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Rekuperator für waagerechte Koksöfen mit Gleichzugbeheizung Die Erfindung
betrifft einen Rekuperator für ,waagerechte Koksöfen nach Patent 854943 mit zwischen
den Kammern reihenweise angeordneten senkrechten, im Gleichzug von der Sohle beflammten
Heizzügen, welcher unterhalb der Heizwand angeordnet ist und bei welchem ein Wärmeaustausch
zwischen,den verbrannten Gasen und den noch nicht zur Vereinigung gebrachten gasförmigen
Verbrennungsmitteln (Luft oder Luft und Schwachgas) stattfindet. Dabei ist das eine
der am Wärmeaustausch beteiligten Mittel in senkrechten Rohren geführt, die aus
einzelnen Rohrstücken bestehen, welche innerhalb waagerechter Querwände gasdicht
aneinandergefügt sind. Diese Querwände dienen als Leitwände für das während des
Aufs.teigems bzw. Abfallens !hin und her geführte, andere am Wärmeaustausch beteiligte
Mittel. Gegenüber dem Rekuperator gemäß der älteren Ausführungsform wird eine erhebliche
Verbesserung in bezug auf die Herstellung und Betriebsweise :des Ofens dadurch erzielt,
@daß,die aus den senkrechten Rohren gebildete Rekuperatorsäule frei dehnbar irl
der Abhitzczelle aufgestellt ist. Dadurch, daß die beispielsweise aus den bekannten
ausgesparten Ellipsensteinen mit umlaufender Nut und Feder gebildeten Rekuperatorsäulen
in den Abhitzezellen frei aufgestellt -,werden, wird erreicht, daß sie durch die
Dehnung ,des Ofens nicht beeinflußt und undicht werden können.
In
Weiterentwicklung des Erfindungsgedankens wird vorgeschlagen, daß der Fuß der Re'kuperatorsäulee
und gegebenenfalls der untere Ruhrteil der Säule aus Gußeisen besteht, während der
übrige Teil der Rekuperatorsätile aus einem anderen, vorzugsweise keramischen Werkstoff
besteht. Die Rekuperatorsäulen stehen auf Bußeisernen Füßen im Sohlkanal, die sowohl
als Wärmeaustausch:r dienen als auch die V erbrenilungsluft bzw. das Schwachgas
den Rekuperatorsäulen zuführen. Dadurch ergibt sich eine äußerst einfache und dichte
Ausführung des Rekuperatorunterteiles. Wird der untere Rohrteil des Rekuperators
ebenfalls in Gußeisen ausgeführt, so wird ein besserer Wärmeaustausch gerade im
Gebiet der niedrigen Temperaturen und kleineren Temperaturgefälle erreicht. Ferner
ist dann der Bußeiserne Rel:uperatorutiterteil stets vollständig dicht, so dali
bei d"em etwas größeren Druckunterschieri in diesem Teil des Rekuperators keine
@"ermiscliung der wärmeabgebenden und wärmneaufnehmenden Gase eintritt. Die Räume
bzw. Kanäle uni die R.°Icuperatorsäu@len herum sind sämtlich nur mit A.bhitze gefüllt,
deshalb brauchen die einzelnen Zellen und Räume gegeneinander nicht ganz dicht zu
sein. Das letztere gilt auch für den oberen Teil des Rekuperators.
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Weiterhin wird erfindunzsgemäl.l vorgeschlagen, daß die Luft- bzw.
Schwachgasräume oberhalb der Rekuperatorsäule in solcher Weise mit dem Abh.itzeraum
in Verbindung stehen, daß infolge des Auftriebes im aufbrennenden Ileizzug im oberen
Teil des Rel:uperators eine Rücksaugung der heißen Verbrennungsgase nach dem aufbrennenden
Heizzug eintritt. Das hat eine teilweise Umwälzung der Verbrennungsgase mit einer
günstigen Auswirkung auf die gleichmäßige Beheizung in der ganzen Höne .des Heizzuges
zur Folge. Dies wirkt sich besonders günstig aus bei Starkgas, bei dem der Auftrieb
im aufbrennenden Heizzug am stärksten ist. Somit tritt etne gewisse Selbstregelung
wie beim Kreisstromofen ein. Durch den Druckausgleich zwischen der vorgewärmten
Luft bzw. dem Schwachgas und der Abhitze im oberen Teil des Rekuperators werden
die Druckunterschiede zwischen den ,beiden Gasen herabgesetzt. Infolgedessen tritt
selbst bei gewissen: Undichtigkeiten des 1Zekul)erators nur ein geringerAustausc'h
zwischen den beiden Medien ein.
