-
Verfahren zur Beheizung von Koksöfen mit Starkgasen schwankenden Heizwertes
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verringerung des Wärmeverbrauches
bei der, Beheizung von Koksöfen mit Restgasen (auch Reich-oder Rückgase genannt).
Diese sind die von den Syntheseanlagen bei der Verarbeitung von Koksofengas übrigbleibenden
Restgase. Sie haben die Eigenart, daß der Heizwert, der (in der Hauptsache durch
den. Methangehalt bedingt ist, sehr stark schwankt, und zwar etwa zwischen einem
oberen Heizwert von 4000 und 7ooo kcal/Nms. Wegen des stark schwankenden Heizwertes
muß bei der Verwendung dieser Gase zur Beheizung von Koksöfen. im Durchschmtt miit
einem sehr hohen Luftüberschuß gefahren werden, der bei etwa 8o% liegt. Dies ist
nämlich deshalb notwendig, um bei den höchsten Heizwerten noch eine einigermaßen
vollkommene Verbrennung zu haben und eine Verrußung der Wärmeaustauscher, z. B.
Regeneratoren, zu vermeiden. Der hohe Luftüberschuß hat aber zur Folge, daß die
Ausnutzung der in, den Restgasen, zugeführten Wärme verhältnismäßig schlecht ist.
Wenn man die Wertigkeit der Wärmeausnutzung bei Koksofengas gleich iooo/a setzt,
so beträgt dieselbe bei Schwachgasbeheizung etwa 9o % und. bei Restgasbeheizung
sogar nur etwa 85 °/o. Es besteht also durchaus Veranlassung, nach Mitteln und
Wegen
zu suchen, diese verhältnismäßig schlechte Wärmeausnutzung bei der Beheizung mit
Restgas zu verbessern.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den hohen Luftüberschuß
bei der Beh.eizung mit derartigen Starkgasen stark schwankenden Heizwertes zu verringern,
ohne daß sonstige Nachteile eintreten. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch,
gelöst, daß der Heizwert des Restgases durch Zumischen von Luft auf einer gleichbleibenden
Höhe gehalten wird.
-
Es ist schon vorgeschlagen worden, ein anderes Gas zum Zumischen zu
verwenden, z. B. Generatorgas. Hierbel geht jedoch, die Menge des verwendbaren Restgases
mehr oder weniger stark zurück, was, als ein Nachteil anzusehen ist. Des weiteren
ist die Z.umischung von Abgas bekannt. Abgas ist jedoch weniger geeignet, weil es
meistens einen hohen Gehalt an Wasserdampf aufweist, der bei Abkühlung zur Zerstörung
der eisernen Rohrleitungen führt. Auch eine höhere Abgastemperatur ist im vorliegenden
Fall nicht erwünscht. Bei der Verwendung hochmethanhaltsger Heizgase, zu denen auch
die Restgase gehören, zur Beheizung von Koksöfen, spielt nämlich die Vorwärmtemperatur
in den Gaszuführungskanälen zu den Brennern eine gewisse Rolle. Sie darf zwecks
Vermeidung einer stärkeren Methanzerlegung einen: bestimmten Wert nicht überschreiten.
Aus diesem Grunde hat man weiterhin wiederholt bei den, Einrichtungen zur Beheizung
von Koksöfen mit Methangasen nicht nur kaltes Generatorgas, sondern auch Luft zugesetzt.
So lä.ßt man bereits seit längerem bei diesen Anlagen durch kleine Öffnungen in
den Düsenleitungen unter der Wirkung des in denselben herrschenden. Unterdruckes
gewisse Luftmengen zum Restgas ansaugen.
