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Rekuperativ-Koksofengruppe für die Beheizung mittels Stark-oder Schwachgas
Die Erfindung .betrifft eine Ofengruppe für Beheizung mittels Starkgas oder Schwachgas
oder für beide Beheizungsarten nach Wahl und mit senkrechten Heizzügen, wobei zur
Vorwärmung der Verbrennungsstoffe Rekuperatoren angewendet werden. Ihr Wesen besteht
in besonderen Gestaltungen für die Rekuperatoren und in deren Anordnung innerhalb
der Ofengruppe, und sie umfaBt weitere aus dieser Grundlage entwickelte Merkmale
hinsichtlich Bauart und lBetriebsweise der Rekuperatoren und Öfen. tEs sind Koksöfen
bekannt, bei denen ein Rekuperator für jede einzelne Heizwand zur Vorwärmung der
Verbrennungsluft unterhalb des Ofenoberbaus vorgesehen ist. Es sind auch schon bei
Industrieöfen Rekuperatoren zur Vorwärmung von Verbrennungsstoffen angewendet worden,
:die einen aus feuerfesten Baustoffen hergestellten Teil für die höheren Temperaturbereiche
und einen aus Metall hergestellten Teil für die niederen Temperaturbereiche umfassen.
Alle solche bekannten ,Anordnungen werden nicht den für Koksöfen geltenden besonderen
Verhältnissen und Bedingungen gerecht, die hier hauptsächlich durch die gruppenweise
Zusammenfassung einer Vielzahl von einzelnen Ofenkammern und Heizwänden und durch
die Bauart und Betriebsweise derselben, insbesondere durch die hieraus entspringende
Notwendigkeit .der Einhaltung sehr geringer Druckunterschiede in den sämtlichen
einzelnen Räumen und Kanälen des Ofensystems, gegeben sind.
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Bei der Rekuperativ-Koksofengruppe nach der Erfindung ist der erfinderische
Grundgedanke der, jeder mit senkrechten Heizzügen ausgestatteten Heizwand einen
aus feuerfesten Baustoffen hergestellten
Rekuperator für die höheren
Temperaturbereiche, der unterhalb der Ofenkammer angeordnet ist, zuzuordnen und
einen aus Metall hergestellten, der ganzen Ofengruppe gemeinsamen Rekuperätor für
die niedrigeren Temperaturbereiche hintereinanderzuschalten. Hierbei werden nach
einem weiteren Erfindungsmerkmal zum Fördern sowohl der Verbrennungsstoffe (Luft,
Heizgas) als auch der ;Abgase durch die Gesamtheit der Rekuperatoren gesonderte
iGebläse angeordnet. Diese erfindungsgemäße Gestaltung und Bauweise der Rekuperatoren
ergibt vorteilhafte Möglichkeiten für das Zusammenschalten und Zusammenwirken @
der feuerfesten Rekuperatoren mit den Heizwänden bei einer hochwertigen Ausnutzung
des ganzen Heizsystems, zugleich aber auch wegen dieser Zusammenschaltung die Möglichkeit
zur Unterhaltung .günstiger,Strömungs-, Gasdruck- und Wärmeübertragungsbedingungen,
wie sich im einzelnen aizs dem unten beschriebenen Ausführungsbeispiel ergeben wird.
Außerdem wird durch diese Unterteilung und Gruppierung der Rekuperatoren innerhalb
des ganzen Systems eine besondere ebenfalls erfindungsgemäße Betriebsweise der Rekuperativ-Koksofengruppe
ermöglicht, die darin besteht, daß mit Hilfe einerAbzweigleitung zwischen den feuerfesten
Rekuperatoren und dem Metallrekuperator ein Teil der durch die ersteren gegangenen
Abgase mit höherer Temperatur abgeführt wird, um außerhalb der Ofenanlage für beliebige
Zwecke ausgenutzt zu werden. Eine zu den Erfindungsmerkmalen gehörende Aufbauweise
der feuerfesten Rekuperatoren, .die mit ihrer erfindungsgemäßen Anordnung innerhalb
der Ofengruppe in engem Zusammenhang steht und wesentlich zur Erreichung der erstrebten
Vorteile, namentlich für den Betrieb der Ofen beiträgt, ist dadurch gekennzeichnet,
daß die wärmeaustauschenden Gase im Gegenstrom durch senkrechte Kanäle geführt werden,
von denen jeweils eine große Anzahl in einheitlichen, übereinander zu setzenden
Steinblöcken von beträchtlichen Längs- und Querabmessungen zusammengefaßt ist. Hiermit
ergibt sich ein vorteilhaftes und bequemes Zusammenschalten der Rekuperatorkanäle
und Heizzüge und eine für den Betrieb, insbesondere für die geregelte Heizstoffverteilung
wertvolle ,A ,ufteilung des feuerfesten Rekuperators jeder Heizwand entsprechend
den einzelnen Heizzügen.