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Die Re'kuperatoreinhauten sind unabhängig vom Ofenmauerwerk und -unterbau
durchführbar. Sie werden nachträglich ähnlich wie die Gittersteine beim Regenerativofen
nach Fertigstellen des ganzen Ofens bis zur Ofend;ec'ke eingebaut und köntien auch
später, notfalls während des Betriebes, ohne Änderungen am übrigen Mauerwerk nachgesehen
und erneuert werden. Beim Einbau werden die Teile von der :-litte aus nach der Koks-
bzw. Maschinenseiteeingesetzt, wobei es sieb in -dem im allgemeinen etwa
700 mm breiten Raum :bequem arbeiten läßt.
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Schließlich wird erfindungsgemäß noch vorgeschlagen, -daß bei Schwachgasbetrieb
in den ersten beiden nebeneinanderliegenden Zellen nur Luft, in den beiden nächsten
nebeneinanderliegenden Zellen nur Schwachgas hochgeführt wird, so daß bei Undichtigkeit
zwischen den Zellen oder Zellengruppen nur ein nicht brennfähiges Gemisch entsteht.
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In der Zeichnung ist als Ausführungsheispi:l der Erfindung ein waagerechter
Koksofen mit Gleic'hzugbe'heizung und Rekuperator an Rand mehrerer senkrechter und
waagerechter Schnitte dargestellt, und zwar ist Abb. i ein senkrechter Quersclhnitt
in Richtung der Batterieachse durch die abbrennenden Heizzüge, :die Abhitzeübertritts:kanäle
und den Unterteil mit Ansicht der Rekuperatorsäulen, entsprechend dem Schnitt I-1
von Abb. 3, Abb.2 ein senkrechter Querschnitt in Richtung der Batterieachse durch
den aufbrennenden Heizzug mit den Übertrittskanälen für Luft und Schwachgas und
ein-Schn:itt durch die Rekuperatorsäulen, den Bußeisernen Fuß mit Zuführung von
Luft bzw. Schwachgas, entsprechend II-11 -der Abb. 4, Abb.3 ein senkrechter Längsschnitt
durch die kleizwand, die So:hlpartie und den Unterbau mit Ansicht,der Rekuperatorsäulen,
entsprechend III-III der Abb. i, A@b;h. 4 ein senkrechter Längsschnitt durch die
Heizwand, die Achse der Übertrittskanäle für Luft und Schwachgas und durch den Rekuperator,
ents:precnend IV-IV der Abb. 2, Abb.5 ein waagerechter Schnitt in Hehe der Umlenköftnungen
im oberen Teil der Heizwand ohne Dehnfugen in der Ofenlängsrichtung, entsprechend
V-V der Abb. i und 2, Abb. 6 ein waagerechter Schnitt,durch die Heizwand kurz über
den Starkgasditsen mit Dehnfugen in der Ofenlängsrichtung nach dem Prinzip der freien
Dehnung, entsprechend VI-VI der Abb. i und 2, Abb. 7 ein waagerechter Schnitt durch
,den Unterbau oberhalb der Rekuperatorsäule ohne Drosselabdeckplatten an den Rändern,
entsprechend VII-VII der Abb. i und 2, 3 und 4, Ab:b.8 der gleiche Schnitt, jedoch
mit den Drossel.abdeckplatten an den Rändern, Abb. 9 ein waagerechter Schnitt durch
eine Rekuperatorzelle zwischen zwei Lagen, entsprechend IX-IX der Abb. i und 2,
3 und q., -- --Abb. io der gleiche Schnitt, jedoch durch ein Bußeisernes Rekuperatorunterteil,
Abb. i i ein waagerechter Schnitt durch .den Sohlkanal mit Unterstützung .der Zell-enzwischenwän@de,
entsprechend XI-XI der Abb. i und 2. 3 und 4, Abb. i2 ein waagerechter Schnitt durch
den gußeisernen Fuß unter der Oberkante des Sohlkanals, entsprechend XII-XII der
Abb. i und 2, 3 und 4.
