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Verfahren und Einrichtung zum Herstellen von Wassergas in Kammer-
und Retortenöfen Die Erfindung betrifft Verbesserungen an Verfahren und Einrichtungen,
mit deren Hilfe Wassergas in Kammer- und Retortenöfen zur Koks- und Gaserzeugung
hergestellt wird. Bei den bekannten Ausführungen wird der einzuführende Wasserdampf
beim Durchleiten durch die Ofenkammer nur unvollständig mit der glühenden Koksmasse
in Berührung gebracht und in Wasergas umgesetzt, so daß erhebliche Mengen Wasserdampf
unzersetzt aus der Ofenkammer entweichen und- unnütze Aufwendungen und Betriebsbelastungen
sowohl für die Öfen als auch für die Kondensationsanlage bedingen.
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Man hat bereits zur Verteilung des einzuführenden Wasserdampfes im
Innern der Ofenbeschickung Rohre vorgesehen, die senkrecht dur chdie Ofendecke in
der Mitte zwischen den beheizten Kammerwänden durch die Fülllöcher oder andereDeckenöffnungen
eingesetzt wurden und tief in die Füllung hineinragten, während das erzeugte Wassergas
durch den gewöhnlich an den oberen Gassammelraum der Ofenkammer oder Retorte anschließenden
Gasabgang, d. h. also an der Außenseite der Beschickung, abgezogen wurde. Hierbei
werden die dazu notwendigen Löcher im Kokskuchen durch Anwendung von vorbohrenden
Eisenstangen hergestellt, die nachher durch die eingesetzten Dampfrohre wieder herausgezogen
wurden. Durch diese Mittel werden zwar die Schwierigkeiten, die sich dem Einsetzen
der Rohre in eine ganz zu Koks umgewandelteBeschickung entgegensetzen, behoben,
aber die Verteilung des Wasserdampfes innerhalb der Beschickung bleibt immer noch
unbefriedigend.
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Nach der Erfindung wird bei Anwendung solcher senkrecht durch die
Ofendecke in der Mitte zwischen den beheizten Wänden eingesetzten Dampfeinführungsrohre
der Wasserdampf nur in der Mittelebene des Kokskuchens in dessen unteren Teil eingeführt
und das erzeugte Wassergas ebenfalls durch ein in der Mitte zwischen den beheizten
Wänden in die Kohlebeschickung eingesetztes Rohr abgeführt. Bei seitlich beheizten
Kammeröfen oder Retorten besitzt bekanntlich der fertige Koks wegen der Beheizung
von den beiden Seiten in der senkrechten Mittelebene eine durchgehende senkrechte
Spaltungsfuge, die sog. Koksnaht. Dadurch, daß man erfindungsgemäß den Wasserdampf
an der Stelle und in Richtung dieser Spaltungsfuge, und zwar nur im unteren Teil
ausströmen läßt und zugleich das erzeugte Wassergas durch ein ebenfalls in dieser
Mittelebene des Kokskuchens eingesetztes Rohr abführt, wird eine hervorragend günstigeAusnutzung
des zugeführtenWasserdampfes erzielt. Man kann 9o °% und mehr der theoretischen
Umsetzung erzielen und dabei große Mengen eines hochwertigen kohlensäurearmen
Wassergases
erzeugen, weil kein nutzloserBallast an zugeführtemDampf dieKoks-
| wärme vorzeitig aufzehrt. Die zwangsläu |
| Führung des Wasserdampfes bzw. des erze .' |
| ten Wassergases durch die Koksnaht in s, |
| Mittelebene der Beschickung hat den weiter |
erheblichen Vorteil, daß der in diesem Teil' des Kokskuchens befindliche lockere
Schaumkoks durch die Wassergaserzeugung bevorzugt verzehrt und dadurch die Güte
des fertigen Kokses verbessert wird. Die gute Ausnutzung des zugeführten Wasserdampfes
bei der Wassergaserzeugung nach der Erfindung hat den Vorteil, daß die in der Mittelebene
des Kokskuchens vorgesehenen senkrechten Dampfeinführungsrohre in einem verhältnismäßig
großen Abstand voneinander, d. h. in einer beschränkten Anzahl angeordnet werden
können. Beispielsweise genügen bei den üblichen Horizontalkammeröfen, deren lichte
Weite etwa 0,4 bis o,5 m und deren waagerechte Länge io bis 13 m beträgt, 4 oder
höchstens 5 senkrechte Dampfeinführungsrohre mit :einem waagerechten Abstand von
etwa 2 bis 3 m.
