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Rekuperativ-Koksofen für die Beheizung mittels Stark- oder Schwachgas
Die Erfindung betrifft einen Koksofen mit senkrechten Heizzügen für die Beheizung
mittels Stark- oder Schwachgas oder für beide Beheizungsarten nach Wahl, wobei zur
Vorwärmung der Verbrennungsstoffe Rekuperatoren angewendet werden. Zu ihrem Wesen
gehört eine bestimmte Anordnung für die Rekuperatoren innerhalb des Ofenbauwerks
und eine dem angepaßte Bauart der Heizwände, und sie umfaßt weitere aus dieser Grundlage
entwickelte Merkmale hinsichtlich Gestaltung und Betriebsweise der Rekuperatoren
und Öfen. Die bekannten Bauarten und Koksöfen mit Rekuperatoren für jede einzelne
Heizwand zur Vorwärmung der Verbrennungsluft werden nicht den allgemein für Koksöfen
geltenden Verhältnissen und Bedingungen gerecht, die hier hauptsächlich durch die
gruppenweise Zusammenfassung einer Vielzahl von einzelnen Ofenkammern und Heizwänden
und durch die Bauart und Betriebsweise derselben, insbesondere durch die hieraus
entspringende Notwendigkeit der Einhaltung sehr geringer Druckunterschiede in den
sämtlichen einzelnen Räumen und Kanälen des Ofensystems gegeben sind.
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Es ist ein Rekuperativ-Koksofen mit senkrechten Heizzügen für Beheizung
mittels Schwachgas bekannt, bei welchem unterhalb der Ofenkammer ein aus feuerfesten
Baustoffen hergestellter Rekuperator so angeordnet ist, daß jedem Heizzug eine ihn
mit Gas und Luft versorgende Rekuperätorkammer
zugeordnet ist. Dabei
besteht jede solche einzelne Rekuperatorkammer aus einem mittleren Vorwärmkanal
für Schwachgas und einem äußeren Kanalpaar für Luft, welche alle von einem gemeinsamen
Abgasraum umgeben werden. Die Ofenheizwand, mit welcher dieser bekannte Rekuperator
zusammengeschaltet ist, besteht aus einfachen Zwillingsheizzügen, bei denen immer
je ein einzelner aufwärtsbrennender Zug und ein Paar von abwärtsbrennenden Heizzügen
durch eine obere quer liegende Durchtrittsöffnung miteinander verbunden sind.
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Der Rekuperativ-Koksofen mit senkrechten Heizzügen nach der Erfindung
ist, im Gegensatz zu dem vorbesagten bekannten Rekuperativ-Koksofen, durch die Zusammenschaltung
der unterhalb der Ofenkammer liegenden Rekuperatoren mit den abwärts beflammten
Heizzügen in der Weise gekennzeichnet, daß die zum Hindurchführen der vorzuwärmenden
Gase dienenden Rekuperatorkämmern an senkrechte, in den Bindertrennwänden angeordnete
und mit einer Mehrzahl von Auslässen in verschiedenen Höhenlagen versehene Zufuhrkanäle
und die zum Hindurchführen der beheizenden Abgase dienenden Rekuperatorkammern an
die Fußteile der einzelnen gegeneinander abgeschlossenen Heizzüge angeschlossen
sind; dabei stellen die einzelnen Rekuperatorkammern der Heizzüge Vorwärmkassetten
mit je einer Vielzahl von senkrechten Wärmeaustauschkanälen dar.
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Diese erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zwischen Rekuperatoren
und Heizzügen hat gegenüber der bekannten Anordnung mit Zwillingsheizzügen zunächst
schon den Vorteil einer gleichmäßigeren Temperaturverteilung in der Höhenrichtung.
Da nämlich beim Erfindungsgegenstand überhaupt nur abwärtsbrennende Heizzüge mit
der vergleichmäßigenden Höhenzufuhr der Verbrennungsstoffe vorhanden sind, so fällt
die Beheizungsungleichförmigkeit der Zwillingszüge vom Eingang jeweils des aufwärtsbrennenden
bis zum Ausgang des abwärtsbrennenden Zuges fort. Dadurch ist bei der Erfindung
die Abgangstemperatur der Abgase beim Herüberströmen der Abgase vom Fuß der Heizzüge
in den Rekuperator höher, was die Vorwärmung und die Wärmeausnutzung im Rekuperator,
gerechnet bis zu seinem Abgasausgang, verbessert. Die zum Kennzeichen gehörenden,
die Rekuperatorkammern darstellenden Vorwärmkassetten mit einer Vielzahl von senkrechten
Wärmeaustauschkanälen sind der oben als bekannt geschilderten Anordnung von Rekuperatorkammern,
die nur je einen einzigen Gaskanal und ein Paar von Luftkanälen nebst einem einzigen
Abgasraum besitzen, erheblich überlegen; denn erst die erwähnte Vielzahl der Kanäle
in den Vorwärmkassetten schafft innerhalb des sehr .engen Grundflächenraumes eines
Heizzuges bzw. einer ganzen Heizwand die für eine hohe Wärmeübertragung erforderlichen
rekuperativen Wärmedurchgangsflächen. Zugleich ergibt sich bei der erfindungsgemäßen
