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Verbundkoksofen Die Erfindung bezieht sich auf Verbundkolzsöfen mit
sich nach oben hin verjüngenden Ofenkammern, insbesondere auf Öfen mit liegenden
Kammern, die sich in der üblichen Weise von der :Maschinen- zur Koksseite hin konisch
erweitern. Die neuzeitlichen Verbundöfen unterscheiden sich von den früher üblichen,
abgesehen von den verhältnismäßig hohen, aber schmalen Ofenkammern, im wesentlichen
dadurch, daß dem in der Kammer befindlichen Kohlekuchen in der Zeiteinheit eine
erheblich größere Wärmemenge zugeführt wird. Dadurch wird die Durchsatzleistung
des Ofens entsprechend gesteigert, so daß auf die Bodenfläche der Ofenbatterie und
die AZenge des Baumaterials gerechnet dertäglicheKohlendurchsatz mehr als doppelt
so hoch ist wie bei den älteren Öfen. Dem Bestreben nach einer weiteren Steigerung
der Wärmezufuhr zu dem Kohlekuchen sind durch die Beschaffenheit des feuerfesten
Mauerwerks Grenzen gesetzt, die bei den neuzeitlichen Verbundöfen voll erreicht
sind. Die Anwendung höherer Verbrennungstemperaturen, wodurch allein bei diesen
Öfen die Wärmezufuhr zum Kohlekuchen noch erhöht werden könnte, verbietet sich wegen
der dann nicht mehr genügenden Standfestigkeit des --Mauerwerks.
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Um die beabsichtigte größtmögliche Wärmezufuhr zum Kohlekuchen zu
erreichen, sind bei den neuzeitlichen Koksöfen die zwischen den Ofenkammern angeordneten
Heizwände bis oder nahezu bis an die Oberkante des Kohlekuchens hochgeführt. Dadurch
wird der Kohlekuchen auf seine ganze Höhe hin ziemlich gleichmäßig erhitzt. Das
ist aber ein großer Nachteil gegenüber den älteren Bauarten, bei denen man auf einen
Temperaturabfall in der Ofenkammer großen Wert legte. Je kleiner nämlich dieser
Temperaturabfall
ist, um so mehr wird das entstehende Destillationsgas
im'oberen Teil der Ofenkammer überhitzt unter Spaltung gerade seiner wertvollsten
Bestandteile, der schweren Kohlenwasserstoffe.
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Die Erfindung bezweckt, die Vorzüge der älteren Öfen mit schonender
Gasbehandlung in der Ofenkammer mit denen der neuzeitlichen Öfen mit größter Durchsatzleistung
zu vereinigen. Sie beruht auf der Erkenntnis, däß die übliche Führung sowohl der
Heizmittel in den beflammten senkrechten Heizzügen von unten nach oben als auch
die Abgasführung in den nicht beflammten Heizzügen von oben nach unten unrichtig
ist. Hierbei werden nämlich die Stellen. größten Wärmeübergangs auf den Kohlekuchen
in die Mitte, wenn nicht sogar in den oberen Teil der Heizzüge und Ofenkammern verlegt..
Die umgekehrte Art der Beheizüng, also in den beflammten Zügen von oben nach unten,
ist an sich bekannt. Dabei sind die zur Vorwärmung von Schwachgas und/oder Luft
dienenden und im Zugwechsel Abgas aufnehmenden Regeneratoren oberhalb der Heizwände
und Ofenkammern angeordnet. Bei den bekannten Öfen dieser Art befinden sich aber
die Vereinigungsstellen von Brenngas und Luft am Kopfende oder in der Nähe des Kopfendes
der jeweils beflammten Heizzüge. Dadurch wird die geschilderte ungünstige Wärmeverteilung
mit Überhitzung des erzeugten Destillationsgases derart nach der schlechten Seite
hin gesteigert, daß sich diese Bauart nicht bewährt hat. .
