NO180215B - Anordning ved mottrykksvifte i en ringkammerovn - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning ved ringkammerovn for kalsinering (baking) av karbonlegemer, innbefattende et antall kammer hvori karbonlegemene er innrettet til å plasseres under kalsineringsprosessen, hvilken ovn under kalsineringsprosessen, over et område omfattende et mindre antall kammer, er inndelt i en forvarmingssone, en fyrsone og en kjølesone som sammen suksessivt beveger seg fremover i ovnen, idet fyrgasser som dannes i fyrsonen under prosessen suges ut fra det første kammer i forvarmingssonen via en rørforbindelse og føres til en felles ringledning.

Hensikten med kalsineringsprosessen er å forkokse bindemidlet slik at man får mest mulig homogene karbonblokker med egenskaper som egner seg til bruk i f.eks. aluminiumelektrolyse. Karbonblokkene fremstilles i den ønskede form av en blanding av knust koks eller antrasitt, og et bindemiddel som eksempelvis bek.

Slike karbonblokker kan ha en betydelig vekt på flere tonn og lengde på 1,5 meter eller mer, avhengig av om det skal benyttes som anode- eller katodeelementer i elektrolysecellene.

Karbonblokkene settes ned i ovnen i dype sjakter som kalles kassetter, murt av ildfast stein. Mellom karbonblokkene og kassettveggene fylles pakk-koks for å opprette en god støtte for karbonblokkene. Pakk-koksen tjener også til å beskytte karbonblokkene mot luftavbrann.

Flere kassetter bygges inntil hverandre og danner et kammer. Veggene mellom kassettene er forsynt med kanaler for fyrgassene, og varme tilføres karbonblokkene ved å lede fyrgasser gjennom disse kanalene.

Hvert kammer er dekket med et lokk. Fyrgassene fra ett kammer ledes til ett i fyrretningen tilstøtende kammer. Slik kan fyrgassene trekkes gjennom flere seriekoblede kamre i forvarmings-, fyr- og kjølesonene. Som brennstoff brukes olje eller gass.

Fyrgassutløp og brennerutstyr flyttes suksessivt fra ett kammer til det neste kammer i fyrretningen.

I en ringkammerovn er to rader med kammer bygget inntil hverandre i parallelle rekker. Ved enden av en kammerrekke er gassløpene koblet til den parallelle kammerrekke. På denne måten er kamrene knyttet sammen til en ring som har gitt en slik ovn ovennevnte betegnelse.

På grunn av de spesielle egenskapene til karbonblokkene må man under kalsineringen unngå store temperaturgradienter som kan forårsake sprekker i det ferdige produkt. Hvert kammer må derfor følge nøyaktig den tid/temperaturkurve som er definert for ringkammerovnen.

Første fase av varmetilførselen til et kammer skjer i forvarmingssonen, hvor karbonblokkene når opp til 600°C ved hjelp av varmen i fyrgassene fra siste del av fyrsonen. Senere, i temperaturintervallet fra 600°C til den ønskede topptemperatur 1200-1300°C, må varme tilføres ved den nevnte forbrenning av gass eller olje.

Fyrsonen beveger seg i fyrretningen som nevnt ovenfor ved å flytte olje eller gassbrennere fra ett kammer til det neste. Hyppigheten av denne forflytningen kalles fyrfremskritt, hvilket bestemmer ringkammerovnens kapasitet.

Hvert kammer må som nevnt også ha mulighet for tilkobling til et gassavsugingssystem dels for å fjerne forbrenningsgassene fra fyrsonen og dels for å tilføre fyrsonen oksygen for en fullstendig forbrenning av olje eller gass. Dette skjer ved å koble et rør som kan være forsynt med en avsugingsvifte, til et kammer i forvarmingssonen samt til en ringledning. Luft fra omgivelsene trekkes gjennom fyrsonen og tilfører denne tilstrekkelig med oksygen, samt i gassform videre gjennom forvarmingssonen før gassen transporteres videre via røret og avsugsviften til ringledningen og et renseanlegg.

Det er horisontale fyrgasskanaler i rommet under kammeret mens det er fri gassføring i rommet mellom kammerlokket og kassettene. Fyrgasskanalene i kassettveggene forbinder rommet under kammerlokket med rommene under kammeret.