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Um bei der geschilderten Anordnung mehrerer über die verhältnismäßig
große Länge der Ofenkammer verteilter Dampfeinführungsrohre und eines einzelnen
Abführungsrohres für das Wassergas den Wasserdampf innerhalb der Koksbeschickung
gleichmäßig zu verteilen, wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Dampfzufuhr
zu den einzelnen über die Länge der Ofenkammer verteilten Dampfeinführungsrohren
mit abnehmender Entfernung der Dampfeinführungsrohre von der Abzugsstelle des Wassergases,
d. h. von dem dafür vorgesehenen Abführungsrohr, zunehmend gedrosselt, zum Beispiel
durch Drosseln an denAnschlüssen derDampfeinführungsrohre an die gemeinsame Dampfzufuhrleitung.
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Die erwähnte verhältnismäßig geringe Anzahl von Dampfeinführungsrohren
im Betrieb ist ein wesentlicher Vorteil deswegen, weil die Rohre während der Verkokung
eingesetzt und nach der Verkokung wieder herausgenommen werden müssen. Bekanntlich
ist bei neuzeitlichen Koksofenbatterien schon mittlerer Größe mit einem schnellen
Aufeinanderfolgen zweier Ofenkammern, häufig beispielsweise nach nur i o Minuten
oder weniger, zu rechnen, d. h. das Einsetzen und Wegnehmen der Dampfeinführungsrohre
und der Wassergasabführrohre wiederholt sich in kurzen Zeitabständen. , Wegen der
Kürze dieser Zeit, die für das Einsetzen und Wegnehmen der Dampfeinführungsrohre
und Wassergasabführrohreverfügbar ist, und zur Sicherung einer einwandfreien Betriebsführung
ist es bei der Durchführung des Verfahrens auch von wesentlicher Bedeutung, daß
die hierzu dienenden Ein-
| `- htungen einfach und doch leistungsfähig |
| @:d. Diesen Forderungen entsprechen die |
| @`i falls zur Erfindung gehörenden Einrich- |
| ,teigen zum lösbaren Verbinden der einzu- |
biingenden Dampfeinführungsrohre mit einer in oder auf der Ofendecke verlegten feststehenden
Wasserdampfzufuhrleitung. Die Einzelheiten dieser Einrichtungen und ihre Vorteile
bei der Anwendung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.
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In den Zeichnungen ist die Abb. i ein senkrechter Längenschnitt durch
die Mitte einer liegenden Koksofenkammer, Abb.2 ein zugehöriger Grundriß, der in
der linken Hälfte als Schnitt nach der Linie A-B der Abb. i, in der rechten Hälfte
als eine Aufsicht auf die Decke des Ofens gedacht ist. Abb. 3 ist ein senkrechter,
zwei nebeneinanderliegende Ofenkammern umfassender Querschnitt nach der Linie C-D
der Abb, i. Die Abb. q. und 5, die Teilstücke eines senkrechten Kammerlängsschnitts
von der Art der Abb. i sind, zeigen eine Abänderung. Die Abb. 6 und 7 sind in vergrößertem
Maßstab gehaltene Darstellungen einer Einzelheit, welche die lösbare Verbindung
der Dampfeinführungsrohre betrifft.
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Es bedeuten i die Sohle, 2 und 3 die beiden Türen, ¢ die Decke und
5 die beiden Seitenwände der liegenden Koksofenkammern, die beispielsweise durch
senkrechte Heizzüge 6 in üblicher Weise beheizt werden. Nach Abb. i sind in' der
Ofendecke 4 die üblichen Füllöffnungen 7, in vorliegendem Beispiel deren vier, und
eine Gasabzugsöffnung 8 vorgesehen. Auf letztere ist das Steigrohr 9 aufgesetzt,
das über das Absperrventil io an die Vorlage i i angeschlossen ist. Ferner sind
in der Ofendecke 4 noch vier weitere Öffnungen oder Durchbrechungen 12 vorgesehen,
die zum Durchbringen der erfindungsgemäßen Dampfeinführungsrohre dienen. An der
Stelle jeder dieser Durchbrechungen 12 ist im oberen Teil der Ofendecke 4. eine
Aussparung 13 zur Unterbringung der später zu beschreibenden Rohrverbindungen vorgesehen.