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Bei dem- Ofen nach der Erfindung sind im Gegensatz dazu sowohl die
Vereinigungsstellen der regenerativ vorgewärmten Heizmittel, Schwachgas und Luft,
durch Anordnung von Trennwänden, die von oben her in die Heizzüge hineinragen, als
auch die Vereinigungsstellen von Luft und nicht regenarativ vorgewärmtem Starkgas,
das von unten her in die Heizzüge eingeführt wird, in den unteren Teil der jeweils
beflammten Heizzüge verlegt. Die Stellen größter Wärmeentwicklung befinden sich
daher in der Nähe der Heizzugssohle, so daß der größte Wärmeübergang auf den Kohlekuchen
im untersten Teil der Ofenkammer stattfindet. Dadurch wird ein gleichmäßiger Wärmeübergangs-
und Temperaturabfall von unten nach oben hin in der Ofenkammer erreicht. Um trotzdem
auch den Oberteil des Kohlekuchens in der gleichen Zeit abzugaren, wird von dem
an sich bekannten Mittel Gebrauch gemacht, die Ofenkammern nach oben hin konisch
verjüngt auszuführen.
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Bei den bekannten Öfen dient die Kammerverjüngung aber dazu, das Wärmebedürfnis
der Beschickung in den einzelnen Höhenschichten der abnehmenden Wärmelieferung durch
die aufsteigenden Heizgase anzupassen. Es sollte also eine möglichst gleichmäßige
Temperatur innerhalb der Ofenkammer erreicht werden. In grundsätzlicher Abkehr von
diesem Gedanken wird bei dem Ofen nach der Erfindung die Kammerverjüngung in Verbindung
mit der durch die eigenartige Beheizung erzielten Wärmeballung im unteren Teil der
Heizzüge dazu verwendet, bei gleichmäßiger Abgarung aller Teile der Beschickung
in der Ofenkä.mmer den gewünschten Temperaturabfall von unten nach oben hin zu erzielen.
Das ließe sich bei einem Ofen mit Kammern ohne senkrechte Konizität nicht durchführen,
da dann der obere Teil der Beschickung in der Abgarung zurückbleiben würde.
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Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht außer in der bereits
erwähnten Schonung der Destillationsgase vor allem in- einer ungewöhnlichen Verringerung
des Wärmeaufwandes fürdie Verkokung. Dieser Wärmeaufwand, die sogenannte Verkokungswärme,
setzt sich bekanntlich im wesentlichen aus der fühlbaren Wärme des Kokses und der
aus der Ofenkammer abziehenden flüchtigen Bestandteile einschließlich des Wasserdampfes
zusammen. Weitere Faktoren der Verkokungswärme bilden die Reaktionswärme und die
Verdampfungswärme der Kohlenfeuchtigkeit. Die Reaktionswärme bei der Destillation
der Kohle ist meist verschwindend gering, in vielen Fällen sogar negativ. Bei nicht
zu feuchter Kohle ist auch die Verdampfungswärme der Kohlenfeuchtigkeit klein. Eine
wirksame Ersparnis an Verkokungswärme kann man daher nur dadurch erzielen, daß die
fühlbare Wärme der bei der Destillation entstehenden festen und flüchtigen Erzeugnisse
heruntergesetzt wird. Das wird bei dem `erfindungsgemäßen Ofen durch den Temperaturabfall
nach oben hin, d. h. also durch die geringere Temperatur im oberen Kammerteil ermöglicht.
Die erzielbare Wärmeersparnis sei an Hand eines Zahlenbeispiels näher erläutert.
