NO314519B1 - Fremgangsmåte for kontroll/stenging av en passasje i en gurtvegg, samt anordning for samme - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for stenging av en el. flere passasjer i en ringkammerovn for kalsinering av karbonlegemer, der ovnen under kalsineringsprosessen over et område omfattende et mindre antall kammer, er inndelt i en forvarmingssone, en fyrsone og en kjølesone som sammen suksessivt flyttes fremover i ovnen.

Hensikten med kalsineringsprosessen er å forkokse bindemiddel slik at man får mest mulig homogene karbonblokker med egenskaper som egner seg til bruk i f.eks. alumini-umselektrolyse. 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 de 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 kan være dekket med et lokk. Fyrgassene fra et kammer ledes til et i fyrretningen tilstøtende kammer via passasjer anbrakt i gurtvegger beliggende mellom kamrene. Slik kan fyrgassene trekkes gjennom flere seriekoblede kamre i forvarmings-, fyr- og kjølesonene. Som brennstoff brukes olje, gass og forbrenning av bindemiddel. Bindemidlet fordampes og siver ul i ovnen hvor det antennes ved oppnådd temperatur. Som bindemiddel anvendes særlig bek, og forbrenning av bindemiddel står for opptil 40% av totalt tilført energi. Fyrgassutløp flyttes suksessivt i fyrretningen.

I en ringkammerovn er to rader med kammer bygget inntil hverandre i parallelle rekker. Ved enden av en kammerrekke er gassløpene koplet til den parallelle kammerrekke. På denne måten er kamrene knyttet sammen til en ring som har gitt 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 ca. 600°C ved hjelp av varmen i fyrgassene fra siste del av fyrsonen. Senere, i temperaturintervallet fra 600°C til denønskede topptemperatur 1200-1300°C, må varme tilføres ved den nevnte forbrenning av gass, olje og bindemiddel.

Fyrsonen beveger seg i fyrretningen som nevnt ovenfor ved å flytte olje eller gassbren-nere fra kammeret der fyringen avsluttes til kammeret det skal startes fyring i. Det er tidsintervallet for flyttingen av fyrgassutløpet som kalles fyrfremskritt.

Hvert kammer har mulighet for tilkopling 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 kople et rør som kan være forsynt med en reguleringsanordning, til et kammer i forvarmingssonen samt til en ringledning. Luft fra omgivelsene trekkes gjennom og inn i fyrsonen og tilfører denne tilstrekkelig med oksygen, og videre gjennom forvarmingssonen før gassen transporteres videre via røret og reguleringsanordningen 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 forbin-der rommet under kammerlokket med rommene under kammeret.

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

I ringkammerovner kan kanalene i hver kassettvegg være 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 dimen-sjoner, 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 karbonblokk-temperatur 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 forand-rer 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 energi-verdien (varmeverdien) i brennstoffet forutsetter at det på alle punkter i fyrsonen er riktig oksygenbalanse til stede for å oppnå en fullstendig forbrenning.

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

Fyrgasser som dannes i fyrsonen vil bli sugd ut fra det første kammer i forvarmingssonen via en rørforbindelse og bli ført til en felles ringledning. Dette får som følge at det i det åpne kalde kammeret inntil kammeret hvor reguleringsanordningen er montert, genereres et undertrykk slik at falskluft trekkes derfra til forvarmingssonen. I sin tur fører dette til at reguleringsanordningens evne til å suge luft fra motsatt retning, dvs. fra kjølesonen, gjennom fyrsonen og til forvarmingssonen, reduseres betydelig.

I søkerens eget norske patent nr. 180215 er det beskrevet en mottrykksvifte som skal eliminere falskluftinntak fra det første kammer foran forvarmingssonen og til det første kammeret i forvarmingssonen. Denne anordningen er plass- og energikrevende, og må hele tiden flyttes og installeres ved hvert kammer i det sonene beveger seg suksessivt fremover i ovnen under kalsineringsprosessen. Når mottrykksvifte anvendes er man avhengig av et kammer ekstra i forhold til den foreliggende oppfinnelse. Dette medfører store ekstrakostnader på anlegget og krever også mer vedlikehold.

WO 99/08059 beskriver en oppblåsbar sekk for å tette en passasje i en røkgasskanal i en ovn for baking av karbonanoder. Ulemper ved denne anordningen er bl.a. at det kreves en vifte for å fylle sekken med luft og for å opprettholde trykket i sekken. Videre kan slike sekker bli utette og slippe ut luft. En følge av dette vil være at tettingen blir redusert.