Bauart aus der gekennzeichneten Zusammenschaltung die Möglichkeit zur Unterhaltung
sehr günstiger Strömungs-, Gasdruck- und Wärmeübertragungsbedingungen. Es wird hierbei
jede Heizwand dauernd in ihrer ganzen Längserstreckung mit voller Intensität beheizt,
weil sämtliche Heizzüge gleichzeitig in vollem Umfang und mit gleicher Stärke beheizt
werden und weil vollständige Kontinuierlichkeit des Beheizens über die gesamte Dauer
des Betriebes besteht. Zugleich kann mittels der Binderkanäle und ihrer Mehrzahl
von Auslässen in verschiedenen Höhenlagen eine über die ganze Heizzughöhe gestufte
Verbrennung und damit eine sehr gleichmäßige Höhenbeheizung erzielt werden.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung für den Betrieb der gekennzeichneten
Rekuperativ-Koksöfen mit Schwachgas besteht darin, daß die in den Bindertrennwänden
angeordneten Zufuhrkanäle derart geschaltet werden, daß die in der Heizwandlänge
aufeinanderfolgenden, j e mit einer Mehrzahl von Auslässen in verschiedenen Höhenlagen
versehenen Binderkanäle abwechselnd an je eine zur Vorwärmung von Luft bzw. Schwachgas
dienende Rekuperatorkammer angeschlossen sind. Durch diese Wechselfolge werden für
den besagten Betriebsfall der Schrvadhgasbdhei@zurng jedem einzelnen Heizzug die
Verbrennungsstoffe Luft und Heizgas von zwei gegenüberliegenden Seiten her in mehreren
Höhenlagen zugeführt, so daß damit eine gestufte Verbrennung im Heizzug erzeugt
wird, die für eine @gleichmäß@ige Höhenbeheizung sorgt.
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Eine andere Ausgestaltung der Erfindung für den Betrieb der Ofen mit
Starkgas ist dadurch gekennzeichnet, daß für das Starkgas am oberen Ende jedes Heizzuges
eine von der Ofendecke aus regelbare Starkgaszufuhr vorgesehen ist. In diesem Falle
werden die senkrechten Zufuhrkanäle in den Binderkanälen der Heizwände sämtlich
mit vorgewärmter Verbrennungsluft beschickt, und es wird durch die im Heizzug von
oben nach unten gehende Stufenzufuhr der Luft eine mehrstufige und dadurch vergleichmäßigte
Verbrennung des von oben her zugeführten Starkgases über die ganze Heizzughöhe und
damit eine gleichmäßige Höhenbeheizung gesichert.
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Die Koksöfen mit den vorerwähnten Erfindungsmerkmalen können allein
mit den gekennzeichneten feuerfesten Rekuperatoren zur Vorwärmung der Verbrennungsstoffe
betrieben werden; der Wärmeübergang ist dann in den höheren Temperaturbereichen
wegen der Überlegenheit der starken Wärmestrahlung befriedigend. Wenn man auf eine
Ausnutzung der Abgaswärme auch in niedriger liegenden Temperaturbereichen hinstrebt,
so kann die dann erforderliche Vergrößerung der Rekuperatoren unter Umständen wirtschaftlich
unbefriedigend werden. Für einen solchen Fall besteht eine Verbesserung darin, daß
man nach einem weiteren Erfindungsgedanken, wenn man eine ganze Gruppe von Rekuperativ-Koksöfen
mit feuerfesten Rekuperatoren gemäß dem vorgeschilderten Erfindungsmerkmal ausstattet,
eine
günstigere Ausnutzung der in den abziehenden Abgasen der Heizwände
verfügbaren Abwärme innerhalb des Ofensystems dadurch schafft, daß die sämtlichen
feuerfesten Rekuperatoren der Ofengruppe nur für die höheren Temperaturbereiche
vorgesehen und mit einem für die ganze Gruppe einheitlichen Metallrekuperator für
die niedrigeren Temperaturbereiche zusammen- und hintereinandergeschaltet werden,
und zwar in der Weise, daß die Verbrennungsstoffe, also Luft und Heizgas einerseits
undAbgas andererseits, mittelsgesonderter Gebläse im Gegenstrom durch das ganze
Rekuperativ-System gefördert werden. Diese Aufteilung des Gesamtrekuperators in
einen feuerfesten und in einen metallischen Rekuperator ergibt zunächst die Möglichkeit,
die für beide wirksamen Temperaturbereiche passend gegeneinander abzugrenzen, indem
die hohen Temperaturen den dafür baulich geeigneten feuerfesten Rekuperatorkammern
und die niedrigen Temperaturbereiche den dafür ausreichenden Metallrekuperatoren
vorbehalten werden; dies ergibt auch die wirtschaftlich günstigste Gesamtgröße.
Die ebenfalls zum Kennzeichen gehörende Anwendung der die Verbrennungsstoffe fördernden
Gebläse ermöglicht es dabei, verhältnismäßig enge Durchflußkanäle und große Durchflußgeschwindigkeiten
mindestens in den Metallrekuperatoren anzuwenden, da keine Beschränkungen aus Durchflußwiderständen
bestehen.