I lukkede ringkammerovner kan brennstoffet enten bli tilført i separate loddrette fyrsjakter, eller som i foretrukket form ved at brennstoffet tilføres helt eller delvis i rommet over og/eller under kassettene, som vist i søkerens egne norske patenter nr. 152029 og nr. 174364.

I ringkammerovner er kanalene i hver kassettvegg delt i to ved en skillevegg i rommet under kassettene. Derved ledes fyrgassene opp gjennom den ene halvpart og ned gjennom den andre halvpart av kammeret, i fyrretningen.

En ringkammerovn styres etter temperaturen på gassen som strømmer gjennom kamrene. Temperaturen i karbonblokkene er lavere enn gassens, og er et resultat av varmeovergangsforholdene i ovnene. Varmeovergangsforholdene er avhengig av i hovedsak følgende faktorer: Kammer- og kassettdimensjoner, karbonblokkenes dimensjoner, pakk-koksens partikkelstørrelse og pakningsgrad, gassmengde og -hastighet samt karbonblokkenes sentrering i kassettene. Felles for disse faktorene er at de over tid skal være mest mulig konstante, slik at differansen mellom gasstemperatur og karbonblokktemperatur er tilnærmet konstant.

Forutsetningen for at man kan styre en ringkammerovn etter gasstemperaturen bygger på dette forhold. I praksis vil det si at dersom en eller flere av ovennevnte faktorer forandrer seg over tid, f.eks. ved slitasje på murverk og inndragning av falskluft, må dette kompenseres for når man skal følge tid/temperaturkurven. En god utnyttelse av energiverdien (varmeverdien) i brennstoffet forutsetter at det på alle punkter i fyrsonen er tilstrekkelig med oksygen til stede for å oppnå en fullstendig forbrenning.

Ufullstendig forbrenning gir videre fra seg gasser som ved ugunstige forhold kan føre til eksplosjon i ovnen. Oksygeninnholdet i gassen på ulike steder i kalsineringsprosessen er således av vesentlig betydning for godheten av prosessforløpet.

Ved en balansert styring av prosessforløpet unngås termiske sjokk, dvs. hurtige temperaturforandringer i karbonblokkene og ildfastkonstruksjonene, hvilket over tid vil kunne medføre sprekkdannelser og deformasjoner, øket antall vrak av karbonblokker og øket vedlikehold av ildfastkonstruksjonene.

De eksisterende ringkammerovnsløsningene har en betydelig svakhet idet de er fremstilt som et sammenhengende murverk av ildfast stein og mørtel som danner rom, vegger og kanaler. En slik konstruksjon vil over tid gi etter for de termiske spenningene som oppstår ved gjentatt oppvarming og kjøling, og resultere i sprekker og forskyvninger, som i sin tur gir uønsket passasje av luft og gasser.

Som nevnt innledningsvis vil fyrgasser som dannes i fyrsonen bli sugd ut fra det første kammer (K2) i forvarmingssonen via en rørforbindelse og bli ført til en felles ringledning. Dette får som følge at det i det åpne kalde kammeret (K1), inntil kammeret (K2) hvor avsugingsviften er montert, genereres et undertrykk i kammerets (K1) A-del slik at falskluft trekkes derfra til forvarmingssonen. I sin tur fører dette til at avsugingsviftens evne til å suge luft fra motsatt retning, dvs. fra kjølesonen, gjennom fyrsonen og til forvarmingssonen, reduseres betydelig.

Det har vært et formål med foreliggende oppfinnelse å komme frem til en anordning som tilnærmet eliminerer falskluftinntaket til forvarmingssonen (K2), samt øker ringkammerovnens effektivitet og reduserer avgassmengden fra ovnen vesentlig.

Dette er ifølge oppfinnelsen oppnådd ved en anordning karakterisert ved at for å eliminere falskluftinntak fra det første kammer (K1) foran forvarmingssonen er anordnet en mottrykksvifte i tilknytning til det første kammeret (K1).

Oppfinnelsen skal i det etterfølgende beskrives nærmere ved hjelp av eksempel og under henvisning til vedlagte tegninger, hvor:

- Fig. 1 viser i prinsipp en ringkammerovn med en kjølesone, fyrsone og

forvarmingssone.