Im Innern jeder Ofenkammer befindet sich die Kohlebeschickung 14, die mittels Einschüttens
durch die Füllöffnungen 7 eingebracht und in üblicher Weise so eingeebnet worden
ist, daß zwischen ihrer Oberfläche 15 und der unteren Wölbung der Ofendecke 4 der
übliche Gassammelraum 16 verbleibt. Die Kohlebeschickung ist in der linken Ofenkammer
der Abb. 3 in einem mittleren Garungsabschnitt, in dein Entgasung und Verkokung
noch nicht vollständig sind, und in der rechten Kammer der Abb. 3 und ebenso in
der linken als Schnitt gezeichneten
Hälfte der Abb.2 im Zustand
der vollständigen Verkokung dargestellt. In diesem fertigen Zustand bildet die Koksmasse
eine längs der senkrechten Mittelebene zwischen den beiden seitlichen Kammerwänden
5 verlaufende Spaltfuge 17 (vgl. Abb. 2). In dem halbverkokten Zustand der linken
Kammer von Abb. 3 dagegen wird in bekannter Weise die Koksschicht 14 der äußeren
Partien durch die kapselförmige Teernaht 18 von dem inneren Teil i9 geschieden,
welcher selbst in einem stark vorgerückten Garungsstadium noch fast unveränderte
Rohkohle darstellt.
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In dein in den Abb. i und 2 vorausgesetzten fertig verkokten Zustand
der Beschickung sind in dieselbe durch die Deckenöffnungen 12 hindurchragend vier
Dampfeinführungsrohre 2o eingesetzt, welche je mittels einer lösbaren Verbindung
21 an eine im oberen Teil der Ofendecke 4paraflel zur Kammerlängsrichtung und zur
Reihe der Rohre 20 verlegte Dampfleitung 22 angeschlossen sind. Jede für eine Ofenkammer
vorgesehene Dampfleitung 22 steht an dem einen (in Abb. i rechtsseitigen) Kammerende
mit der längs der ganzen Ofenbatterie verlegten Dampfzufuhrleitung 23 unter Einfügung
eines Absperrventils 24 in Verbindung. Die Dampfeinführungsrohre 2o werden erst
dann in die Beschickung 14 eingesetzt, wenn das Einleiten v an Wasserdampf beginnen
soll, d. h. wenn die Kohle vollständig oder nahezu vollständig in Koks umgewandelt
worden ist. Um diese Rohre 2o in diesem Zeitraum ohne Schwierigkeiten einsetzen
zu können, werden nach der Erfindung durch die Deckenöffnungen 12 Formstangen 25
(vgl. Abb. 3 links), welche nach Form und Größe den Rohren 2o entsprechen, in die
in der Ofenkammer befindlicheKohlel>eschickung14eingesenkt, sogleich nachdem dieselbe
eingefüllt und eingeebnet worden ist oder einige Zeit nachher, jedenfalls aber so
frühzeitig, daß das Eintreiben dieser Formstangen durch die Oberflächenpartien 15
der Beschickung, die bald nach Beginn der Entgasung zu einer Teernaht verbacken
und später sogar verkokt werden, noch keine erheblichenSchwierigkeitenmacht. DieseFormstangen
25 verbleiben als Kerne in der Kohlebeschickung 14., bis die bituminösen Bestandteile
der Kohle ausgetrieben sind, was mit dem Zeitpunkt des vollständigen oder nahezu
vollständigen Verkokens zusammentrifft. Sie werden dann nach oben herausgezogen,