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In der Längsrichtung der Batterie wechseln die Ofenkammern i mit den
Heizwänden 2 ab. In diesen sind die aufbrennenden Züge 3 und die abbrennenden Züge
4 eingebaut, wobei am Fuß der Heizziipe dieEintrittsöffnungen 6 für das Schwachgas,
7 für die Luft sind, während 8 die an die Starkgaskanäle 9 angeschlossenen Starkgasbrenner
sind, von denen in jedem Zug zwei münden, so daß
abwechselnd einer
derselben .ausgeschaltet und durch Einleiten von Luft entgraphitiert werden kann.
Über die Öffnungen io stehen die aufbrennenden Züge 3 und die abbrennenden Züge
4 miteinander in Verbindung. Durch in der Unterkellerung i i befindliche Regelvorrichtungen
kann der Zutritt des Schwachgases und der Luft in die einzelnen Albschnitte der
Reku,peratorensäulen geregelt werden. Die Rekuperatorensäulen sind mit 12 bezeichnet,
wobei der untere Relcuperatorteil i2a einschließlich des Rekuperatorfußes i2b aus
Gußeisen ist, während der obere Rekuperatorteil i2c aus keramischem Werkstoff besteht.
Durch waagerechte Leitwände i2d werden :die abströmenden verbrannten Gase gezwungen,
hin und her zu strömen und ,dadurch möglichst viel von ihrer Wärme abzugeben. Wie
die Abb. i 'bis 4 erkennen lassen, sind die aus den senkrechten Rohren gebildeten
Rekuperatorsäulen 12 frei dehnbar in der Abhitzezelle 13 aufgestellt. Aus der A:bhitzestelle
13 werden die verbrannten Gase durch Öffnungen 14 den Abh.it7ekanälen zugeführt.
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Die Verbrennungsluft ist für jeden Heizzug einzeln bequem und genauestens
von außen regelbar und wird unter der warmen Decke im Düsenkeller entnommen. Jedem
einzelnen Heizzug kann daher genauestens die notwendige Verbrennungsluft zugeteilt
werden, so daß mit geringstem Luftübersc.huß gefahren werden kann. Der vorgeschil:d°rte
Relcuperativofen 'kann als Unterbrenner- und Vollunterbrennerofen ausgeführt werden.
Das Starkgas kann in der Ofensohle von außen den einzelnen Heizzügen zugeführt werden.
Dabei ist die Heizwand unter Anlehnung an ,die wabenförmnige Form des aufbrennenden
Heizzuges @bzw. die X-förmige Ausbildung der Binderwände und der zwischen :den Schenkeln
liegenden abbrennenden Heizzüge gestaltet, jedoch so, daß sich nur winkelrechte
einfache Steinformen ergeben. Die abbrennenden Heizzüge 4 sind ebenso wie die Übertrittskanäle
io in, t Rücksicht auf die Umwälzung eines Teiles des Verbrennungsgases entsprechend,diesem
Teil :größer ausgebildet, als es der Fall wäre, wenn diese Umwälzung nicht stattfände.
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Die in Abb. 8 dargestellte Abdec'kplatte 15 hat den Zweck, die Verbindungsquerschnitte
zwischen dem Abhitzeraum und dem Luft- bzw. dem Schwach;gasraum etwas zu :drosseln
und einen geringen Druckunterschied zu belassen, damfit nicht etwa an der einen
Seite Abhitze rückgesaugt und an der anderen Seite vorgewärmte Luft bzw. Schwachgas
mit den Abgasen abgesaugt wird. Die Scheidewand im oberen Rekuperatorteil zwischen
dem Abhitzeübertrittskanal und dem Luft- bzw. Sc'hwa.chgassammelraum wird seitlich
und oben in eine Nut eingelegt und unten einmal auf die Aussparung der Tragwand
und in der Mitte auf der Zwischenwand gelagert.
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Der Bußeiserne Rekuperatorunterteil 12a weist an den Stirnseiten angegossene
Rippen auf, die die Wärmeübertragungsfläche erheblich vergrößern. Die .Bußeisernen
Teile haben, ebenso wie die Steine im oberen Rekuperatorsäulenteil i2e, Nut und
Federn- und können mit Eisenkitt abgedichtet oder auch fest aufeinandergeschraubtwerden.