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Aus vielfachen Untersuchungen von Horizontalkammeröfen ergaben sich
bei einer mittleren Koksendtemperatur von etwa g5o°C folgende Mittelwerte:
| Kohlenbestandteile Temperatur fühlbare Wärme |
| °c |
| (WE/kg Kohle) |
| Koks ................. 950 218,5 |
| Destillationsgas.......... 685 913 |
| Kohlenfeuchtigkeit (in |
| Form von Wasserdampf) 585 101,2 |
| 411,0 |
Durch Temperaturabfall um ioo°C im oberen Drittel der Ofenkammer ergibt sich dann:
| Koks (mittlere Temperatur |
| der Gesamtmenge) .... 917 211,0 |
| Destillationsgas.......... 585 78,5 |
| Kohlenfeuchtigkeit..:.... 485 84,5 |
| 374,0 |
Die fühlbare Verkokungswärme verringert sich also von 411 auf 374 WEjkg Kohle oder
um volle g ()/o. Entsprechend vermindert sich auch der Unterfeuerungsbedarf. Ein
Temperaturabfall von 10o° C im oberen Kammerdrittel läßt sich schon bei einer Konizität
von etwa 2o °/o durchführen. Aus rein baulichen Gründen wäre eine Konizität von
3o °;" noch zulässig, die eine noch höhere Wärmeersparnis bewirken würde.
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Da bei dem Ofen nach der Erfindung bewußt der bisher ängstlich vermiedene
Temperaturabfall in der Ofenkammer angestrebt und erreicht wird, kann die Kammerhöhe
auch wesentlich über das bisher übliche Maß vergrößert werden. Dadurch erhöht sich
der Inhalt der einzelnen Kammer auch bei starker senkrechter Konizität. Im übrigen
kann der seitliche Abstand
der Kammermitten wegen der nur im unteren
Teil der Beheizung erzielten Wärmeballung nicht unwesentlich kleiner gehalten werden
als bisher üblich. Das bedeutet bei gleichem Platzbedarf und gleichem Baustoffaufwand
eine wesentliche Erhöhung der Durchsatzleistung. Dadurch werden die Strahlungsverluste
des Ofens, auf die Einheit durchgesetzter Kohle bezogen, entsprechend verringert,
was sich in weiterer Ersparnis an Unterfeuerung auswirkt.
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Die Starkgaszuführung erfolgt zweckmäßig stufenweise etwas oberhalb
der Heizzugssohle. Diese an sich ebenfalls bekannte Anordnung gewinnt bei dem Ofen
nach der Erfindung eine völlig neue Bedeutung. Während bei den bekannten, mit Aufwärtsströmung
in den beflammtem Heizzügen arbeitenden Öfen mit dem Höherlegen der Starkgasaustritte
nur eine Verlängerung der an sich kurzen Flamme bezweckt und erreicht wird, ist
bei dem Ofen nach der Erfindung diese kurze Flamme gerade beabsichtigt, weil die
hierbei eintretende Stärkerbeheizung der unteren Heizzugteile im Gegensatz zu den
bekannten Öfen angestrebt wird.
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Auch durch die Anordnung der Regeneratoren oberhalb der Heizwände
wird eine vorteilhafte Wirkung erzielt. Bei den bekannten Öfen mit Anordnung der
Regeneratoren unterhalb der Heizwände muß wegen der großen Strahlungsverluste der
Ofendecke der Ofenoberteil wesentlich stärker beheizt werden, als es an sich dem
Wärmebedarf des Kohlekuchens in diesem Teil entsprechen würde. Diese Strahlungsverluste
können bei dem Ofen nach der Erfindung nicht mehr auftreten; die oberhalb der Heizwände
liegenden Regeneratoren geben vielmehr an den oberen Teil der Ofenkammer noch genügend
Wärme ab, um eine gleichmäßige Abgarung des Kohlekuchens zu erreichen. Andererseits
ist diese Wärmeabgabe wiederum nicht zu groß, so daß das beabsichtigte Temperaturgefälle
in der Ofenkammer nach oben hin erhalten bleibt.