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Die Gesamtanordnung eines einheitlich aus .-letall hergestellten Rekuperators
für die ganze Ofenbatterie ergibt weitgehende Freiheit für die Konstruktion und
Betriebsweise dieses Rekuperatorteils. Demgemäß kann dieser Metallrekuperator nach
einem weiteren Erfindungsmerkmal mit Kanälen für die wärmeaustauschenden Gase ausgestattet
«erden, die aus einer Vielzahl von parallelen eng stehenden Metallplatten gebildet
und im Gegenstrom von den Verbrennungsstoffen (Luft, Heizgas) und den Abgasen durchzogen
werden. Die erwähnte Förderung sowohl der Verbrennungsstoffe als auch der Abgase
durch die Rekuperatoren mittels besonderer Gebläse ermöglicht es, bei einer solchen
Bauweise :des Metallrekuperators, unbekümmert um den Strömungswiderstand verhältnismäßig
hohe Geschwindigkeiten für das Durchströmen der wärmeaustauschenden Gase anzuwenden
und dadurch denWärmeübergang wesentlich zu verstärken, d. h. auch die Wärmeausnutzung
zu verbessern.
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Weitere Besonderheiten und Merkreale der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführun.gsbeispieles in Verbindung mit den
Zeichnungen.
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Es ist bei Koksöfen bekannt, einen für die ganze Ofenbatterie einheitlichen
Rekuperator einfachster Bauart, nämlich mit lediglich einem einzelnenRohrkanal,
so anzuordnen, daß der Weg ,der heißen Abgase zuerst durch ein feuerfestes Kanalstück
und danach durch ein metallisches Rohr geht. Dieser bekannte Rekuperator befindet
sich ganz außerhalb der Ofenbatterie, ebenso wie andere bekannte Ko@hsofenrekuperatoren,
welche ausschließlich aus feuerfestem Baustoff gefertigt sind. Ferner ist es auch
bekannt, bei einer Koksofenbatterie unterhalb jeder Ofenkammer einen aus feuerfesten
Baustoffen hergestellten Rekuperator für die höheren Temperaturbereiche zur Versorgung
einer zugeordneten Heizwand anzuordnen. Ein ausschließlich außerhalb der Ofenbatterie
angeordneter Rekuperator würde, wenn man mit ihm eine hochgradige und weitreichende
Wärmeausnutzung und Wärmeübertragung durchführen wollte, baulich viel zu Umfangreich
und dadurch zu teuer werden, auch wegen seiner Größe und Lage zu große Wärmeverluste
bedingen, d. h. in Anlage und Betrieb unwirtschaftlich sein. Ein feuerfester Rekuperator
unterhalb der Heizwände der Ofenbatterie kann, weben der schwierigen Wärnieübertragung
durch Steinwände hindurch, nur für die höheren Temperaturbereiche vorgesehen werden,
d. h. man kann damit nur einen Teil des Wärmevorrats der heißen ,Abgase ausnutzen.
Die Konstruktion eines solchen feuerfesten Rekuperators, welcher auch die niedrigeren
Temperaturbereiche ausnutzen sollte, würde durch die Schwäche und Langsamkeit des
sehr trägen Wärmeübergangs im Hinblick auf den baulich beschränkten Raum auf unüberwindliche
Schwierigkeiten stoßen. Bei der erfindungsgemäßen Rekuperativ-Koksofengruppe werden
die geschilderten Schwierigkeiten und Mängel der bekannten Rekuperatorenanordnungen
mühelos überwunden und bestbefriedigende Ergebnisse hinsichtlich Anlage und Betrieb
erzielt. Die Kombination der feuerfesten Rekuperatoren unter den Öfen mit dem Metallrekuperator
außerhalb derselben ergibt für jeden der beiden Teile die Möglichkeit der günstigsten
Bauweise und Gestaltung im einzelnen und für das Ganze die beste Wärmeausnutzung
und .damit die höchste Wirtschaftlichkeit.
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Durch die Zeichnung wird eine Ausführungsform der Erfindung als Beispiel
in verschiedenen Gesamt- und Einzeldarstellungen wiedergegeben.
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Abb. i ist eine Aufrißansicht, in Richtung der Ofenkammerachsen gesehen,
und Abb.2 eine zugehörige Grundrißaufsicht, beide etwas schematisch gehalten, für
die Gesamtanordnung
der Ofengruppe mit Rekuperatoren und Verbindungsrohrleitungen.
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Abb. 3 ist im allgemeinen ein senkrechter Querschnitt de- Ofengruppe
nach der Linie a-a der Abb. 2. Im einzelnen ist der linke Teil der Abb. 3 ein senkrechter
Schnitt nach der Linie b-b, der rechte Teil ein Schnitt nach den Linien c-c und
d-d der Abb.4; der mittlere Teil ist in vereinfachter Darstellung ein gleichartiger
senkrechter Schnitt, teilweise durch eine Ofenkammer, nach den Linien e-b bzw, e-c
der A:bb. d..