-
In Amerika mischt man schon seit langem dem Naturgas, das in der Hauptsache
aus Methans besteht, Luft im Verhältnis i : i zu., und zwar deshalb, weil bei den
dort vorhandenen Öfen sich reines Naturgas nicht ohne Verrußung und Verstopfung
der Zuleitungskanäle verheizen, ließ. Diesbezügliche Erfahrungen sind neuerdings
auch in Europa bei der Beheizung von Koksöfen mit Naturgas gemacht worden. Hierbei
spielt allerdings dien Ofenbauart bzw. Art der Gaszuführung zu den Brennern eine
Rolle; während bei der Unterbrennerb:auart das mit gleichbleibendem Heizwert anfallende
Naturgas ohne Schwierigkeiten ioo°/oig als Heizgas verwendet werden, kann,, ist
dies bei Ofenbauarten mit seitlicher Zuführung des Starkgases nicht möglich; vielmehr
muß dort Generatorgas zugemischt werden. Die Auswirkung des Zumischens von kaltem
Generatorgas oder Luft liegt darin, daß dadurch das Heizgasvolumen. und somit die
Geschwindigkeit in den Zuleitungskanalen. vergrößert und dadurch weiterhin die Höhe
der Vanvärmung des Gases herabgesetzt und die Methanzerlegung verringert wird.
-
Wenn: also, bisher auch schonLuft zu den:Methan-oder Restgasen. zugemischt
wurde, so war der Zweck ein anderer wie bei der Erfindung. Dem Restgas soll nämlich
nunmehr zwangläuhg vor dem Eintritt in die Brenner außerhalb des Ofens so viel Luft
zugemischt werden, daß der schwankende Heizwert ausgeglichen und auf einem Wert
von etwa q.ooo kcal/Nm3 gehalten, wird:. Das ist der niedrigste bei Restgasen auftretende
Wert, der ungefähr auf derselben Höhe liegt wie der Heizwert von Koksofengas. Wenn
man also dem Ofen. nunmehr ein Gas mit einem gleichbleibenden: Heiz.-,vert zuführt,
so kann man auch die Lufteinstellung hierfür so einrichten, da,ß der Luftüberschuß
einem günstigen niedrigen Wert erreicht. Damit geht dann die Abgasmenge und. damit
der Wärmeverbrauch des Ofens erheblich zurück. Hierbei macht es nicht viel aus,
daß dem Brenner durch das Zumischen der Luft zum Restgas schon, ein gewisser Teil
der Verbrennungsluft zugeführt wird. Bei einem Heizwert des Restgases von 6ooo kcal/Nm3
müssen dem Restgas., bezogen auf die Gasmenge, 5o % Luft zugemischt werden, um auf
einen: Heizwert von 4ooo kcal/Nm3 zu kommen. Bei dem höchsten bei Restgasen vorkommenden
Heizwert von. etwa 7000 kcal/Nm? sind es etwa 70-0/0. Mit abnehmendem Heizwert
bzw. Methangehalt verringert sich die zuzumischende Luftmenge. Demgegenüber beträgt
die Luftmenge, bezogen. auf ein Restgas von etwa 7000 kcal/Nm3, um dieses
vollkommen zur Verbrennung zu bringen, etwa 95o%.
-
Die vollkommenste Verwirklichung des Verfahrens läßt sich dann: erreichen,
wenn; der Heizwert des Restgases durch Zumischen von Luft mittels eines selbsttätigen
Heizwertreglers bekannter Bauart auf einer gleichbleibenden Höhe gehalten wird.
Wenn: die Änderung des Methangehaltes oderHeizwertes nicht zu oft und zu nur bekannten
Zeiten erfolgt und der Heizwert zwischendurch gleichb:leibt, kann; man die Zumischung
der Luft auch so .gestalten, daß durch einen; Gemischregler in einem gleichbleibenden
und einstellbaren Verhältnis immer eine bestimmte Luftmenge zum Gas hinzugemischt
wird, wobei dann allerdings bei jeder Änderung des Heizwertes eine Berichtigung
der Einstellung vorgenommen werdent muß. Bei dauernden und unvorhersehbaren Änderungen
des Gasheizwertes kann. man; dann gemäß der weiteren Erfindung das einstellbare
Mischungsverhältnis von Gas und Luft unter dem Einfluß eines Heizwertprüfers verändern.
Dadurch, d.aß man, die Luftzumischung in die Hauptverteilungsleitung vornimmt, ergibt
sich eine verhältnismäßig ein:fach.e Apparatur.
-
Bei dem. Verfahren gemäß der Erfindung kommt es darauf an, dem Ofen
in der Zeiteinheit eine gleichbleibende einstellbare Wärmemenge zuzuführen. Bei
gleichbleibendem Heizwert des Heizgases und gleichbleibendem Druck vor den Brennern;
ist dies dann gewährleistet, wenn auch die sogenannte Wobbezahl
gleichbleibt, wobei H0 der obere Heizwert des Gases, y die Dichte desselben ist.