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Die eingangs geschilderte, zum Hauptkennzeichen des Erfindungsgegenstandes
gehörende Ausbildung der einzelnen Rekuperatorkammern als Vorwärmkassetten mit einer
Vielzahl von senkrechten Wärmeaustauschkanälen kommt der letztgeschilderten Erfindungsausgestaltung
der Rekuperatoren aus feuerfesten und metallischen Teilstücken mit Gebläseförderung
sehr entgegen. Man kann dies nach einer Ausführungsform der Erfindung noch weiter
vergünstigen, wenn auch im Metallrekuperator eine Anzahl verhältnismäßig enger Kanäle
mit einem beschränkten Gesamtquerschnitt, der erhebliche Strömungsgeschwindigkeiten
der Gase ergibt, vorgesehen ist. Hierbei sichern die großen Gesamtquerschnitte und
die kleinen Strömungsgeschwindigkeiten der Gase im feuerfesten Rekuperator überall
sehr geringe Druckunterschiede, namentlich auch zwischen den Rekuperatorkanälen,
und dies ist naturgemäß sehr günstig für das Hintanhalten von Gasüberströmungen
zwischen den Kanälen durch die feuerfesten Kanalwandungen hindurch. Dabei wird der
vorwiegend auf Strahlung beruhende Wärmeübergang in diesen feuerfesten Rekuperatoren
durch die niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten nicht beeinträchtigt, im Gegenteil
durch die den weiten Kanälen entsprechenden größeren Schichtstärken der Gasströme
sogar begünstigt. Andererseits wird der vorwiegend konvektive Wärmeübergang in den
engen Kanälen des Metallrekuperators durch die hohen Strömungsgeschwindigkeiten
sehr gefördert. Diese erfindungsgemäße Ausführungsform ergibt daher erhebliche Vorteile
für den Wärmeübergang und die Wärmeausnutzung sowie eine gute Wirtschaftlichkeit
hinsichtlich Anlage und Betrieb.
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Weitere Erfindungsmerkmale und Besonderheiten werden sich aus dem
nachstehenden, an Hand der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiel ergeben.
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Durch die Zeichnung wird eine Ausführungsform der Erfindung als Beispiel
in verschiedenen Gesamt- und Einzeldarstellungen wiedergegeben. Dieses Ausführungsbeispiel
betrifft den zuletzt behandelten Fall einer Ofengruppe, die mit feuerfesten Rekuperatoren
im Unterbau der einzelnen Heizwände und mit einem einheitlichen, der Ofengruppe
gemeinsamen Metallrekuperator ausgestattet ist.
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Abb. i ist eine Aufrißansicht, in Richtung der Ofenkammerachsen gesehen,
und Abb. 2 eine zugehörige Grundrißaufsicht für die Gesamtanordnung der Ofengruppe
mit Rekuperatoren und Verbindungsrohrleitungen; Abb. 3 ist im allgemeinen ein senkrechter
Querschnitt der Ofengruppe nach der Linie c-a der Abb. 2. Im einzelnen ist der linke
Teil der Abb. 3 ein senkrechter Schnitt nach der Linie b-b, der rechte Teil ein
Schnitt nach den Linien c-c und d-d der A.bb.4; der mittlere Teil ist in vereinfachter
Darstellung ein gleichartiger -senkrechter Schnitt, teilweise durch eine Ofenkammer
nach den Linien e-b bzw. e-c der Abb. 4; Abb. 4 ist ein zur Abb. 3 rechtwinklig
stehender Schnitt, d. h. ein senkrechter Querschnitt der Ofenkammern und Heizwände,
nebst den feuerfesten Rekuperatoren, und zwar links nach der Linie f-f, rechts nach
der Linie h-h und in der Mitte nach der Linie k-k der Abb. 3 ; Abb. 5 und 6 sind
in vergrößertem Maßstab gehaltene Teilgrundrisse zu Abb. 4 als waagerechte Schnitte
nach deren Linien m-m und y-r bzw. s-s und t-t, wie im einzelnen beigeschrieben;
Abb. 7 ist ein Teilaus,sc'hnitt der Abb. 3 zur Darstellung einer Einzelheit in vergrößertem
Maßstab. Die Koksofengruppe i, von der in der Gesamtanordnung der Abb. i und 2 nur
ein an einen Batteriekopf angrenzendes Teilstück gezeichnet ist, besteht aus einer
größeren oder kleineren Anzahl von liegenden Ofenkammern 2 und dazwischen befindlichen
Heizwänden 3. Die Heizwände werden aus senkrechten Heizzügen 4 gebildet, die über
die ganze Ofenlänge parallel geschaltet und einheitlich, nicht nach verschiedenen
Gruppen unterteilt, betrieben werden. Unter den Ofenkammern sind, ebenfalls über
die ganze Ofenlänge reichend, in einer erfindungsgemäßen Zusammenschaltung mit den
Heizzügen Rekuperatoren 5 zur Vorwärmung der Verbrennungsstoffe angeordnet, die
aus feuerfestemBaustoff hergestellt und für die höheren Temperaturbereiche der Vorwärmung
bestimmt sind. Das ganze Ofenbauwerk aus Ofenkammern, Heizwänden und Rekuperatoren
ist auf Fundamentpfeilern 6 aufgebaut, die zwischen sich begehbare freie Räume 7
belassen. Unter den Rekuperatoren liegen die waagerechten Verteilkanäle 8 und 9
für die Zufuhr von Luft
bzw. Schwachgas und io für die Abfuhr von
Abgasen. Diese waagerechten Verteilkanäle reichen ebenfalls über die ganze Ofenlänge.