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A'bb. q. ist ein zu @A;bb. 3 rechtwinklig stehender Schnitt, d. h.
ein senkrechter Querschnitt der Ofenkammern und Heizwände nebst feuerfesten Rekuperatoren,
und zwar links nach der Linie f-f, rechts nach der Linie la-h und in der Mitte nach
der Linie k-k der Abb. 3.
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Abb. 5 und 6 sind in vergrößertem Maßstab gehaltene Teilgrundrisse
zu Abb. d. als waagerechte Schnitte nach deren Linien in-rn und r-r bzw. s-s und
t-t, wie im einzelnen beigeschrieben.
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Abb. 7 ist ein Teilausschnitt der Abb. 3 zur Darstellung einer Einzelheit
in vergrößertem Maßstab. Die Koksofengruppe i, von der in der Gesamtanordnung der
A:bb. i und 2 nur ein an einem Bätteriekopf angrenzendes Teilstück gezeichnet ist,
besteht aus einer größeren oder kleineren Anzahl von liegenden Ofenkammern 2 und
dazwischen befindlichen Heizwänden 3. Die Heizwände werden aus senkrechten Heizzügen
4 gebildet, die über die ganze Ofenlänge parallel geschaltet und einheitlich, nicht
nach verschiedenen Gruppen unterteilt, betrieben werden. Unter den Ofenkammern sind,
ebenfalls über die ganze Ofenlänge reichend, Rekuperatoren 5 zur Vorwärmung der
Verbrennungsstoffe angeordnet, die aus feuerfestem Baustoff hergestellt und für
die höheren Temperaturbereiche der Vorwärmung bestimmt sind. Das ganze Ofenbauwerk
aus Ofenkammern, Heizwänden undRekuperatoren ist auf Fundamentpfeilern. 6 aufgebaut,
die zwischen sich begehbare freie Räume 7 belassen. Unter den Rekuperatoren liegen
die waagerechten Verteilkanäle 8 und 9 für die Zufuhr von Luft bzw. Schwachgas und
io für die Abfuhr von Abgasen. Diese waagerechten Verteilkanäle reichen ebenfalls
über die ganze Ofenlänge. Jeder Verteilkanal 8 ist durch den Rohrkrümmer i i, in
dem sich ein Absperrorgan 14 befindet, an eine Rohrleitung 17, jeder Verteilkanal
9 gleichartig durch einen Rohrkrümmer 12 mit Absperrorgan 15 an die Rohrleitung
i8 und jeder Verteilkanal 1o durch den Rohrkrümmer 13 mit .Absperrorgan 16 an die
Rohrleitung i9 angeschlossen. Diese drei Rohrleitungen 17, 18 und i9 reichen jede
über die ganze Ofengruppe und .dienen zur Verteilung der Verbrennungsstoffe (Luft
und Schwachgas) und zur@ammlung der Abgase.
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Für den Betrieb mit Starkgas ist über jeder Heizwand in der Ofendecke
ein Verteilkanal2o vorgesehen, der mit jedem Heizzug q. durch eine Düse 21 in Verbindung
steht und an eine für die ganze Ofengruppe gemeinsame Starkgashauptleitung 22 durch
einen mit dem Absperrorgan 24. ausgestatteten Rohrkrümmer angeschlossen ist. In
der Achse jeder ;Düse 21 ist über ihr eine Deckendurchbrechun.g 23 als Schauloch
vorgesehen.
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Außerhalb des Ofenbauwerks (vgl.,Abb. i und 2) ist erfindungsgemäß
ein der ganzen Ofengruppe gemeinsamer Rekuperator 25 angeordnet, der aus :Metall
hergestellt ist und zwei getrennte Abteile 26 und 27 umfaßt. .Das Abteil
2,6 dient als Rekuperator für die Vorwärmung von Verbrennungsluft, (las Abteil
27 als Rekuperator für die Vorwärmung von ;Schwachgas bzw. bei iStarkgasbetrieb
von Luft. Die eigentlichen Vorwärmkammern dieser Rekuperatorabteile werden je aus
einer Vielzahl von parallelen eng stehenden Metallplatten, etwa Eisenblechen, gebildet.
Das Abteil26 ist an die Rohrleitung 17, das Abteil 27 an die Rohrleitung 18 angeschlossen,
und zwar derart, daß im Abteil immer aufeinanderfolgend jeder zweite Zwischenraum
zwischen zwei Metallplatten von den zur Vorwärmung bestimmten iGasen durchzogen
wird. Die jeweils dazwischenliegenden Hohlräume dierienzumDurchzug der wärmeabgebenden
Abgase und sind zu diesem Zweck an die iSammelrohrleitung i9 und die Ab,gaszuführungskammer
32 sowie an die Austrittskammer 33 im unteren Teil des Rekuperators angeschlossen.
