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Waagerechter Zwillingszugofen Die Erfindung betrifft solche waagerechten
Zwillingszugöfen mit senkrecht beaufschlagten Querregeneratoren, bei denen die vorzuwärmenden
Stoffe den unteren Einläßen der Regeneratoren über die Kammerlänge verteilt zugeführt
werden (sogenannte Vollunterbrenneröfen) und die Ofenkammern zum Zwecke des leichteren
Ausstoßens des Kokses von der Koksnach der Maschinenseite hin verjüngt sind. Diese
Verjüngung bedingt eine Abstufung der den einzelnen Zwillingen der Heizwand zugeführten
Verbrennungsmittelmengen in dem Sinne, daß der Verbrennungsmittelbedarf von der
Maschinen- nach der Koksseite zu ansteigt. Da nun bei gleichbleibender `Vandstärke
zwischen Heizzug und Ofenkammern der Querschnitt der Heizzüge von der Maschinen-
zur Koksseite hin überdies abnimmt, d. h. entgegengesetzt wie der Wärmebedarf verläuft,
und da ferner der Querschnitt der einzelnen Regeneratorabteile im allgemeinen über
die ganze Regeneratorlänge gleichgehalten wird, so herrschen also bei vollkommen
gleichmäßiger Beheizung der Ofenkammern auf der Koksseite höhere Strömungsgeschwindigkeiten
in den einzelnen Heizmittelsystemen, wobei unter einem Heizmittelsystem ein im Zugwechsel
miteinander zusammenarbeitendes
Paar von Heizzügen (Zwilling) mit
den ihm zugeordneten Abteilen der Vorwärme- und Abhitzeregeneratoren verstanden
wird.
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Unter einem Zwillingszugofen ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung
ebenso ein Ofen verstanden, bei dem die beiden im Zugwechsel zusammenarbeitenden
Züge in der Längsrichtung der Heizwand hintereinanderliegen, als auch ein Ofen,
bei dem ein in der einen Heizwand liegender Zug mit einem entsprechenden Zug in
einer anderen Heizwand im Zugwechsel zusammenarbeitet und die beiden Züge durch
einen über dazwischenliegende Kammern führenden Kanal miteinander verbunden sind;
statt einzelner Heizzüge, die im Zugwechsel zusammenarbeiten, können auch Gruppen
von zwei oder drei Heizzügen paarweise verbunden werden.
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Nach den bekannten Strömungsgesetzen werden nun längs eines Regeneratorsohlkanals,
in den die unteren Auslässe der einzelnen Regeneratorabteile einmünden, infolge
der allmählichen Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit nach dem Abgaskanal zu die
verbrannten Gase aus den dem Abgaskanal näher liegenden Regeneratorabteilen stärker
abgesaugt als aus den entfernter liegenden. Daß für eine gleichmäßige Verteilung
der Verbrennungsmittel auf die Heizzüge eine allenthalben senkrechte Strömung in
den Regeneratoren Voraussetzung ist, wurde schon früh erkannt; um eine solche Strömung
zu erreichen, benutzte man Regelorgane, z. B. zwischen dem unteren Regeneratorauslaß
und dem Sohlkanal; solche Regelorgane sind aber in zwei Strömungsrichtungen wirksam.
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Es bildet den Gegenstand der Erfindung, die strömungstechnischen Verhältnisse
dazu auszunutzen, eine stärkere Beaufschlagung der nach der Koksseite zu liegenden
Heizmittelsysteme zu erreichen und dabei eine genau senkrechte Strömung in den einzelnen
Abteilen des Regenerators ohne Verwendung besonderer Regelorgane zu erreichen. Dies
geschieht bei einem Ofen, bei dem die verbrannten Gase ausschließlich nach der Koksseite
zu abgezogen werden, durch eine solche Bemessung des Querschnitts der Regeneratorsohlkanäle
über deren ganze Länge, daß die Geschwindigkeit der verbrannten Gase in denselben
und damit auch die Geschwindigkeitszunahme auf einem solchen Betrag gehalten wird,
daß die dadurch bewirkte stärkere Saugung, die auf die nach der Koksseite zu liegenden
Regeneratorabteile ausgeübt wird, dem erhöhten Verbrennungsmittelbedarf der Heizmittelsysteme
auf der Koksseite entspricht. Da die zu wählende Geschwindigkeitszunahme natürlich
auch davon abhängig ist, welchen Widerstand die einzelnen Heizmittelsysteme haben,
so müssen also insgesamt drei Größen aufeinander abgestimmt werden, nämlich a) die
Kammerverjüngung, von der ja der nach der Koksseite zu ansteigende Heizmittelbedarf
abhängt, b) der Querschnitt des Regeneratorsohlkanals und c) die Widerstände der
einzelnen Heizzugzwillinge einschließlich der ihnen zugeordneten Regeneratorabteile.