Jeder Verteilkanal 8 ist durch den Rohrkrümmer i i, in dem sich ein Absperrorgan
14 befindet, an eine Rohrleitung 17, jeder Verteilkanal 9 gleichartig durch einen
Rohrkrümmer 12 mit Absperrorgan 15 an die Rohrleitung 18 und jeder Verteilkanal
io durch den Rohrkrümmer 13 mit Absperrorgan 16 an die Rohrleitung i9 angeschlossen.
Diese drei Rohrleitungen 17, 18 und i9 reichen jede über die ganze Ofengruppe und
dienen zur Verteilung der Verbrennungsstoffe (Luft und Schwachgas) und zur Sammlung
der Abgase.
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Für den Betrieb mit Starkgas ist über jeder Heizwand in der Ofendecke
ein Verteilkanal 2o vorgesehen, der mit jedem Heizzug 4 durch eine Düse 2i in Verbindung
steht und an eine für die ganze Ofengruppe gemeinsame Starkgashauptleitung 22 durch
einen mit dem Absperrorgan 24 ausgestatteten Rohrkrümmer angeschlossen ist. In der
Achse jeder Düse 21 ist über ihr eine Deckendurchbrechung 23 als Schauloch vorgesehen.
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Außerhalb des Ofenbauwerks ist (vgl. Abb. i und 2) bei dieser besonderen
Ausführungsform der Erfindung ein der ganzen Ofengruppe gemeinsamer Rekuperator
25 angeordnet, der aus Metall hergestellt ist und zwei getrennte Abteile 26 und
27 umfaßt. Das Abteil26 dient als Rekuperator für die Vorwärmung von Verbrennungsluft,
das Abteil 27 als Rekuperator für die Vorwärmung von Schwachgas bzw. bei Starkgasbetrieb
von Luft. Die eigentlichen Vorwärmkammern dieser Rekuperatorabteile werden je aus
einer Vielzahl von parallelen eng stehenden Metallplatten, etwa Eisenblechen, gebildet.
Das Abteil 26 ist an die Rohrleitung 17, das Abteil 27 an die Rohrleitung
18 angeschlossen, und zwar derart, daß im Abteil immer aufeinanderfolgend jeder
zweite Zwischenraum zwischen zwei Metallplatten von den zur Vorwärmung bestimmten.
Gasen durchzogen wird. Die jeweils dazwischenliegenden Hohlräume dienen zum Durchzug
der wärmeabgebenden Abgase und sind zu diesem Zweck an die Sammelrohrleitung i9
und .die Abgas-Zuführungskammer 32 sowie an die Austrittskammer 33 im unteren Teil
des Rekuperators angeschlossen. Eine senkrechte Querwand 41 in sämtlichen Hohlräumen
dient zur Stromumlenkung. Bei dieser aus Abb. i und 2 erkennbaren auf eine Ofengruppe
zugeschnittenen Gesamtanordnungsind der jeder Ofenkammer zugeordnete feuerfeste
Rekuperator und der der ganzen Ofengruppe gemeinsame metallische Rekuperator durch
die Verbindungsrohrleitungen 17, 18, i9 hintereinandergeschaltet. Innerhalb der
Rekuperatorabteile 26 und 27 ist für Durchzug der vorzuwärmenden Verbrennungsstoffe
(Luft, Heizgas) und der Abgase andererseits im Gegenstrom gesorgt, wie sich aus
den in Abb. i eingezeichneten Stromrichtungspfeilen ergibt. Der Durchzug aller dieser
wärmeaustauschenden Gase wird erfindungsgemäß durch besondere Gebläse bewirkt. Für
die Förderung der Luft durch das Rekuperatorabteil 26 dient das Gebläse 28, für
die Förderung des Heizgases durch das Rekuperatorabteil 27 dient das Gebläse 29,
und für die Förderung der Abgase dient das Gebläse 3o, das mittels der Rohrleitung
31 an die untere Abgasaustrittskammer 33 angeschlossen ist. Das Gebläse 30 drückt
die angesaugten Abgase durch das Anschlußrohr 34 in den Schornstein 35 hinein, der
als eiserner Kamin von beschränkten Abmessungen ausgebildet sein kann.
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An die Verbindungsrohrleitung ig kann ein Abzweigrohr 36 angeschlossen
werden, das ein Absperrorgan 37 enthält. Hierdurch kann ein Teil der heißen Abgase
aus der Rohrleitung i9 abgezweigt und außerhalb der Ofenanlage für beliebigeZwecke
ausgenutzt werden. Die Gebläse 28 und 29 drücken die Luft bzw. das Heizgas durch
die Rekuperatorabteile26 bzw. 27 und die Verbindungsrohrleitungen 17 bzw. z8 über
die obenerwähnten Verteilkanäle 8 und 9 in die Vorwärmkammern der feuerfesten Rekuperatoren
5 und von da aus über die später zu beschreibenden Wege durch die Heizwände der
Ofengruppe. Zum Ansaugen des Heizgases nach dem Gebläse 29 hin dient hierbei die
Saugrohrleitung 38 mit dem Absperrorgan 39. Ein an diese Saugleitung angebauter
Abzweig mit demAbsperrorgan 4o mündet in die freie Außenluft und dient dazu, bei
Schließung des Absperrorgans 39 Luft durch das Gebläse 29 in das Rekuperatorabteil
27 zu fördern, wenn die Ofengruppe mit Starkgas betrieben wird.