Eine senkrechte Querwand 41 in sämtlichen Hohlräumen dient zurlStromumlenkung. Bei
dieser aus Abb. i und 2 erkennbaren Gesamtanordnung sind der jeder Ofenkammer zugeordnete
feuerfeste Rekuperator und der der ganzen Ofengruppe gemeinsame metallische Rekuperator
durch die Verbindungsrohrleitungen 17, 18, 19 hintereinandergeschaltet. Innerhalb
der Rekuperatorabteile 26 und 27 ist für :Durchzug der vorzuwärmenden Verbrennungsstoffe
(Luft, Heizgas) und der Abgase andererseits im Gegenstrom gesorgt, wie sich aus
den in A bb. i eingezeichneten Stromrichtungspfeilen ergibt. Der Durchzug aller
dieser wärmeaustauschenden (Gase wird erfindungsgemäß durch besondere Gebläse bewirkt.
Für die Förderung der Luft durch das Rekuperatorabteil 26 dient das Gebläse 28,
für die Förderung des Heizgases durch das Rekuperatorabteil 27 dient das Gebläse
29, und für die 'Förderung der Abgase dient das Gebläse 30, das mittels der Rohrleitung
31 an dieuntere Abgasaustrittskammer 33 angeschlossen ist. Das Gebläse 3o drückt
die angesaugten Abgase durch das Anschlußrohr 34 in den Schornstein 35 hinein, der
als eiserner Kamin von beschränkten Albmessungen ausgebildet sein kann.
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An die Verbindungsrohrleitung i9 kann ein Abzweigrohr 36 angeschlossen
werden, das ein Absperrorgan 37 enthält. Hierdurch kann ein Teil der heißen Abgase
aus der Rohrleitung i9 abgezweigt und außerhalb der Ofenanlage für beliebige Zwecke
ausgenutzt werden. Die Gebläse 28 und 29 drücken die Luft bzw. das Heizgas durch
die Rekuperatorabteile 26 bzw. 27 und die Verbindungsrohrleitungen 17 bzw. 18 über
die obenerwähnten Verteilkanäle 8 und 9 in die Vorwärmkammern der feuerfesten Rekuperatoren
5 und von da aus über die später zu beschreibenden Wege durch die Heizwände der
Ofengruppe. Zum !Ansaugen des Heizgasen
nach dem Gebläse 29 hin
dient hierbei die Saugrohrleitung 38 mit dem Absperrorgan 39. ;Ein an diese
Saugleitung angebauter Abzweig mit dem Absperrorgan 40 mündet in die freie -Außenluft
und dient dazu, bei Schließung des Absperrorgans 39 Luft durch das Gebläse 29 in
das Rekuperatorabteil 27 zu fördern, wenn die Ofengruppe mit Starkgas betrieben
wird. Die senkrechten Heizzüge 4. werden durch die Bindertrennwände 42, die vom
Fuß bis zur Decke der Heizwand durchreichen, abgeteilt und dadurch vollständig gegeneinander
abgeschlossen. Die Bindertrennwände 42 enthalten je einen senkrechten Kanal 43 bzw.
44 mit seitlichen, in die zwei angrenzenden Heizzüge ausmündenden Austrittsdüsen
45 und 46 in verschiedenen, über die ganze Heizwandhöhe verteilten Höhenlagen. Dabei
sind die obersten Düsen 46 (v.gl. Abb. 7) mit aufliegenden ISchiebersteinen 47 zur
Regelung dieser Austrittsöffnungen ausgestattet. Die Bedienung dieser sSchieber
wird mit Stellstangen durch die Deckenschaulöcher 23 und die darunterliegenden Starkgasdüsen
21 bewirkt. Die Binderkanäle 43 dienen zur Zufuhr und Verteilung von Verbrennungsluft
und die BÜnderkanäle 44, die in der Heizwandlänge mit ersteren abwechseln, zur Zufuhr
von iSchwachgas beim Betrieb der Öfen mit solchem, dagegen im Falle von Starkgasbetrieb
ebenfalls zur Zufuhr und Verteilung von Luft. Diese Kanäle 43 und 44 sind deswegen
mit ihrem unteren. Ende an die Vorwärmkammern der zugeordneten Rekuperatoren angeschlossen,
wie im einzelnen weiter unten beschrieben wird. Am Fuß besitzt jeder Heizzug zwei
Auslaßkanäle 48 zur Verbindung mit den "11.bgaskammern der zugeordneten Rekuperatoren.
Hierdurch werden die aus jedem Heizzug abziehenden heißen Abgase in die Abgaskammern
der Rekuperatoren übergeleitet.