und an ihrer Stelle werden die DampfeinführungsrOhre -2o eingesetzt und durch die
lösbare Vorrichtung 21 mit der Dampfleitung 22 verbunden. Darauf wird durch öffnen
des Absperrventils 24. von der Hauptleitung 23 aus Wasserdampf in die Leitung 22
und von da in die Rohre 20 und in den Kokskuchen 14 hineingetrieben. Die Rohre 2o
reichen abwärts bis nahezu zur Sohle der Ofenkammer hinab, sind am unteren Ende
geschlossen und erhalten nach einem weiteren Merkmal der Erfindung Dampfaustrittsöffnungen
26 nur in der Mittelebene und im unteren Teil der Ofenkammer (vgl. Abb. 3 rechts
und Abb. 2 links). Durch diese Anordnung der Dampfaustrittsöffnungen 26, welche
vorteilhaft als schmale senkrechte Schlitze von beispielsweise 2 mm Lichtweite und
6o mm Länge ausgebildet werden, wird der Wasserdampf veranlaßt, in der Richtung
der Spaltfuge 17 der Koksmasse 14 auszuströmen, was eine gute Verteilung durch die
gesamte Längen- und Höhenerstreckung des Kokskuchens bewirkt. Das durch die Einwirkung
zwischen dem Wasserdampf und dem glühenden Koks erzeugte Wassergas wird durch die
Deckenabzugsöffnung 8 und das Steigrohr 9 in die Vorlage i i abgeführt. Das Wassergas
tritt also durch das Innere des Kokskuchens 14 nach seinen Außenseiten, hauptsächlich
nach der Oberfläche i5, zum Teil auch nach den längs der Kammerwände 5 bestehenden,
durch die Schrumpfung der Kohlebeschickung während des Verkokens. auftretenden Spalten
35. Durch die geschilderten Mittel, insbesondere durch die Führung des Wasserdampfes
längs der mittleren Spaltfuge 17, wird eine sehr gute Verteilung des Wasserdampfes
innerhalb der ganzen Beschickung erzielt. Demzufolge genügt eine beschränkte Anzahl
von Dampfeinführungsrohren 2o in verhältnismäßig großen waagerechten Abständen voneinander
innerhalb der Ofenkammer. Wie die Abb. i ergibt, sind beispielsweise nur vier Dampfeinführungsrohre
2o vorgesehen; die Abstände der einzelnen Rohre untereinander und der Abstand des
dem Gasabzug 8 nächstliegenden Rohres 20 von diesem sind ungefähr gleich groß. Der
Abstand des von dem Gasabzug 8 am entferntesten liegenden Rohres 20 (in Abb. 1 und
2 das äußerste links) von dem durch die Kammertür 2 begrenzten Ende der Beschickung
wird zweckmäßig wesentlich kleiner genommen, weil die Strömung des eintretenden
Wasserdampfes bzw. gebildeten Wassergases in der Richtung von diesem Kammerende
weg erfolgt. Beispielsweise bei einer waagerechten Kammerlänge von ungefähr ii bis
i2 m zwischen den Türen, einem heute üblichen Maß für liegende Koksöfen, ergibt
sich bei einer Anordnung gemäß Abb. i ein waagerechter Abstand der Dampfeinführungsrohre
2o von durchschnittlich etwa 2,5 m, d. h. etwa gleich dem 5- bis 6fachen der heute
üblichen achten Kammerweite von 0,4 bis o,5 m. Die durch jedes der vierRohre hindurchzuleitende
Dampfmenge beträgt vorteilhaft ioo kg je Stunde.