Dies ist jedoch
nur dann der Fall, wie man sieht, wenn auch das
spezifische Gewicht des Gases sich. nicht oder nur wenig verändert. Bei den Restgasen
ändert sich das spezifische Gewicht bei Zumischung von Luft nur wenig, so daß man
im allgemeinen dasselbe nicht zu berücksichtigen braucht. Will man aber auch den
Einfiuß des spezifischen Gewichtes des durch Luftzumischung auf gleichbleibendem
Heizwert geregelten Heizgases auf die dem Ofen zugeführte Wärmemenge berücksichtigen,
so ist das gemäß der weiteren Erfindung dadurch möglich, daß ein Drosselorgan in
der Starkgaszuleitung vorgesehen ist, welches einerseits von einer Einrichtung zur
Messung des Druckes und andererseits von einer Einrichtung zur Messung der Gasdichte
in der Mischgasverteilungsleitung so gesteuert wird., daß das Verhältnis Druck :
Dichte des Heizgases einen konstanten Wert behält.
-
Gegen das vorgeschlagene Verfahren könnte man ohne genaue Kenntnis
der Zusammenhänge den Einwand erheben, daß hierbei die Gefahr von Gasverpuffungen
oder Explosionen. bestünde. Dies ist aber nicht der Fall, wie die nachstehende Aufstellung
zeigt:
| Gasart Naturgas I Restgas z 1 Restgas II I Kokso#engas |
| i. Gasheizwert, Hu, kcal/Nm3 ................... 848o
6780 4850 4100 |
| 2. Obere Zündgrenze, d. h. %-Gehalt des Gases in |
| demjenigen Gasluftgemisch, unterhalb dessen das |
| G,-misch zündet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 15,5 21,2 29,8 38,6 |
| 3. Verhältnis Gas: Luft an der oberen Zündgrenze...
I : 5,4 z : 3,7 z : 2,4 z : i,6 |
| 4. Luftzumischung (Gas: Luft) . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . i :i I : 0,70 z : 0,21 1:0 |
| 5. Luftzumischungsgrad in % bis zur Erreichung der |
| oberen Zündgrenze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 18,5 i9,0 8,8 0 |
In dieser Aufstellung sind in der waagerechten Reihe i bis 3 für zwei Restgase sowie
vergleichsweise für Natur- und Koksofengas die unteren Heizwerte, die obere Zündgrenze
sowie das Verhältnis von Gas : Luft an der oberen. Zündgrenze angegeben. In der
waagerechten Reihe 4 ist die größte Luftzumischung durch das Verhältnis Gas : Luft
gekennzeichnet, und zwar ist dabei für Naturgas ein Verhältnis von i : i eingesetzt,
wie es in Amerika seit langem angewandt wird, ohne daß irgendwelche gefährliche
Verpuffungen ein2-getreten wären. Für die beiden, Restgasanalysen ist die zuzumischende
Luftmenge dadurch ermittelt worden, daß man den Gasheizwert gemäß der vorgeschlagenen
Arbeitsweise auf einem gleichbleibleibenden unteren Wert von etwa 4ooo kcal hält.
Bei Koksofengas ist die I.uftzumischung gleich Null. Aus den Reihen; 3 und 4 ergibt
sich nun ein, sogenannter Luftzumischungsgrad, der angibt, wieviel Prozent Luft,
bezogen auf den Luftam@teil an. der oberen Zündgrenze, in dem Gasgemisch vorhanden
ist. Wie man sieht, ist dies bei dem höehsten Heizwert des Restgases nicht mehr
als beim Naturgas, so daß also von der Gefahrenseite gesehen bei der Anwendung des
vorgeschlagenen Verfahrens keine Bedenken, bestehen, vor allem dann, wenn die notwendigen
Sicherheitseinrichtungen vorgesehen werden, die ein Unterschreiten der oberen Zündgrenze
mit Sicherheit vermeiden. Hinzuweisen ist in diesem Zusammenhang auch auf die Druckgasbrenner,
bei denen außerhalb des Ofens Starkgas und Luft im Verhältnis i : i gemischt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl bei Regenerativ- als auch Rekuperativöfen
angewandt werden.