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Die Rekuperatoren werden aus einzelnen senkrecht stehenden Rekuperatorkassetten
5o und 51 gebildet, von denen immer eine unterhalb und gleichachsig einer Bindertrennwand
42 angeordnet ist. Dadurch wird jeder Bindertrennwand 42 bzw. jedem Heizzug 4 eine
Rekuperatorkassette funktionell zugeordnet. Die Rekuperatorkassetten 5o dienen zur
Vorwärmung von Verbrennungsluft, die Rekuperatorkassetten 51 zur Vorwärmung von
Schwachgas bzw. bei Starkgasbetrieb ebenfalls von Luft. In der folgenden Beschreibung
wird die Verwendung der Rekuperatoren für Luft und Schwachgas zugrunde gelegt. Die
baulichen Einzelheiten derselben sind deutlich aus Abb. 4, 5 und 6 zu erkennen.
jede Rekuperatorkassette enthält eine große Anzahl von senkrechten Kanälen, durch
die die wärmeaustauschenden Gase im Gegenstrom geführt werden. Diese Kanäle befinden
sich in einheitlichen übereinanderzusetzenden Steinblöcken von beträchtlichen Längs-
und Querabmessungen. Die Ab-b. 5 zeigt zwei waagerechte Querschnitte eines Gasrekuperators
51, und die Abb.6 zeigt zwei andere waagerechte Querschnitte eines Luftrekuperators
5o; jeder Rekuperator enthält die Luftkanäle 52 bzw. die Gaskanäle 53 und die Abgaskanäle
54, die jeweils immer in parallelen Reihen (vgl. Teilschnitt in-in) abwechselnd
nebeneinanderliegen. Abb.4 zeigt mit dem rechtsseitigen über Abb.6 stehenden Teil
einen senkrechten Schnitt des Luftrekuperators 5o durch die Luftkanäle 52 und mit
dem linksseitigen, über ,Abb. 5 stehenden Teil einen senkrechten (Schnitt des Gasrekuperators
51 durch die iGaskanäle 53. Die Luftkanäle 52 und ebenso die Gaskanäle 53 münden
oben und unten in waagerechte taschenförmige Sammelkanäle 55 bzw. 56 aus. Die oberen
Taschen 55 eines Rekuperators haben durch den Abzweigkanal 6o Verbindung mit jeweils
einem senkrechten Binderkanal 43 bzw. 44. Die unteren Taschen 56 haben durch je
einen senkrechten Verbindungskanal 57 Verbindung mit einem der waagerechten Verteil-
und Zufuhrkanäle 8 und 9 für Luft bzw. Schwachgas.
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Der mittlere Rekuperator 5o der Abb. 4 zeigt einen senkrechten Schnitt
durch die Abgaskanäle 54. Diese münden oben in den Kopfverteilraum 61, unten in
.den Fußsammelraum 62. Der Kopfraum 61 hat durch den Abzweigkanal 63 Verbindung
mit den Abzugskanälen 48 am Fuß eines jeden Heizzuges. Der Fußraum 62 hat durch
die senkrechte Durchbrechung 64 Verbindung mit dem waagerechten Abgassammelkanal
io.
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durch die drei waagerechten Fugen 58 wird jede Rekuperatorkassette
aus vier Höhenteilen, nämlich einem Kopf- und Fußteil und zwei Mittelteilen zusammengesetzt;
jeder dieser Teile bildet einen der Höhe nach einheitlichen Steinblock von beträchtlichen
Längs- und Querabmessungen. Nach Abb. 5 ist außerdem eine senkrechte Mittelfuge
59 vorgesehen, damit die Querabmessungen nicht zu groß werden. Die waagerechten
Fugenflächen der Steinblöcke werden so gut eben ausgeführt, daß sie beim Aufeinandersetzen
gegenüber den in Betracht kommenden äußerst geringen Druckunterschieden zwischen
den Luft- bzw. Gas- und Abgaskanälen genügend dicht halten.
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Durch die geschilderte Kanalanordnung der Rekuperatoren wird für jeden
Heizzug ein durchgehender geschlossener Verbindungsweg für die Verbrennungsstoffe
und.Ab.gase geschaffen, der von den waagerechten Zufuhr- und Verteilkanälen 8, 9
für Luft und Heizgas durch .die senkrechten Rekuperatorkanäle 52 und 53, die Verbindungskanäle
6o und die Binderkanäle 43, 44 mit den Auslässen 45, 46 nach den Heizzügen 4 und
von diesen durch die Fußauslässe 48, 63 und die Rekuperatorkanäle 54 für Abgase
nach den Abgassammelkanälen io hin geht.
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Am Grunde der senkrechten Verbindungskanäle 57 für den Luft- und Gaseinzug
liegen Regelschieber 65 und 66; am Grunde der Durchbrechungen 64 für den Abgasabzug
liegen gleichartige Regelschieber 67 (A.bb. 3 rechts und links). Diese Regelschieber
65, 66, 67 sind von Öffnungen 68 im Sohlenmauerwerk des Ofenunterbaues aus zugängig
und können mittels Stellstangen, die durch diese Mauerwerksöffnungen und die waagerechten-Kanäle
8, 9, io hindurch geführt werden, von den Fundamenträumen 7 aus bedient werden.