Um die Verteilung
und Einwirkung des Wasserdampfes innerhalb der Beschickung noch weiter zu verbessern,
kann mit Vorteil die in Abb. 4 und 5 dargestellte abgeänderte Einrichtung benutzt
werden. Hier wird die Gasabzugsöffnung 8 durch zweckentsprechende Änderung der Bauart
des Steigrohrs 9 dafür eingerichtet, daß durch dieselbe ein Abzugsrohr von ähnlicher
Art und Anordnung wie derjenigen der Dampfeinführungsrohre 2o in die Koksbeschickung
14 hineingesenkt werden kann. Zu diesem Zweck wird zunächst das Steigrohr 9 unmittelbar
über dem Steigrohruntersatz 27 mit einem gekröpften Teil 28 versehen, der einenbesonderenAbschlußdecke129
in der Achse der Deckenöffnung 8 trägt. Der Steigrohruntersatz 27 besitzt im Innern
eine kegelförmige Sitzfläche 3o, auf welche sich der entsprechend geformte Kopf
31 des Abzugsrohres 32 dicht auflegt (Abb. 5). Um dieses Abzugsrohr 32 einbringen
zu können, wird in gleicher Weise, wie es für die Dampfeinführungsrohre 2o beschrieben
worden ist, sogleich oder bald nach dem Einfüllen der Kohlebeschickung 14 bei geöffnetem
Deckel 29 eine dem Rohr 32 entsprechende Formstange 33 eingebracht und während der
ganzen Dauer des Entgasens und Verkokens in der Beschickung belassen. DieseFormstange33
wird am oberen Ende gegen den Kegelsitz 30 lediglich durch mehrere, z. B. vier,
im Umkreis angeordnete Arme 34 gehalten, um den während der Entgasung und Verkokung
abzuziehenden Destillationsgasen und -dämpfen einen freien Abzug durch den Ringraum,
der in der Gasabzugsöffnung$ um die Formstange 33 herum freigelassen wird, und durch
die Öffnung des Kegelsitzes 30 zu belassen.
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Abb.6 zeigt in einem entsprechend der Abb. 3 genommenen senkrechten
Schnitt und Abb. 7 meiner zugehörigen Grundrißaufsichfi die Verbindung des. lösbaren
Dampfeinführungsrohres 20 mit der feststehenden Dampfleitung 22. An den Seitenstützen
36 des Dampfrohres 22 ist durch eine Flanschenverbindung 37 das Rohrverlängerungsstück
38 befestigt, das in den Flansch 39 ausläuft. Die vornliegende Dichtungsfläche 4o
dieses Flansches 39 ist, wie Abb. 6 ergibt, abweichend von der Senkrechten in steiler
Neigung angeordnet, so daß also der ganze Flansch 39 sich nach oben hin verjüngt.
Gegen diese Dichtungsfläche 40 legt sich die Dichtungsfläche 41 des entsprechend
sich nach unten verjüngenden Flansches 42 des Rohrverlängerungsstücks 43, welches
durch eine Flanschenverbindung44 mit dem knieförmigen Kopf 45 des Dampfeinführungsrohres
20 fest verbunden ist. Dieses Kopfstück 45 und damit zugleich das Verlängerungsstück
43 ist durch den Flansch 46 dauernd mit dem Kopfflansch 47 des Dampfrohres 2o fest
verbunden. Die Unterseite dieses Flansches 47 ist ebenfalls als ebene Dichtungsfläche
ausgebildet. Dieser gegenüber steht die entsprechende ebeneDichtungsfläche 49 des
metallenen Rohrstücks 5o, welches die Öffnung r2 der Ofendecke 4 einfaßt. Eine nachgiebige
Dichtungspackung 51 sorgt für genügendes Dichthalten und schafft damit eine Abdichtung
des Innenraums der Ofenkammer gegenüber der äußeren Atmosphäre, die die beschriebenen,
in den Aussparungsraum 13 der Ofendecke verlegten Rohrverbindungen umgibt. In die
Vorderfläche 41 des Flansches 42 ist eine flache Scheibe 52 eingelassen, welche
eine bestimmt bemessene Öffnung 53 enthält. Diese Öffnung 53 dient als Drosselvorrichtung,
um einen gewissen Druckabfall des von der Dampfleitung 22 her durchströmenden Wasserdampfes
hervorzurufen und dadurch den Dampf auf die einzelnen Dampfeinführungsrohre 20 gleichmäßig
zu verteilen. Es ist vorteilhaft, die Größe dieser Drosselöffnungen 53 in der Reihenfolge,
wie die einzelnen Rohre 20 von dem Dampfeinlaßventi124 der Dampfleitung 22 zunehmend
entfernt sind, entsprechend zunehmend zu erweitern, damit das von der Dampfzufuhrstelle
am entferntesten liegende Einführungsrohr 20 keine geringere Dampfmenge als das
am nächsten liegende Rohr 20 empfängt.