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Gegenüber der bekannten Anordnung der Regeneratoren unterhalb der
Heizwände bietet der Ofen nach der Erfindung noch einen weiteren Vorteil. Bei den
bekannten Öfen muß das Mauerwerk zwischen Heizwänden und Ofenkammern einerseits
und Regeneratoren andererseits besonders standfest und verhältnismäßig dick ausgeführt
werden, weil darin die große Zahl der Verbindungskanäle zwischen Regeneratoren und
Heizwänden außer den Starkgaskanälen untergebracht werden muß. Bei dem Ofen nach
der Erfindung sind unterhalb der Heizwände keine Regenoratoren und damit auch keine
Verbindungskanäle zwischen diesen beiden Teilen vorhanden. Das ist mit Rücksicht
auf die große Belastung dieses Mauerwerkteils besonders vorteilhaft. Ferner ist
bei den bekannten Öfen mit Regenoratoren unterhalb der Heizwände zum Vermeiden urtragbarer
Strahlungsverluste der Ofendecke oberhalb der Heizwände und Ofenkammern eine unverhältnismäßig
dicke Mauerwerksschicht notwendig. Unter Verwendung von knapp der gleichen Baustoffmenge
können die Schwachgasund;oder Luftregeneratoren bequem oberhalb der Heizwände und
Ofenkammern untergebracht werden. Dabei ergibt sich der wesentliche Vorteil, daß
die Regenoratoren nunmehr unmittelbar über den Heizzügen liegen und keinerlei Verbindungskanäle
zwischen diesen Teilen erforderlich sind.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung seien an Hand des nachstehend beschriebenen
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt Abb. i einen senkrechten Querschnitt
in Längsrichtung einer Verbundkolzsofenbatterie nach Linie A-h der Abb. 2, Abb.
2 senkrechte Längsschnitte nach Linie ''-D bzw. E-F der Abb. i, Abb. 3 Teile eines
der Abb. i entsprechenden Schnitts nach Linie G-H der Abb. 2 und Abb. q. eine Draufsicht
auf Abb. 2.
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Mit i sind die liegenden Ofenkammern der Verbundkoksofenbatterie bezeichnet,
die sich nach oben hin konisch verjüngen und von der Maschinen- zur Koksseite hin
konisch erweitern. Die zwischen den Kammern i angeordneten Heizwände 2 sind in senkrechte
Zwillingszüge 3, 4 unterteilt, die am Fußende miteinander verbunden sind. In jeden
der Heizzüge 3 und q ragt von oben her bis etwa zur Mitte eine Trennwand 5. Diese
Trennwände wie auch die Zwischenwände 6 zwischen je zwei Heizzügen 3 oder 4 sind
nach oben hin durchgeführt und bilden die Zwischenwände der Schwachgasregeneratoren
7, der Luftregeneratoren 8 und der im Zugwechsel mit ihnen zusammenarbeitenden Abgasregeneratoren
g und io. Durch Düsenplatten ii sind alle Regeneratoren in einen Oberteil 7a, 8a,
ga und ioa sowie einen Unterteil 7b, Sb, gb und fob unterteilt. Die letztgenannten
Regeneratorteile liegen zwischen den Ofenkammern i. Wie aus Abb. 2 ersichtlich ist,
sind jedesmal zwei Schwachgasregeneratoren 7 bzw. io nebeneinander angeordnet und
durch die Luftregeneratoren 8 bzw. g von den Abgasregeneratoren getrennt. Ein Übertritt
von Schwachgas in die Abgasregeneratoren ist daher ausgeschlossen. Da die Regeneratortrennwände
praktisch unbelastet sind, können sie verhältnismäßig schwach ausgeführt werden.
Das Deckenmauerwerk 12 jeder Ofenkammer i ist als Trennwand 13 bis zur Ofendecke
durchgeführt. Dadurch werden die in Längsrichtung der Batterie, also quer zu den
Heizwänden 2 verlaufenden Regeneratoren in einzelne Abteile aufgeteilt, von denen
jedes einem Heizzug zugeordnet ist. Durch Schaulöcher 14 imGitterwerk der Regeneratoren
können dieHeizzüge von der Ofendecke 15 aus beobachtet werden. Ferner sind in der
Ofendecke die üblichen Füllöcher 16 zum Einfüllen der Kohle in die Kammern i vorgesehen.