DE 25 37 133 beskriver en fremgangsmåte for drift av kammerovner, der en oppblåsbar luftsekk kan anvendes som sperre mellom de enkelte kamre. Det angis videre at det kan benyttes plater eller oppskummede legemer for samme, men det fremgår ikke hvordan dette eventuelt skal anbringes.

Det har vært et formål med foreliggende oppfinnelse å komme frem til en fremgangsmåte og anordning for på en robust og sikker måte å kontrollere falskluftinntak til

forvarmingssonen, samt øke ringkammerovnens effektivitet og redusere avgassmengden fra ovnen. Videre vil benyttelse av spjeld i samsvar med oppfinnelsen oppvise fordelaktige trekk ved gjennomføring av et fyrfremskritt, hvor en kontrollert innfasing av et nytt kammer i prosessen kan oppnås.

Dette er i følge oppfinnelsen oppnådd ved en fremgangsmåte og anordning som omfatter at det anbringes ett el. flere nedsenkbare spjeld i gurtveggene, som kan benyttes til å kontrollere og stenge gassgjennomgangen i en passasje mellom to serielt forbundne kamre. Spesielt kan spjeldene benyttes til å hindre falskluft å slippe gjennom fra det første kammer foran forvarmingssonen og til det første kammeret i forvarmingssonen. Spjeldene er fortrinnsvis laget av et lett materiale som må tåle en viss temperatur (500°C) og mekanisk påkjenning. Et spjeld kan dekke flere enkeltpassasjer.

Disse og ytterligere fordeler kan oppnås med oppfinnelsen slik den er definert i de vedføyde krav. Krav 1 relateres til en fremgangsmåte for kontroll av gasstrømmen i en slik passasje ved hjelp av ett eller flere nedsenkbare spjeld i gurtveggen som er innrettet for å blokkere helt eller delvis gasstrømmen gjennom passasjen. Krav 8 relateres til en anordning for stenging av en slik passasje innbefattende et nedsenkbart spjeld som kan betjenes ved hjelp av et forbindelsesorgan festet til spjeldet. Kravene 2-7 er ytterligere fordelaktige utførelser av fremgangsmåten som defineres i krav 1, mens kravene 9-12 definerer ytterligere utførelser av anordningen som angis i krav 8.

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

- Fig. 1 viser et langsgående snitt gjennom tre kamre i en ringkammerovn.

- Fig. 2A viser i perspektiv en del av en gurtvegg.

- Fig. 2B viser i perspektiv et snitt av en del av en gurtvegg med nedsenket spjeld.

- Fig. 2C viser et snitt av gurtveggen med nedsenket spjeld sett forfra.

Fig. 1 viser et langsgående snitt gjennom en rekke med kamre i en ringkammerovn hvor det vises tre kamre K-l, Kl og K2, der K-l er det første kammer foran forvarmingssonen og Kl er det første kammer i forvarmingssonen. Kamrene K2 og Kl er dekket av lokk 1 og 1'. Spjeldet 4 i gurtveggen 2 mellom kamrene K-l og Kl nedsenkes ved hjelp av et forbindelsesorgan 5 slik at det tetter passasjen mellom K-l og Kl, og således hindrer falskluft i å slippe gjennom. Forbindelsesorganet 5 kan utgjøres av kjetting, wire, en stang eller tilsvarende. Forbindelsesorganet kan være utført med markeringer ved sin øvre ende, hvilket tillater avlesning av spjeldets stengningsgrad av passasjen, dvs. hvor langt ned det er anbrakt. Det kan videre omfatte en låseanordning for fasthol-delse i ønsket posisjon. Passasjen er utformet ved hjelp av gjennomgående åpninger 14, 15 i gurtveggens 2 nedre del og som kommuniserer med tilliggende kammer. Reguleringsanordningen 3 i kammer Kl er forbundet til en rørforbindelse (ikke vist) og trekker forbrenningsluft gjennom kjølesonen og videre gjennom fyrsonen hvor den sammen med brennstoff forbrennes (ikke vist). Forbrenningsgassene som dannes i fyrsonen trekkes deretter gjennom forvarmingssonen bestående av kamre K2, Kl og overføres til en ringledning. Fig. 2A viser i perspektiv en del 2" av en gurtvegg, med gasspassasje 15 ved sin nedre ende. Fig. 2B viser i perspektiv en del av gurtveggen 2 med nedsenket spjeld 4. Forbindelsesorganet 5 festes til spjeldet 4 ved en festeanordning 6 og spjeldet 4 senkes i en lomme 7 som strekker seg ned til gurtveggens bunn. Se også fig. 2C. Lommen 7 kan være en del av en fyrsjakt 8 i gurtveggen 2. Lommen 7 er dekket til på gurtveggens topp med et deksel 11 som har en innføringsåpning 12 som tillater at spjeldet 4 kan entres gjennom denne. Videre har dekslet 11 en uttagning 9 som forbindelsesorganet 5 kan føres gjennom og således sikre en nedsenking der spjeldet 4 holder seg i riktig posisjon inntil gurtveggen 2. To klosser 10 er utstikk i lommen 7 og fungerer som føringer for å få spjeldet 4 på plass. Når spjeldet 4 er nedsenket holdes det på plass av trykkforskjellen