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Für den Flansch 42 des Kopfstücks 45 des Dampfeinführungsrohres 2o,
der durch die schräg stehende Vorderfläche 41 und durch die gegenüberstehende senkrechte
Rückfläche 54 einen sich nach unten verjüngenden Keil bildet, wird nun nach der
Erfindung an dem feststehenden Rohrverlängerungsstück 38 der Dampfleitung 22 eine
entsprechende keilförmige, feststehende Führung vorgesehen. Diese Führung wird auf
der einen Seite durch die schräg stehende Dichtungsfläche 4o des Flanschs 39, auf
der anderen Seite durch zwei klauenförmig den Flanschenrücken 54 umgreifende Laschen
55 gebildet, welche mit dem feststehenden Flansch 39 fest, z. B. durch Verschraubung,
verbunden sind. Beim Einsetzen des Dampfeinführungsrohres 22 in die Deckenöffnung
12 von oben her legt sich der keilförmige Flansch 42 in die beschriebene keilförmige
Führung hinein. Um nun eine gehörige Dichtung zu schaffen, wird ein keilartiges
Festpressen dieses Flansches 42 mit Hilfe der. nachstehend beschriebenen Vorrichtung
herbeigeführt. .Um den Bolzen 56, der den unteren Teil des Flanschs 39 waagerecht
durchsetzt, kann sich eine U-förmige Schwinge drehen, welche in einem Stück aus
den beiden senkrechten Laschen 57 und dem unteren waagerechten Querstück 58 gebildet
wird. An die oberen Enden der beiden Laschen 57 ist
mittels des
Bolzens 59 der einarmige Handhebel 6o angelenkt. In der in Abb.6 ausgezogen gezeichneten
annähernd waagerechten Stellung des Hebels 6o legt sich dessen Buckel 61 gegen eine
entsprechende Pfanne 62, die am Kopf des Flanschs 42 vorgesehen ist. Wenn man das
Griffende 63 des Hebels 6o niederdrückt, sei es von Hand, sei es durch einen Hammerschlag,
so wird bei dem starken Übersetzungsverhältnis zwischen der Hebelarmlänge des Buckels
61 und derjenigen des Griffs 63 der Flansch 42 mit großer Kraft nach unten in die
ihm gebotene Keilführung festgekeilt, und dadurch werden seine Dichtungsfläche 41
und die entsprechende Dichtungsfläche 4o des feststehenden Flanschs 39 festdichtend
aufeinandergepreßt. Um diese Keilverbindung wieder zu lösen, bedarf es der Anwendung
einer von unten nach oben auf den Flansch 42 einwirkenden Druckkraft. Zu diesem
Zweck ist an dem Querstück 58 der Schwinge die Nase 64 angebracht, welche sich gegen
die Unterseite des Flanschs 42 anlegt, sobald die Schwinge 57 nach rechts (Abb.
6) herumgedreht wird. Um dies mit gehöriger Kraft bewirken zu können, läßt sich
der Hebel 6o- in die in Abb. 6 punktiert gezeichnete Stellung 6ö herumlegen, wobei
die an ihm befestigte Nase 65 gegen eine an den Laschen 57 angebrachte Stütze 66
sich anlehnt. In diesem Zustand bilden die Teile 57 und 6o' einen einheitlichen,
um den Bolzen 56 herumschwingenden Hebel. Man drückt nun diesen Hebel bei dem Handgriff
63' in der Richtung des gezeichneten Pfeiles weiter herum und hebt damit durch die
Nase 64 den Flansch 42 aus seiner Keilführung nach oben heraus. Hierdurch gelangt
gleichzeitig der ganze Hebel so weit nach rechts, daß zum völligen Herausheben des
Flanschs 42 mitsamt dem Kopfstück 45 und dem daranhängenden Dampfeinführungsrohr
20 nach oben hin die Bahn frei wird. In dieser Stellung des Hebels kann daher das
Dampf einführungsrohr2o mittels der an seinem Kopf 45 befestigten Öse 48 nach oben
herausgezogen oder auch von oben her abwärts in die Ofenkammer eingesetzt werden.
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Die Aussparungen 1.3 der Ofendecke ¢ w erden durch je einen Deckel
67, der leicht aufgesetzt und abgenommen werden kann, verschlossen. Der Raum, in
welchem die Dampfleitung 22 verlegt ist, wird durch eine Platte 68 abgedeckt, die
.für gewöhnlich fest liegen bleibt.