Oberhalb des Gitterwerks jedes Regeneratoroberteils 7a, 8a, ga und ioa befindet
sich zwischen je zwei Trennwänden 13 ein freier Raum 17, der als Verteil-bzw. Sammelkanal
für das jeweils zugeführte cder abgeführte Medium dient. Jeder Schwachgasregenerator
7 ist wechselweise an eine Schwachgasleitung i8 oder eine Abgasleitung ig und jeder
mit ihm im Zugwechsel zusammenarbeitende Abgasregenerator io wechselweise an eine
Abgasleitung 2o oder Schwachgasleitung 21 anzuschließen. In ähnlicher Weise sind
die Luftregeneratoren 8 mit einer Luftleitung 2z oder der Abgasleitung ig und die
zugehörigen Abgasregeneratoren g mit der Abgasleitung 2o oder einer Luftleitung
23 zu verbinden. In Abb. 2 sind der Übersicht halber diese oberhalb der Regenoratoren
und unmittelbar
unter der Ofendecke liegenden Leitungen nicht eingezeichnet.
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Der Anschluß jedes Regeneratorabteils an die zugehörige Schwachgas-
oder Luftleitung und nach Zugwechsel an die zugehörige Abgasleitung erfolgt durch
senkrechte Verbindungskanäle 2q., die neben den genannten Leitungen in der Ofendecke
liegen und in die freien Räume 17 münden. An den Verbindungsstellen der Kanäle 24
mit den zugehörigen Schwachgas-, Luft-oder Abgasleitungen sind nicht gezeichnete
Düsen od. dgl. angeordnet, die von der Ofendecke aus eingestellt werden können.
Dadurch ist es möglich, für jedes Regenerator-Einzelabteil, d. h. also für jeden
Heizzug, die Luft- bzw. Schwachgasmenge und getrennt davon auch die Abgasmenge genau
einzuregeln.
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Das Mauerwerk unterhalb der Kammern 1 und Heizwände 2 ist bei der
gezeichneten Ausführung als Unterbrennerofen in der üblichen Weise auf kräftigen
Tragpfeilern 25 der Unterkellerung 26 gelagert. Von der Unterkellerung aus sind
durch das darüberliegende Mauerwerk Starkgaskanäle nach oben hin durchgeführt, von
denen jedem Heizzug 3 zwei in verschiedenen Höhenlagen über der Heizzugssohle mündende
Kanäle 27 und 28 sowie jedem Heizzug q. zwei ähnliche Kanäle 29 und 3o zugeordnet
sind. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß die Kanäle 27 und 3o regelbar an
eine gemeinsame Starkgasleitung 31 und die Kanäle 2& und 29 an eine weitere
Starkgasleitung 32 regelbar angeschlossen sind. Die mit Abwärtsströmung arbeitenden
beflammten Heizzüge erhalten daher jedesmal aus den höher liegenden Austrittsstellen
Starkgas und die nicht beflammten Heizzüge, in denen Aufwärtsströmung herrscht,
gleichzeitig Starkgas aus den tiefer liegenden Austrittsstellen. Bei Starkgasbeheizüng
werden also beide Züge jedes Zwillingspaares gleichzeitig beheizt, und zwar
vornehmlich in ihrem unteren Teil. Bei Schwachgasbeheizung tritt die gleiche *Wirkung
ein, da durch die Trennwände 5 die Vereinigungsstellen von Schwachgas und Luft etwa
in die Mitte der jeweils beflammten Heizzüge verlegt sind und infolge der trägen
Verbrennung des Schwachgases die Flammenbildung vornehmlich im Unterteil der beflammten
und nicht beflammten Heizzüge stattfindet.