mellom kammer K-l og kammer Kl som presser spjeldet i tettende anlegg mot gurtveggen 2 og hindrer falskluftlekkasje fra kammer K-l til kammer Kl. Klossene 10 sikrer at spjeldet 4 ikke beveges for langt unna passasjen(e) det skal tette for, slik at undertrykket ikke greier å suge det til tettende anlegg. Et lokk (ikke vist) kan benyttes for å stenge

åpningen til lommen 7 i de kamre som er innkoblet for å unngå at falskluft dras ned gjennom lommen 7.

Anvendelsen av spjeld 4 fører til at reguleringsanordningens 3 falskluftinntak fra kammer K-l til kammer Kl blir kontrollerbar, hvilket medfører at det blir en mer optimal forbrenning og det oppnås stabile driftsforhold ved fyrfremskritt.

Benyttelse av spjeld 4 i henhold til oppfinnelsen vil videre kunne medføre effektivise-ring av driften av brennovnen. I forhold til kjente løsninger vil det være mulig å utføre arbeid på kammer K-l mer eller mindre helt frem til fyrfremskrittet. Dette innebærer at det frigjøres ett kammer i forhold til løsningen som angitt f.eks. i NO 180215. Som en følge av dette kan ovnen bygges med færre kammer. Alternativt kan denne fordelen utnyttes ved at ferdig kalsinerte blokker tillates å stå lengre under kjøling.

Spjeldet 4 er fortrinnsvis utført av Al eller en Al-legering, og har foretrukket < 3mm tykkelse. Spjeldet 4 bør ha en viss fleksibilitet for å kunne føye seg etter anleggsflaten. Spjeldene bør i tillegg kunne styres slik at en ønsket mengde falskluft kan slippe inn dersom dette skulle væreønskelig under kalsineringen. Temperaturen kan i noen tilfeller bli så høy at det kan være gunstig å slippe inn falskluft for å senke den.

Under normal drift av ovnen er spjeldene fjernet helt fra gurtvegger som inngår i kamre som benyttes under kalsineringsprosessen, da disse ellers vil kunne smelte p.g.a. den høye temperaturen. Ved bruk av spjeld fremstilt av ildfast materiale ville det ikke være nødvendig å fjerne spjeldene helt, men kun trekke dem høyt nok opp i gurtveggen til at de ikke forstyrret gasstransporten gjennom passasjene. Driftstemperaturen i gurtveggene kan være opptil 1400°C og spjeldene måtte således være utformet i et ildfast materiale som kunne tåle denne temperaturen.

Det skal forstås at alle gurtvegger som inngår i ovnen hensiktsmessig er tilpasset for å kunne motta spjeld for stenging av passasjer mellom kamrene. Et søyle-/kanalsystem, f.eks. i den nedre del av gurtveggen er således arrangert på en slik måte at all gass må passere området der spjeldet/-ene er montert.

Ved innfasing av et nytt kammer ved et fyrfremskritt, vil spjeld 4' mellom kammer K-l og kammer K-2 (kun delvis vist i fig. 1) komme til anvendelse. Videre vil det bli anbrakt et lokk tilsvarende lokk 1" over kammer K-l (ikke vist). Ved innfasing av kammer K-l som forvarmingskammer koples en reguleringsanordning 3' til lokket 1" over kammer K-l, mens spjeld 4 løftes gradvis slik at gass tillates å strømme mellom kammer Kl og kammer K-l. På forhånd senkes spjeld 4' på plass slik at falskluft hindres i å strømme fra kammer K-2 til kammer K-l. I andre enden av prosessen tas det siste kammer som står under kjøling ut av kretsen (ikke vist). I henhold til ovennevnte oppnås en god og sikker kontroll på fyrfremskrittet, hvilken operasjon kan innebære en viss grad av ujevn gassgjennomstrømning i kamrene i prosessen ved benyttelse av kjente løsninger.