Der Flansch des Bußeisernen Fußes i2b für die zweiteilige Reku= peratorsäule steht
unmittelbar auf der Düsendecke 16 aus Beton und ist nach dem Fuchskanal durch eine
isolierte Schicht und eine halbe Rollschicht abgedeckt. Die Verbindung des durch
die Düsendecke führenden. Anschlußstückes 17 mit dem Fuß 12b kann von unten mittels
Gewinde durch etwas größer gehaltene Öffnungen in der Düsendecke 16 oder auch in
beliebig anderer Weise erfolgen.
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Beim vorbeschriebenen Rekuperativofen spielt die Aufnahme !der Dehnung
eine besondere Rolle. Die Dehnung in Richtung der Batterieachse wird ähnlich wie
beim Regenerativofen .durch Dehnfugen im Mauerwerk unterhalb :der Kammer aufgenommen,
was keine Schwierigkeiten :bietet, da tdieser Ofenteil beim Anheizen vollständig
entlastet ist. In. der Längsrichtung des Ofens werden, wie in Abb. 6 gezeigt., Dehnfugen
18 nach jedem zweiten Heizzug angeordnet. Da dann die Dehnfugen einen Abstand von
reichlich i m haben, müssen sie eine Dehnung von etwa 15 mm aufnehmen. Sie werden
zwealcmäßligerw-eise so tief heruntergeführt, wie das Silikamauerwerk reicht. Unterhalb
-derselben, in den Tragwänden, werden die Dehnfugen nach unten fortgeführt, jedoch
mit entsprechend,den Temperaturen und der geringeren Ausdehnung,des hier verwendeten
Steinmaterials abnehmenider Dehnfugenweite.
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Die Rekuperatorsäulen 12 werden einschließlich ,der Zwlischenwände
von der Mitte des Ofens nach den :beiden Seiten erst dann eingebaut, nachdem der
ganze übrige Ofen .bis zur Ofendecke fertiggestellt ist, so daß kein Mörtel oder
sonstige Verunreinigungen mehr in die Heizzüge und Übertritte hineinfallen können.
Dann werden die gußeis@ernen Füße eingebracht und nach der Waage ausgerichtet, worauf
die -beiden Doppelrekuperatorsäulen einschlließlich der Zwischenwand 'hochgezogen
werden. Die Rekuperators.teine können untereinander und gegen die Trag- und Trennwände
durch keilförmige Holzstäbchen, die später beim Anheizen wegbrennen, auf Abstand
gehalten werden.. Nach dem Hochziehen der Säule und Zwischewand wird die Platte
15 zwischen dem Al)hlitzeübertrittskanal und dem Sammelraum für Luft und Schwachgas
angebracht, und daraufhin werden die Quertrennwände vorgem:auert.
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Das Anheizen des vorbeschriebenen Rekuperativ-ofens erfolgt in ähnliaherWeise
wie beim Regenerativofen. Beim Übergang auf Unterfeuerung mit Starkgas oder Schwachgas,
vor allem bei letzterem, muß zunächst mit möglichst schwach eingestelltem Schornsteinzug
gefahren werden, wobei zweckmäßigerweise,die Meßöffnu:ngen über den einzelnen Heizzügen
geöffnet werden, um die Verbrennungsprodukte bei Überdruck oben im Ofen zum Teil
durch diese austreten zu lassen, wodurch ein Zurücksaugen der Luft und des Schwachgases
nach dem Schornstein zu vermieden wird. Wenn die Flamme im aufbrennenden Heizzug
richtig 'brennt,
kann der Schornsteinzug langsam erhöht werden,
da von da ab keime Gefahr d-es Zurücksaugens mehr besteht. Das Anheizen kann, wenn
Starkgas zur ","erfügung steht, auch durch Starkgasbrenner erfolgen. bei Schwacbgasbetrieb
besteht die Möglichkeit, da jeder Sohlkanal jeder Rekuperatorhälfte getrennt durch
einen Schieber an den Schornsteinfuchs angeschlossen ist, etwas mehr Abhitze um
:die von Luft durchströmten Rekuperatorsäulen abfließen zu lassen. Die nach den
Köpfen zu gelegenen Heizzüge werden stärker beheizt, was dadurch gescilehen kann,
daß in diesen Heizzügen eine etwas geringere Umwälzung von rückgeführtem Verbrennungsgas
bzw. ein etwas größerer Überdruck oben im Heizzug eingestellt wird.