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Die senkrechten Heizzüge 4. werden durch die Bindertrennwände 42,
die vom Fuß bis zur Decke der Heizwand durchreichen, abgeteilt und dadurch vollständig
gegeneinander abgeschlossen. Die Rindertrennwände 42 enthalten je einen senkrechten
Kanal q:3 bzw. 44 mit seitlichen, in die zwei angrenzenden Heizzüge ausmündenden
Austrittsdüsen 45 und 46 in verschiedenen, über die ganze Heizwandhöhe verteilten
Höhenlagen. Dabei sind die obersten Düsen 46 (vgl. Abb. 7) mit aufliegenden Schiebersteinen
47 zur Regelung dieser Austrittsöffnungen. ausgestattet. Die Bedienung dieser Schieber
wird mit Steilstangen durch die Deckenschaulöcher 23 und die darunterliegenden Starkgasdüsen
21 bewirkt. Die Binderkanäle 43 dienen zur Zufuhr und Verteilung von Verbrennungsluft
und die Binderkanäle 44, die in der Heizwandlänge mit ersteren abwechseln, zur Zufuhr
von Schwachgas beim Betrieb der Öfen mit solchem, dagegen im Falle von Starkgasbetrieb
ebenfalls zur Zufuhr und Verteilung von Luft. Diese Kanäle 43 und 44 sind erfindungsgemäß
mit ihren unteren Enden an die Vorwärmkammern der zugeordneten Rekuperatoren angeschlossen,
wie im einzelnen weiter unten beschrieben wird. Am Fuß besitzt jeder Heizzug zwei
Auslaßkanäle 48 zur Verbindung mit den Abgaskammern der zugeordneten Rekuperatoren.
Hierdurch werden die aus jedemHeizzug abziehenden heißen Abgase in die Abgaskammern
der Rekuperatoren übergeleitet.
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Die Rekuperatoren werden erfindungsgemäß aus einzelnen senkrecht stehenden
Rekuperatorkassetten
50 und 51 gebildet, von denen immer
eine unterhalb und gleichachsig einer Bindertrennwand 42 angeordnet ist. Dadurch
wird jederBindertrennwand 42 bzw. jedem Heizzug 4 eine Rekuperatorkassette funktionell
zugeordnet. Die Rekuperatorkassetten 5o dienen zur Vorwärmung von Verbrennungsluft,
die Rekuperatorkassetten 5 i zur Vorwärmung von Schwachgas bzw. bei Starkgasbetrieb
ebenfalls von Luft. In der folgenden Beschreibung wird die Verwendung der Rekuperatoren
für Luft und Schwachgas zugrunde gelegt. Die baulichen Einzelheiten derselben sind
deutlich aus Abb. 4, 5 und 6 zu erkennen. Jede Rekuperatorkassette enthält eine
große Anzahl von senkrechten Kanälen, durch die die wärmeaustauschendenGase imGegenstrom
geführt werden. Diese Kanäle befinden sich in einheitlichen übereinander zu setzenden
Steinblöcken von beträchtlichen Längs- und Querabmessungen. Die Abb. 5 zeigt zwei
Querschnitte eines Gasrekuperators 51, und die Abb. 6 zeigt zwei andere waagerechte
Querschnitte eines Luftrekuperators 5o; jeder Rekuperator enthält die Luftkanäle
52 bzw. die Gaskanäle 53 und die Abgaskanäle 54, die jeweils immer in parallelen
Reihen (vgl. Teilschnitt m-in) abwechselnd nebeneinander liegen. Abb.4 zeigt mit
dem rechtsseitigen über Abb.6 stehenden Teil einen senkrechten Schnitt des Luftrekuperators
5o durch die Luftkanäle 52 und mit dem linksseitigen, über Abb. 5 stehenden Teil
einen senkrechten Schnitt des Gasrekuperators 51 durch die Gaskanäle 53. Die Luftkanäle
52 und ebenso die Gaskanäle 53 münden oben und unten in waagerechte taschenförmige
Sammelkanäle 55 bzw. 56 aus. Die oberen Taschen 55 eines Rekuperators haben durch
den Abzweigkanal 6o Verbindung mit jeweils einem senkrechten Binderkana143 bzw.
44. Die unteren Taschen 56 haben durch je einen senkrechten Verbindungskanal 57
Verbindung mit einem der waagerechten Verteil- und Zufuhrkanäle 8 und 9 für Luft
bzw. Schwachgas.
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Der mittlere Rekuperator 5o der Abb.4 zeigt einen senkrechten Schnitt
durch dis Abgaskanäle 54. Diese münden oben in den Kopfverteilraum 61, unten in
den Fußsammelraum 62. Der Kopfraum 61 hat durch den Abzweigkanal 63 Verbindung mit
den Abzugskanälen 48 am Fuß eines jeden Heizzuges. Der Fußraum 62 hat durch die
senkrechte Durchbrechung 64 Verbindung mit dem waagerechten Abgassammelkanal io.