Beim
Betrieb der Ofen mit Schwachgas wird durch das Gebläse 28 Verbrennungsluft aus der
äußeren Atmosphäre in und durch das Abtei126 und Schwachgas durch das Gebläse 29
aus der Saugleitung 38, beim Offenstehen des Absperrorgans 39 und bei geschlossenem
Absperrorgan 40, in das Abteil 27 des Metallrekuperators 25 gedrückt und weiter
durch .die Verteilrohrleitungen 17 bzw. 18 und die Rohrkrümmer 11 und 12 in die
unteren Verteilkanäle 8 und g der Ofengruppe weiter befördert. Von hier aus nehmen
diese beiden Verbrennungsstoffe den schon oben erläuterten Weg über die Verbindungskanäle
57 und die senkrechten Vorwärmkanäle 52 der feuerfesten Luftrekuperatoren 5o und
53 der feuerfesten Gasre#kuperatoren sämtlicher Heizwände aufwärts, weiter über
die Kopfsammelräume 55 und die Verbindungskanäle 6o durch die senkrechten Binderkanäle
43 für Luft und 44 für Schwachgas, aus denen sie durch die seitlichen Auslaßdüsen
45 und 46 in die einzelnen Heizzüge q. der ganzen Heizwände übertreten. Durch das
Abwechseln der mit Luft gespeisten Binderkanäle q.3 und mit Gas gespeisten Binderkanäle
qq. über die Heizwandlänge treten in jeden einzelnen Heizzug beide Verbrennungsstoffe
Luft und Schwachgas in verschiedenen über die ganze Heizzughöhe verteilten Höhenlagen
aus und erzeugen dadurch eine gestufte Verbrennung. Die Flammen und Verbrennungsgase
ziehen in den Heizzügen abwärts, und die Abgase werden durch die Fußauslässe q:8
und die anschließenden Verbindungskanäle 63 in die Kopfräume 61 der senkrechten
Abgaskanäle 54 aller Rekuperatoren geleitet. Sie durchziehen diese -Abgaskanäle,
geben dadurch einen großen Teil ihres Wärmeinhaltes durch die trennenden Wandungen
zwischen den verschiedenartigen Kanälen der Rekuperatoren an die Verbrennungsstoffe
Luft und Schwachgas ab und werden schließlich über die unteren Sammelkammern 62
und die Durchbrechungen 64. in die waagerechten rSammelkanäle 1o übergeführt. Von
hier treten sie über die Anschlußrohrkrümmer 13 in die der Ofengruppe gemeinsame
Sammelrohrleitung ag über und werden unter der Wirkung des Abgasgebläses
30 von der Abgaszutrittskammer 32 aus durch die Abgaskammern der beiden Rekuperatorabteile
26 und 27 nach der Austrittskammer 33 hin gesaugt und schließlich durch das Druckrohr
34 des Gebläses in den Schornstein 35 und damit in die Außenluft abgeführt. In den
beiden ,Abteilen 26 und 27 des Metallrekuperators 25 geben die Abgase den Restbetrag
ihres Wärmeinhaltes an die durch diese beiden Abteile geförderten Verbrennungsstoffe
Luft und Gas ab. Da über den ganzen geschilderten Stromweg in beiden (Systemen von
Rekuperatoren sowohl in den einzelnen feuerfesten Rekuperatoren So, 51 als auch
in den Abteilen 26 und 27 des gemeinsamen Metallrekuperators 25 reiner Gegenstrom
herrscht, ist die weitestgehende Ausnutzung des Wärmeinhaltes der Abgase möglich,
derart, daß damit, jedenfalls bei .dem geschilderten Schwachgasbetrieb, die Abgase
bis auf eine niedrige Endtemperatur, beispielsweise 18o bis 2oo°, heruntergekühlt
werden können. Die zur Erfindung gehörende Förderung der Verbrennungsstoffe und
Abgase durch Gebläse anstatt durch natürlichen Schornsteinzug gibt dabei vollständige
Freiheit und Sicherheit für das unbehinderte Durchziehen und Wegführen sämtlicher
Gase.
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Die Förderung der sämtlichen Verbrennungsstoffe und .Abgase durch
Gebläse hat den weiteren Vorteil, daß man in dem Metallrekuperator, der für die
niederen Temperaturbereiche der Vorwärmun.g bestimmt ist, durch Anwendung von verhältnismäßig
engen Vorwärmkammern für den Durchzug dieser sämtlichen iGase hohe Strömungsgeschwindigkeiten,
ohne Rücksicht auf die dadurch entstehenden höheren Durchzugswiderstände, anwenden
kann. Hierdurch wird der in diesen niederen Bereichen vorwiegende konvektive Wärmeübergang
stark gefördert und eben dadurch eine Abkühlung der warmen Abgase bis auf eine niedrige
Endtemperatur ermöglicht. Dies bedeutet sowohl eine erhöhte Wärmeausnutzung der
Abgase als auch eine Verbilligung der Metallrekuperatoren hinsichtlich Anlage und
Betrieb.