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Die vorliegende Erfindung ist im Grunde genommen eine Kombination
der obengenannten Merkmale, die vereinzelt, wie z. B. die Anordnung des Abzuges
der verbrannten Gase an der Koksseite, als bekannt angesehen werden. Im Gegensatz
zu dem bisher Bekannten verzichtet die vorliegende Erfindung auf die Anordnung von
Schiebersteinen oder kalibrierten Öffnungen in der Decke des Regeneratorsohlkanals,
wie sie zur Aufrechterhaltung der einmal erzielten Verteilung auf die einzelnen
Beheizungssysteme im Koksofenbau bisweilen zur Anwendung kamen. Derartige Regelorgane
wirken nur in der einen Strömungsrichtung zufriedenstellend, d. h., man kann mit
ihrer Hilfe entweder nur die einströmenden Heizmittel oder die abströmenden Abgase
in der gewünschten Weise verteilen. Im Gegensatz dazu ist erfindungsgemäß eine Regelung
der unteren Regeneratorauslässe, aus denen das Abgas abzieht, nicht mehr erforderlich,
so daß der Druckabfall der gasförmigen Verbrennungsmittel über das gesamte Beheizungssystem
geringer bleibt.
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Das Wesen der Erfindung ist also in der Abstimmung der genannten drei
Größen aufeinander zu sehen. Diese Abstimmung erfolgt auf Grund bekannter Rechenmethoden
und läßt sich etwa in folgender Weise anschaulich machen: Aus der Kammerverjüngung
ergibt sich zunächst einmal die Gasmenge, die in jedem einzelnen »Heizelement« zur
Verbrennung gebracht werden muß. Aus der Konstruktion des Ofens ergibt sich dann
der Widerstand jedes einzelnen Heizelementes, wenn die in demselben zu verbrennende
Gasmenge bekannt ist. Nun muß der Querschnitt des Regeneratorsohlkanals so bemessen
werden, daß die verbrannten Gasmengen aus jedem Heizelement abgesaugt werden. Wie
diese Anpassung zu erfolgen hat, wird am besten klar, wenn man zu extremen Maßen
des Querschnittes des Regeneratorsohlkanals geht. Würde man den Querschnitt unendlich
groß machen, so würde praktisch kein Druckabfall in diesem Kanal herrschen, und
es wäre nicht möglich, die größeren Gasmengen aus den nach der Koksseite zu liegenden
Heizelementen abzuziehen. Würde man den Querschnitt sehr klein machen, so wäre der
Druckabfall im Regeneratorsohlkanäl derart groß, daß die nach der -Koksseite zu
liegenden Heizelemente unter bedeutend stärkerer Absaugung stünden. Im ersten Falle
würden also die nach der Koksseite zu liegenden Heizelemente bemüht sein, ihre Abgase
durch weiter rückwärts liegende Elemente abzuführen. Im zweiten Falle wäre eine
Schrägströmung durch den Regenerator nach dem Auslaß auf der Koksseite zu die Folge.
Es gibt also einen mittleren Querschnitt des Regeneratorsohlkanals, bei dem eine
senkrechte Strömung in den Regeneratoren gewährleistet ist.
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Bei einem Ofen, wie er den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet,
kann man den Querschnitt des Regeneratorsohlkanals über die ganze Länge gleich bemessen.
In manchen Fällen ist es vorteilhaft, den Querschnitt von der Koksseite nach der
Maschinenseite zu abnehmen zu lassen. Im ersten Falle ist die Geschwindigkeitszunahme
der verbrannten Gase im Regeneratorsohlkanal naturgemäß größer, im letzten Falle
geringer. Der absolute Wert des Querschnittes auf der Koksseite fällt also in beiden
Fällen verschieden aus.