Det skal videre forstås at lommene 7 i gurtveggene 2 og spjeldenes 4 anbringelse for tettende anlegg mot passasjene i disse, kan utføres slik at fyrretningen i ovnen kan snus uten vesentlige ombygninger. Det vil si at spjeldene 4 i lommer 7 kan flyttes i gassens strømningsretning til tettende anlegg mot passasjer 14 i gurtvegger. I praksis kan dette flyttes sideveis og dekke tilsvarende passasjer 15 i gurtvegger 2 ved endring av fyrretningen. Fordelen ved å kunne snu fyrretningen er at ujevn belastning på murverket kan jevnes ut, og ovnens levetid kan forlenges.

Claims (12)

1. Fremgangsmåte for kontroll/stenging av gassgjennomgangen gjennom en passasje i en gurtvegg mellom to kamre i en ringkammerovn for kalsinering av karbonlegemer, der ovnen under kalsineringsprosessen over et område omfattende et mindre antall kammer, er inndelt i en forvarmingssone, en fyrsone og en kjølesone som sammen suksessivt flyttes fremover i ovnen, karakterisert vedat det anvendes ett el. flere nedsenkbare spjeld (4) i gurtveggen (2) som er innrettet for å blokkere helt eller delvis gasstrømmen gjennom passasjen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat spjeldet (4) betjenes ved hjelp av et forbindelsesorgan (5) som er forbundet til spjeldet (4) ved en festeanordning (6).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert vedat spjeldet (4) senkes i en lomme (7), som kan ligge i fyrsjakten (8), og som har en uttagning (9) øverst som forbindelsesorganet (5) kan føres gjennom og således sikre en nedsenking der spjeldet (4) holder seg i riktig posisjon langs gurtveggen (2) og bringes til anlegg mot passasje (14).

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert vedat spjeldet bringes til anlegg mot passasjen (15) ved endring av fyrretningen.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat spjeldet (4) føres i riktig posisjon ved hjelp av to klosser (10) som er utstikk i lommen (7), og videre holdes i tettende anlegg mot passasjene ved hjelp av trykkfor-skjell mellom kamrene.

6. Fremgangsmåte ifølge krav t, karakterisert vedat spjeldet (4) kan reguleres og styres slik at falskluftinntaket fra det første kammer (K-l) foran forvarmingssonen til det første kammer (Kl) i forvarmingssonen kan kontrolleres.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat det ved innfasing av et kammer (K-l) som forvarmingskammer koples en reguleringsanordning (3') til et lokk (1') over kammeret (K-l), i det spjeld (4) løftes gradvis slik at gass tillates å strømme mellom kammer (Kl) og kammer (K-l), og spjeld (4') på forhånd senkes på plass slik at falskluft hindres i å strømme fra kammer (K-2) til kammer (K-l).

8. Anordning for stenging av en passasje i en gurtvegg mellom to kamre i en ringkammerovn for kalsinering av karbon legemer, der ovnen over et område omfatter et mindre antall kammer; inndelt i en forvarmingssone, en fyrsone og en kjølesone, som sammen suksessivt kan flyttes fremover i ovnen under kalsineringsprosessen,karakterisert vedat stengeanordningen omfatter et nedsenkbart spjeld (4) som kan betjenes ved hjelp av et forbindelsesorgan (5) festet til spjeldet (4).

9. Anordning ifølge krav 4, karakterisert vedat den omfatter to klosser (10) for posisjonering av spjeldet (4), idet spjeldet (4) i nedsenket posisjon presses mot anleggsflaten ved hjelp av trykkforskjellen mellom kamrene.

10. Anordning ifølge krav 4, karakterisert vedat spjeldet (4) er fremstilt av aluminium eller en Al-legering.

11. Anordning ifølge krav 4, karakterisert vedat spjeldet (4) har en foretrukket tykkelse < 3 mm.

12. Anordning ifølge krav 4, karakterisert vedat forbindelsesorganet (5) omfatter markeringer ved sin øvre ende, for å bestemme spjeldets (4) nedsenkede nivå og dermed stengingsgraden av passasjen.