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Für die @Förderung der sämtlichen Verbrennungsstoffe und Abgase durch
die feuerfesten Rekuperatoren und die Heizwände steht, und zwar auch schon für jeden
Heizzug, eine Vielzahl von Kanälen von zusammengenommen beträchtlichen Querabmessungen
zur Verfügung. Dies ergibt insgesamt einen verhältnismäßig großenDurchzugsquerschnitt
und entsprechend niedrige Strömungsgeschwindigkeiten, daher auch sehr geringe .Druckunterschiede
selbst an denjenigen Punkten, die von dem im Heizzug zuoberst gelegenen Umkehrpunkt
am weitesten entfernt liegen, das sind die tiefsten Punkte der senkrechten Wärmeaustauschkanäle.
Diese geringen Strömungsgeschwindigkeiten in den feuerfesten Rekuperatorkanälen
haben keine nachteilige Bedeutung für den Wärmeübergang, da dieser in den hier gegebenen
hochliegenden Temperaturbereichen vorwiegend durch [Strahlung, dagegen in geringerem
Maße durch Konvektion vor sich geht. Für Wärmestrahlung sind aber bekanntlich größere
Schichtstärken der Wärme abgebenden oder Wärme empfangenden Gase nützlich.
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Für den Betrieb sind aber sehr niedrige Druckunterschiede zwischen
den im gegenseitigen Wärmeaustausch stehenden Kanälen des feuerfesten Rekuperators
selbstverständlich von großem Wert, weil damit die Neigung zu Gasüberströmungen
durch die feuerfesten Wandungen hindurch in denkbar wirksamster und sicherster Weise
hintangehalten wird.
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Da aber andererseits in (Strömungssystemen, die eine größere Anzahl
von parallel geschalteten Teilströmen enthalten, wie es hier für die Reihe der Heizzüge
und Rekuperatorkassetten zutrifft, bei sehr niedrigen Druckunterschieden die erwünschte
gleichmäßige Verteilung solcher Parallelströme untereinander leicht unregelmäßig
wird, so sind die erfindungsgemäß mit vorgesehenen Regelschieber 65, 66, 67 an den
Einzugs- und Abzugsstellen der beiden Kanalsysteme der feuerfesten Rekuperatoren
sehr
wertvoll, um eine gleichmäßige Verteilung der besagten Parallelströme über die ganze
Ofenlänge zu sichern. Man kann mit diesem Mittel zusätzliche Drosselwiderstände
zwischen den waagerechten Verteil- bzw. Sammelkanälen 8, 9 und io und den darüber
angeordneten Kanalsystemen der Rekuperatoren schaffen und dadurch die Verteilung
sicher gleichmäßig machen. Die Einstellung dieser Drosselschieber im Betrieb wird
dabei so gehandhabt, daß die für den Einzug bestimmten Schieber 65 und 66 die einzelnen
Teilmengen der Verbrennungsstoffe Luft und Gas geregelt festlegen und daß die auf
der Abzugsseite, d. h. für die Abgase vorgesehenen Regelschieber 67 eine bestimmte
Höhe des Gasdruckes in den Heizzügen sichern. Diese Druckhöhe wird im Betrieb wie
üblich so eingestellt, daß in der ,obersten Höhenlage der Heizzüge Druckgleichheit
zwischen den Zügen und den angrenzenden Ofenkammern,besteht.
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Bei der .geschilderten Gesamtanordnung der Öfen selbst, d. h. bei
der Zuordnung von. feuerfesten Rekuperatoren über die ganze Heizwandlänge in Parallelschaltung
zu den Heizzügen wird jede Heizwand dauernd in ihrer ganzen Längserstrekkung mit
voller Intensität beheizt. Es besteht keinerlei Unterteilung oder Unterscheidung
nach Gruppen von geflammten Zügen, in denen praktisch die ,gesamte verfügbare Heizgaswärme
abgegeben wird, und nach andern Gruppen von nicht geflammten ;Abgaszügen, in denen
keine nennenswerte Wärmeübertragung mehr an die Ofenkammern erfolgt. Diese Intensivierung
des Betriebes bedeutet naturgemäß eine erhöhte Ausnutzung der Öfen im ganzen, zugleich
aber auch wegen der vollkommenen Kontinuierlichkeit eine sehr schonende Behandlung
der Öfen.