- Fig. 2 viser i perspektiv en ringkammerovn i større målestokk med et

gjennomskåret kammer.

- Fig. 3 viser en ringkammerovn med et gjennomskåret kammer, og

med en mottrykksvifte installert ifølge oppfinnelsen.

Fig. 1 viser en prinsipptegning over hendelsesforløpet i prosessen. En avsugingsvifte 3 i en rørforbindelse 1, eller fjerntliggende avsugsvifte (ikke vist) anordnet i tilknytning til en ringledning (ikke vist), trekker forbrenningsluft gjennom kjølesonen K10-K8 og videre gjennom fyrsonen K7-K4 hvor den sammen med brennstoff forbrennes. Forbrenningsgassene som dannes i fyrsonen trekkes deretter gjennom forvarmingssonen K3-K2 og overføres til ringledningen 10. Ved at avsugsviften 3 er tilknyttet K2, har vi det største undertrykket der. Det i sin tur medfører at avsugsviften 3 trekker falskluft fra A-delen 8 i kammer K1 slik at det i A-delen 8 dannes et undertrykk. Fig. 2 viser en ringkammerovn med et gjennomskåret kammer med gurtvegger 15, kassetter 18, kassettvegger 2 og fyrgasskanaler 5. Under bunnen av kassettene 18 er det bygget en skillevegg 6 som deler rommet under kassettene i to deler, en A-del 8 og en B-del 7. Herved ledes fyrgassene i fyrgasskanalene oppover i A-delen 8 og nedover i B-delen 7 i kamrene K10-K2, men i motsatt retning i kammer K1 der falskluft trekkes fra kammer K1 til kammer K2.

I det viste eksempelet i figur 2 er lokket 16 over kammeret koblet til ringledningen 10 via rørforbindelsen 1 i hvilken er plassert en lukkeanordning 11, samt avsugsviften 3.

Fig. 3 viser avsugsviften 3, samt en i h.h.t. oppfinnelsen anordnet mottrykksvifte 17 som enten kan kobles til en rørforbindelse med utslipp over tak (ikke vist) eller til nære omgivelser. Dersom utslippet fra mottrykksviften 17 inneholder gasser vil disse kunne via en rørforbindelse (ikke vist) bli ført til et renseanlegg via ringledningen (ikke vist). Mottrykksviften 17 er utstyrt med en differensialtrykksensor (ikke vist) som er forbundet med A- og B-delen i kammer K1 via slanger 9, på oversiden dekket med et teppe av plast 19. Mottrykksviften 17 som er koblet til fyrsjakten i gurtveggen foran B-delen i kammer K1, styres av trykkdifferansen i A- og B-delen i kammeret K1 ved hjelp av en frekvensomformer (ikke vist).

Anvendelsen av mottrykksviften 17 fører til at avsugsviftens 3 falskluftinntak fra kammer K1 til kammer K2 blir tilnærmet eliminert, hvilket medfører at det oppnås bedre kontroll med forbrenningsprosessen og dermed temperaturene i ovnen, den totale gassmengde som suges gjennom ringledningen 10 blir vesentlig mindre, og det blir mindre mengder gass som må renses, noe som også medfører at investeringene i og driften av avgassrenseanlegget blir vesentlig redusert.

Claims (2)

1. Anordning ved ringkammerovn for kalsinering (baking) av karbonlegemer, innbefattende et antall kammer (kl-kn) hvori karbonlegemene er innrettet til å plasseres under kalsineringsprosessen, hvilken ovn under kalsineringsprosessen, over et område omfattende et mindre antall kammer, er inndelt i en forvarmingssone (K3-K2), en fyrsone (K7-K14) og en kjølesone (K8-K10) som sammen suksessivt beveger seg fremover i ovnen, idet fyrgasser som dannes i fyrsonen under prosessen suges ut fra det første kammer (K2) i forvarmingssonen via en rørforbindelsen som føres til en felles ringledning (10), karakterisert ved at for å eliminere falskluftinntak fra det første kammer (K1) foran forvarmingssonen er anordnet en mottrykksvifte (17) i tilknytning til det første kammeret (K1).

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at mottrykksviften (17) styres på basis av trykkdifferansen i A- og B-delen i det første kammeret (K1) ved hjelp av en frekvensomformer.