channel you can Heating means are introduced, for example when the temperature of the in; the Hot gases flowing downwards on heating flues is disadvantageously low. In this case the gases are expediently at the foot of the heating flues q. with a correspondingly increased Amount of air burned so that there is enough oxygen in the exhaust gases for combustion the gases is contained, .which are subsequently supplied through the channels 32.

Durch die besondere Beheizung werden in der Ofenkammer mehrere verschiedene Beheizungszonen A, B und C gebildet. Der durch den Füllkanal i eingeführte Brennstoff wird in der Zone A zunächst mäßig erhitzt, so daß Nebenprodukte von der Beschaffenheit der Schwelerzeugnisse entstehen. In -der Zone B wird der Brennstoff entgast, und in ,der Zone C schließlich, wo sehr hohe Temperaturen herrschen, kann die- fühlbare Wärme des Kokses zur Bildung von Wassergas benutzt werden, wobei Wasserdampf durch die Bodenkanäle 33 und die Öffnungen 34 von unten in die Ofenkammern eingeleitet wird.Due to the special heating, several different heating zones A, B and C are created in the furnace chamber. The fuel introduced through the filling channel i is initially heated moderately in zone A, so that by-products arise from the nature of the smoldering products. In zone B the fuel is degassed, and finally in zone C, where very high temperatures prevail, the sensible heat of the coke can be used to form water gas, with water vapor flowing through the bottom channels 33 and the openings 34 from below is introduced into the furnace chambers.

Am unteren Ende bei 35 wird dann der durch die Wassergasreaktion vorgekühlte Brennstoff abgezogen und einer auf der Zeichnung nichtdargestellten üblichen Kühleinrichtung zugeführt.At the lower end at 35 the one pre-cooled by the water gas reaction is then Fuel withdrawn and a customary cooling device not shown in the drawing fed.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Vertical chamber furnace for generating gas, coke and valuable tar formed at low temperatures in continuous operation bituminous fuels, with heating ducts in the chamber walls and one the furnace masonry cohesive: external anchorage consisting of vertical supports and connecting them horizontal tie rods, characterized in that the heating walls of the chambers in the upper part, heated at smoldering temperatures, made of clay-bonded refractory bricks and in the lower one, heated at the temperatures required for complete degassing Part made of S, il.ica stones and in the masonry of the upper part of the heating wall near the beginning of the silica masonry, the clay-bound masonry during the The tie rod that holds the heating together is installed in the area of the heating flues is surrounded by channel stones supported on projections of the Heizzugwän @ de.

2. Chamber furnace according to claim rin application to heating walls with vertical heating channels, characterized in that the heating wall part made of clay-bound masonry is designed as a special heating zone, in the heating means in the upper and lower End can be inserted, the recess for the tie rod after their; Distance serves as a heating gas supply channel.

3. Chamber furnace according to claim 2, characterized through a constriction (2r) in the lower one, made of silica stones, which slows down the gas flow existing heating wall part. q .. Chamber furnace according to claim z, 2 or 3, characterized through a space (36) open after the heating flues between which the heating flues (q.) penetrating distribution channels (1q.) for combustion air and the furnace chamber (t), forming walls (2, rotor layer).