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Beim Betrieb der Öfen mit Starkgas, wo lediglich die Verbrennungsluft,
nicht aber das Heizgas vorgewärmt wird, werden sämtliche Rekuperatoren als Vorwärmvorrichtungen
für die Luft ausgenutzt. Es wird in diesem Falle das sonst für Heizgas zu benutzende
Gebläse 29 durch Schließen des Ab-sperrorgans 39 von der Heizgasquelle
abgeschaltet und durch Öffnen des !1,bsperrorgans 40, das in die Außenluft mündet,
Luft eingesaugt, durch das Rekuperatorteil 27 hindurch und weiter in die Verteilleitung
18 getrieben, von wo aus die Verteilung in der oben für das Heizgas geschilderten
Weise durch die waagerechten Verteilkanäle 9 in die hieran angeschlossenen Rekuperatorkassetten
51 erfolgt. Es tritt also dann Verbrennungsluft durch die sämtlichen Binderkanäle
43, 44 in die sämtlichen Heizzüge 4, und zwar wiederum der Höhe nach gestuft, über.
Das Starkgas wird in diesem Fall aus der Hauptleitung 22 über die geöffneten Absperrorgane
2:1 in die in der Ofendecke angeordneten Gasverteilkanäle 2o eingeleitet und durch
die Düsen 21 den sämtlichen Heizzügen 4 am Kopf zugeführt. Die Verbrennung erfolgt
in den Heizzügen ebenso wie bei Schwachgas in Richtung abwärts und in verschiedenen,
durch die Luftzufuhren bestimmten Höhenlagen, also ebenfalls gestuft. Die Abgase
werden aus den einzelnen Heizzügen durch die Fußauslässe 48 abgeführt und nehmen
ihren Weg im ganzen ebenso, wie es oben für die Schwachgasbeheizung beschrieben
worden ist.
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Bei einer solchen tStarkgasbeheizung ist, weil nicht die gesamte Masse
der zugeführten Verbrennungsstoffe vorgewärmt wird, normalerweise eine ebenso yveitgehende
Ausnutzung der Abwärme wie bei --Schwachgasbetrieb nicht möglich. Es verbleibt immer
ein gewisser Wärmeüberschuß, der sich in der Höhe der Endtemperatur der Abgase beim
Austritt aus den Wärmeaustauschvorrichtun:gen bzw. beim Übertritt in deniSchornstein
bemerkbar macht. Bei dem hier beschriebenen erfindungsgemäßen Rekuperatorsystem
besteht jedoch die Möglichkeit, diesen Abwärmeüberschuß aus der Sammelrohrleitung
i9, also an einer Stelle zwischen den feuerfesten und metallischen Rekuperatoren,
durch den Abzweig 36, 37 bei einer verhältnismäßig hochliegenden Zwischentemperatur
der Abgase abzuziehen und außerhalb der Ofenanlage für beliebige Zwecke auszunutzen.
Man kann etwa die Anlage so entwerfen, daß die beispielsweise mit iioo bis 120o°
C in die feuerfesten Rekuperatoren eintretenden Abgase in diesen bis. auf eine Zwischentemperatur
von 60o° C heruntergekühlt und in dem nachfolgenden metallischen Rekuperator bis
auf die gewünschte Endtemperatur von beispielsweise 18o bis 20o° C weiter ausgenutzt
werden, die bei Schwach.gasbetrieb ohne weitere Maßnahmen zu erreichen ist. Bei
Starkgasbetrieb steht dann der auftretende.Abwärmeüberschuß mit der erwähnten Zwischentemperatur
von beispielsweise 60o° C zur Verfügung. Er ist in diesem Zustand noch für viele
nützliche Zwecke, z. B. für Destillationszwecke in der L.,1,mmonialc- und Benzolfabrik
oder für Dampfkesselbeheizung, sehr gut brauchbar, während die sonst im Abgasstrom
sich einstellende etwas erhöhte Endtemperatur von etwa 25o bis 300° C statt der
erzielbaren 18o bis 20o° C am Austritt aus dem ganzen Rekuperativsystem einen wenig
wertvollen Abwärmeüberschuß darstellen -würde. Da in der Rohrleitung i9 naturgemäß
Unterdruck gegenüber der äußeren Atmosphäre herrscht, so muß der durch den ,Abzweig
36, 37 wegzuführende Abgasstrom ebenfalls von einer Unterdruck schaffenden Saugvorrichtung,
sei es beispielsweise ein tSc:hornstein, der dann hinter dem Abwärmedampfkessel
stehen würde, oder auch ein (Gebläse, befördert werden.
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Die Erfindung ist nicht nur bei Koksöfen mit liegenden Kammern, wie
im Beispiel beschrieben, sondern auch bei Sc-hrägkammeröfen anwendbar, da man auch
solche mit senkrechten Heizzügen und daran angeschlossenen feuerfesten Rekuperatoren
im Ofenunterbau ausstatten kann.