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Durch die drei waagerechten Fugen 58 wird jede Rekuperatorkassette
aus vier Höhenteilen, nämlich einem Kopf- und Fußteil und zwei Mittelteilen zusammengesetzt;
jeder dieser Teile bildet einen der Höhe nach einheitlichen Steinblock von beträchtlichen
Längs- und Querabmessungen. Nach Abb. 5 ist außerdem eine senkrechte Mittelfuge
59 vorgesehen, damit die Querabmessungen nicht zu groß werden. Die waagerechten
Fugenflächen der Steinblöcke werden so gut eben ausgeführt, daß sie beim Aufeinandersetzen
,gegenüber den in Betracht kommenden äußerst geringen Druckunterschieden zwischen
den Luft- bzw. Gas- und Abgaskanälen genügend dicht halten. Durch die geschilderte
Kanalanordnung der Rekuperatoren wird für jeden Heizzug ein durchgehender geschlossener
Verbindungsweg für die Verbrennungsstoffe undAbgase geschaffen, der von den waagerechten
Zufuhr- und Verteilkanälen 8, 9 für Luft und Heizgas durch die senkrechten Rekuperatorkanäle
52 und 53, die Verbindungskanäle 6o und die Binderkanäle 43, 44 mit den Auslässen
45, 46 nach den Heizzügen 4 und von diesen durch die Fußauslässe 48, 63 und die
Rekuperatorkanäle 54 für Abgase nach den Abgassammelkanälen io hin geht.
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Am Grunde der senkrechten Verbindungskanäle 57 für den Luft- und Gaseinzug
sind erfindungsgemäß Regelschieber 65 und 66, am Grunde der Durchbrechungen 64 für
den Abgasabzug gleichartige Regelschieber 67 angeordnet (Abb. 3 rechts und links).
Diese Regelschieber 65, 66, 67 sind von Öffnungen 68 im Sohlenmauerwerk des Ofenunterbaues
aus zugängig und können mittels Stellstangen, die durch diese Mauerwerksöffnungen
und die waagerechten Kanäle 8, 9, io hindurch geführt werden, von den Fundamenträumen
7 aus bedient werden.
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Beim Betrieb der Öfen mit Schwachgas wird durch das Gebläse 28 Verbrennungsluft
aus der äußeren Atmosphäre in und durch das Abteil 26
und Schwachgas durch
das Gebläse 29 aus der Saugleitung 38, beim Offenstehen des Absperrorgans 39 und
bei geschlossenem Absperrorgan 4o, in das Abteil 27 des Metallrekuperators 25 gedrückt
und weiter durch die Verteilrohrleitungen 17 bzw. 18 und die Rohrkrümmer i i und
12 in die unteren Verteilkanäle 8 und 9 der Ofengruppe weiter befördert. Von hier
aus nehmen diese beiden Verbrennungsstoffe den schon oben erläuterten Weg über die
Verbindungskanäle 57 und die senkrechten Vorwärmkanäle 52 der feuerfesten Luftrekuperatoren
5o und 53 der feuerfesten Gasrekuperatoren sämtlicher Heizwände aufwärts, weiter
über die Kopfsammelräume 55 und die Verbindungskanäle 6o durch die senkrechten Binderkanäle
43 für Luft und 44 für Schwachgas, aus denen sie durch die seitlichen Auslaßdüsen
45 und 46 in die einzelnen Heizzüge 4 der ganzen Heizwände übertreten. Durch das
Auswechseln der mit Luft gespeisten Binderkanäle 43 und mit Gas gespeisten Binderkanäle
44 über die Heizwandlänge treten in jeden einzelnen Heizzug beide Verbrennngsstoffe
Luft und Schwachgas in verschiedenen über die ganze Heizzughöhe verteilten Höhenlagen
aus und erzeugen dadurch eine gestufte Verbrennung. Die Flammen undVerbrennnungsgase
ziehen in den Heizzügen abwärts, und die Abgase werden durch die Fußauslässe 48
und die anschließenden Verbindungskanäle 63 in die Kopfräume 61 der senkrechten
Abgaskanäle 54 aller Rekuperatoren geleitet. Sie durchziehen diese Abgaskanäle,
geben dadurch einen großen Teil ihres Wärmeinhaltes durch die trennenden Wandungen
zwischen den verschiedenartigen Kanälen der Rekuperatoren an die Verbrennungsstoffe
Luft und Schwachgas ab und werden schließlich über die unteren Sammelkammern
62
und die Durchbrechungen 64 in die waagerechten Sammelkanäle io übergeführt. Von
hier treten sie über die Anschlußrohrkrümmer 13 in die der Ofengruppe gemeinsame
Sammelrohrleitung i9 über und werden unter der Wirkung des Abgasgebläses
30 von der Abgaszutrittskammer 32 aus durch die Abgaskammern der beiden Rekuperatorabteile
26 und 27 nach der Austrittskammer 33 hin gesaugt und schließlich durch das Druckrohr
34 des Gebläses in den Schornstein 35 und damit in die Außenluft abgeführt. In den
beiden Abteilen 26 und 27 des Metallrekuperators 25 geben die Abgase den Restbetrag
ihres Wärmeinhaltes an die durch diese beiden Abteile geförderten Verbrennungsstoffe
Luft und Gas ab. Da über den ganzen geschilderten Stromweg in beiden -Systemen von
Rekuperatoren sowohl in den einzelnen feuerfesten Rekuperatoren 5o, 5 i als auch
in den Abteilen 26 und 27 des gemeinsamen Metallrekuperators 25 reiner Gegenstrom
herrscht, ist die weitestgehende Ausnutzung des Wärmeinhaltes der Abgase möglich,
derart, daß damit, jedenfalls bei dem geschilderten Schwachgasbetrieb, die Abgase
bis auf eine niedrige Endtemperatur, beispielsweise 18o bis 2oo°@, heruntergekühltwerden
können. Die zur Erfindung gehörende Förderung der Verbrennungsstoffe und Abgase
durch Gebläse anstatt durch natürlichen Schornsteineinzug gibt dabei vollständige
Freiheit und Sicherheit für das unbehinderte Durchziehen-und Wegführen sämtlicher
Gase.