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Von der Unterkellerung 26 her führen Reinigungs-und Schaukanäle 33
zu der Sohle jedes Zwillingspaares 3, 4. Ferner können auch die Ofenkammern z außer
den üblichen oberen Gasabgängen weitere untere zur Unterkellerung führende Gasabgänge
erhalten.
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Wegen der großen Kammerhöhe und der leichten Zuführungsmöglichkeit
von Wasserdampf in die Ofenkammern eignet sich der Ofen nach der Erfindung besonders
gut zurDurchführung des bekannten Dampfens des nahezu oder ganz abgegarten Kokskuchens.
Gemäß der weiteren Erfindung wird dabei die Dampfzuführung so vorgenommen, daß die
den einzelnen Teilen der Ofenkammer zugeführte Dampfmenge genau regelbar ist und
die durch Hohlräume im heißen Teil des Mauerwerks gebildeten Dampfzuführungen von
außen leicht zugänglich sind, um etwa eingetretene Undichtigkeiten zu beheben.
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In der Unterkellerung 26 verlaufen als isolierte Stahlrohre ausgebildete
Verteilungsleitungen 35. An diese sind die senkrecht aufsteigenden Dampfzuführungen,
die durch die Binder in die Heizzugssohle münden, so angeschlossen, daß sie nach
Abnahme des Verschlusses 36 leicht durchgestoßen oder mit Mörtel geschlämmt werden
können. Das bei Dampfzuführung durch Steinkanäle erforderliche und übliche Durchspülen
der Kanäle während der ganzen Garungszeit ist nicht mehr erforderlich, die gesamten
bisherigen Spüldampfverluste werden daher erspart.
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Die wesentlichen Vorzüge des Ofens nach der Erfindung in bezug auf
geringen Unterfeuerungs- und Platzbedarf sind bereits eingangs erläutert worden.
Darüber hinaus sind auch die Druckunterschiede innerhalb des Ofenmauerwerks äußerst
gering, da keinerlei Drosselvorrichtungen in den Heizwänden vorhanden sind. Die
Regelvorrichtungen liegen vielmehr außerhalb des eigentlichen Mauerwerks, sind dadurch
vor Festbrennen geschützt und außerdem von der Ofendecke her leicht zugänglich.
Da die zwischen den Ofenkammern liegenden Regeneratorunterteile mit zur Erhitzung
des Oberteils der Ofenkammer dienen, wird ihnen laufend Wärme entzogen. Infolgedessen
ist das Temperaturgefälle zwischen Abgas und Regeneratorgitterwerk größer als üblich
und damit auch der Wärmeübergang in der Zeiteinheit. Die Regeneratoroberteile erhalten
daher verhältnismäßig stark abgekühltes Abgas und können daher entsprechend klein
gehalten werden. Da weiterhin die Temperaturen im Oberteil der Ofenbatterie erheblich
niedriger sind als bisher üblich, kann man bei dem Bau dieses Batterieteiles von
der Verwendung hochwertigen Steinmaterials absehen. Bei genügender Konizität der
Ofenkammern wird noch ein weiterer Vorteil erzielt. Infolge der großen Höhe der
Ofenkammern ist das Schüttgewicht der eingefüllten Kohle im unteren Kammerteil besonders
hoch, so daß hier ein fester und wegen der größeren Breite des Kammerunterteils
auch grobstückiger Koks entsteht, der sich ausgezeichnet als Gießerei- oder Hochofenkoks
eignet. Im oberen Kammerteil hat die eingefüllte Kohle wesentlich geringeres Schüttgewicht,
was sich in einem lockeren Gefüge und Kleinstückigkeit des gebildeten Kokses auswirkt.
Die Kleinstückigkeit wird dadurch noch unterstützt, daß die Ofenkammern oben unverhältnismäßig
schmal sind. Durch einfache Absiebung und mit geringen Brechkosten lassen sich diese
beiden Kokssorten getrennt voneinander gewinnen, wobei die Letztgenannte besonders
für Hausbrandzwecke geeignet ist.