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Besonders vorteilhaft ist es, die Verjüngung des Sohlkanals von der
Koksseite nach der Maschinenseite treppenförmig vorzunehmen. Damit trägt man einerseits
dem
Umstand Rechnung, daß auch die Rauchgasmengen sprunghaft entsprechend dem Hinzutreten
eines weiteren Zwillingssystems zunehmen; andererseits hat man auch die Möglichkeit
der feineren Einregelung, indem die Verjüngung nicht genau linerar erfolgt, sondern
dem veränderlichen Heizgasbedarf der einzelnen Zwillingssysteme angepaßt ist.
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Der Heizgasbedarf ist, wie bekannt, auch bedingt durch Ungleichmäßigkeiten
in der Kohlenschüttung, infolge des Einfüllvorganges unter und zwischen den Füllöchern,
ferner durch die besonderen Verhältnisse der Kopfzüge, bei denen dem Abstrahlungsverlust
der Ofenköpfe Rechnung zu tragen ist. Die Abstufung des Querschnittes des Regeneratorsohlkanals
kann durch Einlegen von Platten in demselben erfolgen.
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Die Erfindung ist sowohl anwendbar auf solche Öfen, bei denen jedem
Zwillingspaar ein völlig abgeschlossenes Paar von Einzelregeneratoren zugeordnet
ist, als auch auf solche Öfen, bei denen zwischen den Regeneratorabteilen ein Druckausgleich
in größerem oder geringerem Umfange möglich ist.
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Der Hauptvorteil, der sich durch die Neuerung ergibt, besteht darin,
daß eine Regelung der unteren in den Regeneratorsohlkanal führenden Regeneratorauslässe
nicht mehr erforderlich ist und der beim Einbau etwaiger Regelorgane unvermeidliche
Druckabfall fortfällt. Die den einzelnen Regeneratorabteilen zugeführten Verbrennungsmittelmengen
(Luft im Falle der Starkgasbeheizung, Luft- und Schwachgas im Falle der Beheizung
mit vorzuwärmenden Gasen) strömen sowohl in den Vorwärme- als auch in den Abhitzeregeneratoren
in senkrechter Richtung, so daß eine genaue Einregelung der Beheizung möglich ist,
ohne daß irgendwelche Regeleinrichtungen in den heißen Teilen des Ofens verwendet
zu werden brauchen. Ausführungsbeispiel Für einen Koksofen gegebener Abmessungen
ist unter Zugrundelegung einer normalen Betriebszeit die Bemessung des Regeneratorsohlkanals
errechnetworden für den Fall, daß der Regeneratorsohlkanal von der Koks- nach der
Maschinenseite sich um etwa 57 °lu> und zwar annähernd linear, verjüngt. Bei dem
betrachteten Ofen beträgt die Ofenlänge z3 m, die Ofenhöhe (licht) 4 m, die mittlere
Ofenbreite 450 mm. Die Beheizung erfolgt durch 14 Längszwillinge, d. h. 28 Heizzüge,
von denen immer je zwei hintereinanderliegende im Zugwechsel zusammenarbeiten. Die
Ofenfüllung beträgt 18 t nasse Kohle.
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Bei Verwendung eines Generatorgases mit einem Heizwert von 112o kcallNm3
und einem Wärmeverbrauch von 58o kcalkg nasser Kohle, aus denen sich ein Gasbedarf
je Kilogramm Kohle von 0,518 Nm3 und eine Rauchgasmenge je Kilogramm Kohle von 1,036
Nm3 ergibt, steigt dann die Rauchgasmenge je Zwillingssystem von 7o,8 Nm3Stunde
an der Maschinenseite auf 77,2 Nm3jStunde auf der Koksseite an. Daraus errechnet
sich ein Ofenwiderstand auf der Maschinenseite von 2,1 mm WS, auf der Koksseite
von 2,5 mm WS.
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Bei einer Kammerverjüngung von 40 mm (Kammerbreite Maschinenseite
430 mm, Kammerbreite Koksseite 470 mm) errechnet sich nach der Vorschrift der vorliegenden
Erfindung ein Sohlkanalquerschnitt von 0,7 m2 auf der Maschinenseite und 1,63 m2
auf der Koksseite.
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Bei einer Kammerverjüngung von 6o mm (Kammerbreite Maschinenseite
42o mm, Kammerbreite Koksseite 48o mm) errechnet sich der Sohlkanalquerschnitt auf
der Maschinenseite von 0,76 m2, auf der Koksseite von 1,5 m2.