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Die Förderung .der sämtlichen Verbrennungsstoffe und Abgase durch
Gebläse hat den weiteren Vorteil, daß man in dem Metallrekuperator, der für die
niederen Temperaturbereiche der Vorwärmung bestimmt ist, durch Anwendung von verhältnismäßig
engen Vorwärmkammern für den Durchzug dieser sämtlichen Gase hohe Strömungsgeschwindigkeiten,
ohne Rücksicht auf die dadurch entstehenden höheren Durchzugswiderstände, anwenden
kann. Hierdurch wird der in diesen niederen Bereichen vorwiegende konvektive Wärmeübergang
stark gefördert und eben dadurch mittels der Hinzunahme des Metallrekuperators eine
Abkühlung der warmenAbgase bis auf eine niedrige Endtemperatur ermöglicht. Dies
bedeutet sowohl eine erhöhte Wärmeausnutzung der Abgase als auch eine Verbilligung
der Metallrekuperatoren hinsichtlich Anlage und Betrieb.
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Für dieFörderung der sämtlichenVerbrennungsstoffe und Abgase durch
die feuerfesten Rekuperatoren und die Heizwände steht, und zwar auch schon für jeden
Heizzug, eine Vielzahl von Kanälen von zusammengenommen beträchtlichen Querabmessungen
zur Verfügung. Dies ergibt insgesamt einen verhältnismäßig großen Durchzugsquerschnitt
und entsprechend niedrige Strömungsgeschwindigkeiten, daher auch sehr geringe Druckunterschiede
selbst an denjenigenPunkten, die von dem im Heizzug zu oberst gelegenenUmkehrpunkt
am weitesten entfernt liegen, das sind die tiefsten Punkte der senkrechten Wärmeaustauschkanäle.
Diese geringen Strömungsgeschwindigkeiten in den feuerfesten Rekuperatorkanälen
haben keine nachteilige Bedeutung für den Wärmeübergang, da dieser in den hier gegebenen
hochliegenden Temperaturbereichen vorwiegend durch Strahlung, dagegen geringfügig
durch Konvektion vor sich geht. Für Wärmestrahlung sind aber bekanntlich größere
Schichtstärken der Wärme abgebenden oder Wärme empfangenden Gase nützlich.
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Für den Betrieb sind aber sehr niedrige Druckunterschiede zwischen
denimgegenseitigenWärmeaustausch stehenden Kanälen des feuerfesten Rekuperators
selbstverständlich von großem Wert, weil damit die Neigung zu Gasüberströmungen
durch die feuerfesten Wandungen hindurch in denkbar stärkstem Maße hintangehalten
wird.
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Da aber andererseits in Strömungssystemen, die eine größere Anzahl
von parallel geschalteten Teilströmen enthalten, wie es hier für die Reihe der Heizzüge
und Rekuperatorkassetten zutrifft, bei sehr niedrigen Druckunterschieden die Verteilung
solcher Parallelströme untereinander leicht unrgelmäßig wird, so sind die erfindungsgemäß
mitvorgesehenen Regelschieber 65, 66, 67 an den Einzugs- und Abzugsstellen der beiden
Kanalsysteme der feuerfesten Rekuperatoren sehr wertvoll, um eine gleichmäßige Verteilung
der besagten Parallelströme über die ganze Ofenlänge zu sichern. Man kann mit diesem
Mittel zusätzliche Drosselwiderstände zwischen den waagerechten Verteil-bzw. Sammelkanälen
8, 9 und io und den darüber angeordneten Kanalsystemen der Rekuperatoren schaffen
und dadurch die Verteilung über die Ofenlänge gleichmäßig machen. Die Einstellung
dieser Drosselschieber im Betrieb wird dabei so gehandhabt, daß die für den Einzug
bestimmten Schieber 65 und 66 die einzelnen Teilmengen der Verbrennungsstoffe Luft
und Gas geregelt festlegen und daß die auf der Abzugsseite, d. h. für die Abgase
vorgesehenen Regelschieher 67 eine bestimmte Höhe des Gasdruckes in den Heizzügen
sichern. Diese Druckhöhe wird im Betrieb wie üblich so eingestellt, daß in der obersten
Höhenlage der Heizzüge Druckgleichheit zwischen den Zügen und den angrenzenden Ofenkammern
besteht.
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Bei der geschilderten Gesamtanordnung der Öfen selbst, d. h., bei
der Zuordnung von feuerfesten Rekuperatoren über die ganze Heizwandlänge in Parallelschaltung
zu den Heizzügen wird jede Heizwand dauernd in ihrer ganzen Längserstreckung mit
voller Intensität beheizt. Es besteht keinerlei Unterteilung oder Unterscheidung
nach Gruppen von beflammten Zügen, in denen praktisch die gesamte verfügbare Heizgaswärme
abgegeben wird und nach anderen Gruppen von nicht beflammten Abgaszügen, in denen
keine nennenswerte Wärmeübertragung mehr an die Ofenkammern erfolgt. Diese Intensivierung
des Betriebes bedeutet naturgemäß eine erhöhte Ausnutzung der Öfen im ganzen, zugleich
aber auch wegen der vollkommenen Kontinuierlichkeit eine sehr schonende Behandlung
der Ofen.