-
In den Zeichnungen ist das Verfahren gemäß der Erfindung dargestellt.
-
Abb. i zeigt die Anordnung der zur Verwirklichung des Verfahrens notwendigen
Apparatur im Aufriß und Abb. 2 im Grundriß.
-
Um die Darstellung zu vereinfachen, sind mehrere Verfahrensweisen
nebeneinander erläutert. Es ist sowohl ein Regler dargestellt, der unter dem Einfuß
eines Heizwertprüfers arbeitet, als auch ein Gemischregler, der von Hand oder automatisch
eingestellt wird. Schließlich. ist auch ein Drosselorgan vorgesehen, durch das bei
automatischer Druck- und Dichtemessung ein bestimmtes Verhältnis dieser beiden Größen
in dem den Ofen zugeführten Gasen aufrechterhalten wird. In der Praxis wird mann
zumeist nur das eine oder das andere Regelorgan, nicht aber alle gleichzeitig anwenden.
-
i ist der Unterteil eines Unterbrennerregene-rativkoksofens, dem das
Heizgas durch die Verteilungsleitungen. 2 zugeführt wird. In, diesen Verteilungsleitungen
sitzen die Umstellhähne 3, welche bei jeder Umstellung durch den Seilzug 4 umgestellt
werden. 5 sind Absperrventile in. den Verteilungsleitungen, welche dieselben von
der Mischgashauptzuleitung 6a abzusperren gestatten. Der Druck in der Hauptzuleitung
wird durch einen Druckregler 7 auf einer gleichbleibenden einstellbaren Höhe gehalten.
In der Hauptzuleitung sitzt
der Mischapparat8, dem die zuzumischende
von dem Ventilator io geförderte Luft durch die Leitung 9 zugeführt wird. i i ist
ein Absperrventil, durch welches die Luftleitung von der Starkgasleitung abgesperrt
werden kann:. Der Heizwertregler 12 steht über die Teilstromleitung 13 mit Hauptzuleitung
611 hinter dem Mischapparat 8 in Verbindung und beeinfiußt über den Verstellzylinder
14 die Drosselklappe 15 in der Luftleitung g. In der Luftleitung ist ferner ein
selbsttätiges Absperrventil 16 eingebaut, welches bei jedem Umstellvorgang durch
das vom dem Seilzug 4 gesteuerte Organ 17 und dem Verstellzylinder 2o geschlossen
und geöffnet wird. Es dient außerdem als Sicherheitsventil und wird geschlossen,
wenn i. der Heiz-,vertregler 12 versagt oder zu niedrige oder zu hohe Heizwerte
anzeigt (Impulsleitung 18), 2. das Luftgebläse io stehenbleibt (Impulsleitung i9
), 3. der Restgasdruck in der Hauptzuleitung 611 wegbleibt (Impulsleitung 2i), 4.
der 02 Schreiber 22 einen; Höchstwert anzeigt (Impulsleitung 23).
-
Für den Fall, daß die Luftzumischung durch einen Gemischregler erfolgen
soll, sind in die Restgashauptzuleitung 6 und in die Luftzuleitung g Blenden z4
und 2:5 eingebaut, deren Differenzdrücke durch die Impulsleitungen 26 und 27 sowie
28 und 29 auf den Gemischregler übertragen werden. Hierbei wird die Drosselklappe
15 über den Verstellzylinder 3 i vom Gemischregler 3o gesteuert. Weiterhin: kann
das Mischungsverhältnis hierbei in Abhängigkeit von dem von. dem Heizwertschreiber
32 angezeigten Heizwert selbsttätig über die Impulsleitung 33 verändert werden.
-
34 ist ein Dichtemesser, der das spezifische Gewicht des Mischgases
in der Leitung 6 laufend mißt. Durch die von diesem ausgehende Impulsleitung 35
kann der Druckregler 7 so in Abhängigkeit von dem spezifischen Gewicht in der Leitung
6a selbsttätig verstellt werden, daß immer eine gleiche Menge Mischgas aus der Leitung
6a durch die Verteilungsleitungen 2 dem Ofen zugeführt wird.