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Beim Betrieb der Öfen mit Starkgas, wo lediglich die Verbrennungsluft,
nicht .aber das Heizgas vorgewärmt wird, werden sämtliche Rekuperatoren
als
Vorwärmvorrichtungen für die Luft ausgenutzt. Es wird in diesem Falle das sonst
für Heizgas zu benutzende Gebläse 29 durch Schließen des Absperrorgans 39 von der
Heizgasquelle abgeschaltet und durch Offnen des Absperrorgans 40, das in die Außenluft
mündet, Luft eingesaugt, durch das Rekuperatorabteil 27 hindurch und weiter in die
Verteilleitung 18 getrieben, von wo aus die Verteilung in der oben für das Heizgas
geschilderten Weise durch die waagerechten Verteilkanäleg in die hieran angeschlossenenRekuperätorkassetten
51 erfolgt. Es tritt also dann Verbrennungsluft durch die sämtlichen Binderkanäle
43, 44 in die sämtlichen Heizzüge 4, und zwar wiederum der Höhe nach gestuft, über.
Das Starkgas wird in diesem Falle aus der Hauptleitung 22 über die geöffneten Absperrorgane
24 in die in der Ofendecke angeordneten Gasverteilkanäle 2o eingeleitet und durch
die Düsen 21 den sämtlichen Heizzügen 4 am Kopf zugeführt. Die Verbrennung erfolgt
in den Heizzügen ebenso wie bei Schwachgas in Richtung abwärts und in verschiedenen,
durch die Luftzufuhren bestimmten Höhenlagen, also ebenfalls gestuft. Die Abgase
werden aus den einzelnen Heizzügen durch die Fußauslässe 48 abgeführt und nehmen
ihren Weg im ganzen ebenso, wie es oben für die Schwachgasbeheizung beschrieben
worden ist.
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Bei einer solchen Starkgasbeheizung ist, weil nicht die gesamte Masse
der zugeführten Verbrennungsstoffe vorgewärmt wird, normalerweise innerhalb des
ganzen Ofensystems selbst eine ebenso weitgehende Ausnutzung der Abwärme wie bei
Schwachgasbetrieb auch bei Hinzunahme des Metallrekuperators nicht möglich. Es verbleibt
immer ein gewisser Wärmeüberschuß, der sich in der Höhe der Endtemperatur der Abgase
beim Austritt aus den Wärmeaustauschvorrichtungen bzw. beim Übertritt in den Schornstein
bemerkbar macht. Bei dem hier beschriebenen erfindungsgemäßen Rekuperatorsystem
für eine ganze Ofengruppe besteht jedoch die Möglichkeit, diesen Abwärmeüberschuß
aus der Sammelrohrleitung i9, also an einer Stelle zwischen den feuerfesten und
metallischen Rekuperatoren durch den Abzweig 36, 37 bei einer verhältnismäßig hochliegenden
Zwischentemperatur der Abgase abzuziehen und außerhalb der Ofenanlage für beliebige
Zwecke auszunutzen. Man kann etwa die Anlage so entwerfen, daß die beispielsweise
mit i ioo bis i2oö° C in die feuerfesten Rekuperatoren eintretenden Abgase in diesen
bis auf eine Zwischentemperatur von 6oo° C heruntergekühlt und erst in dem nachfolgenden
metallischen Rekuperator bis auf die gewünschte Endtemperatur von beispielsweise
i8o bis 2oo° C weiter ausgenutzt werden, die bei Schwachgasbetrieb ohne weitere
Maßnahmen zu .erreichen ist. Bei Starkgasbetrieb steht dann der auftretende Abwärmeüberschuß
mit der erwähnten Zwischentemperatur von beispielsweise 6o0'° C zur Verfügung. Er
ist in diesem Zustand noch für viele nützliche Zwecke, z. B. für Dampfkesselbeheizung,
sehr gut brauchbar, während die sonst im Abgasstrom sich einstellende etwas erhöhte
Endtemperatur von etwa 25o bis 300' C statt der erzielbaren i8o bis 200° C am Austritt
aus dem ganzen Rekuperativ-System einen wenig wertvollen Abwärmeüberschuß darstellen
würde. Da in der Rohrleitung i9 naturgemäß Unterdruck gegenüber der äußeren Atmosphäre
herrscht, so muß der durch den Abzweig 36, 37 wegzuführende Abgasstrom ebenfalls
von einer Unterdruck schaffenden Saugvorrichtung, sei es beispielsweise ein Schornstein,
der dann hinter dem Abwärmedampfkessel stehen würde, oder auch ein Gebläse, befördert
werden.
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Die Erfindung ist nicht nur bei Koksöfen mit liegenden Kammern, wie
im Beispiel beschrieben, sondern auch bei Schrägkammeröfen anwendbar, da man auch
solche mit senkrechten Heizzügen und daran angeschlossenen feuerfesten Rekuperatoren
im Ofenunterbau ausstatten kann.