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Die
Erfindung betrifft eine Schließvorrichtung
für einen
Koksofen, wie er typischerweise in sogenannten „Non-recovery” oder „Heat-recovery”-Koksofenbatterien
anzutreffen ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb
dieser Koksöfen
mit der erfindungsgemäßen Schließvorrichtung.
Die Schließvorrichtung schließt die horizontal
gerichteten Öffnungen
von Koksofenbatterien möglichst
luftdicht ab. Diese an den vorder- und hinterseitigen Ofenwänden gelegenen Öffnungen
dienen zum Befüllen
von horizontalen Kokskammeröfen,
die zyklisch betrieben werden und nach Ablauf eines Verkokungszyklusses
ausgedrückt
und befüllt werden.
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Einige
Koksofentypen werden auch durch im Deckenbereich gelegene Öffnungen
befüllt.
Die an den seitlichen Ofenwänden
gelegenen Öffnungen
dienen dann zur Glättung
des Kokskuchens mit nivellierenden Einrichtungen, wie z. B. Planierstangen.
Dadurch lassen sich die bei der Befüllung häufig entstehenden Schüttkegel,
die sich ungünstig
auf den Verkokungsprozess auswirken, glätten und die Schüttdichte
des Kokskuchens mit planierenden Einrichtungen für den Verkokungsprozess optimal
einstellen.
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Die
Ofentüren
sind häufig
in die Ofenwände
integriert und werden von diesen umfasst. Je nach Größe der Öffnungen
oder Türen
können
diese den gesamten unteren Bereich des Ofens abschließen oder
nur Teile bedecken, um eine optimale Befüllung und Homogenisierung des
Kokskuchens zu erreichen. Der Verkokungsprozess dauert für einen
Verkokungszyklus je nach Auslegung der Anlage 16 bis 192 h und wird
bei Temperaturen von 800 bis 1500°C
durchgeführt.
Die Temperatur liegt in den Ecken des Koksofens etwas niedriger
als in der Mitte.
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Durch
die eckige Form des Koksofens besitzt dieser Aussparungen und unzugängliche
Stellen, die sich beim Verkokungsprozess ungünstig auswirken, da der Koks
insbesondere in den Ecken durch die Wärmeleitung nach außen deutlich
kühler
als der Hauptkuchen im Inneren ist. Insbesondere die Ecken und Kanten des
Koksofens besitzen durch die Konstruktion mit Fugen und Spalten
im Mauerwerk eine erhöhte
Wärmeleitfähigkeit
nach außen.
Zudem sind im türnahen
Bereich tragende Vorrichtungen installiert, die nicht zum Aufheizen
beitragen. Die Sekundärluftsohlen
reichen häufig
nicht bis an die Türunterseite,
so dass dieser Bereich deutlich kühler ist.
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Die
Wände der
Koksöfen
sind vielfach aus feuerfesten Steinen gefertigt. Typische Materialien
zur Konstruktion der Wände
sind Mauersteine oder sonstige geeignete Feuerfestbaustoffe. Diese
Stoffe besitzen eine hohe Beständigkeit
gegen die Hitze des Verkokungsprozesses und geben nur einen geringen
Teil der bei der Verkokung entstehenden Wärme nach außen ab, so dass in der Regel
keine Fremdbeheizung notwendig ist. Die Beheizung der Koksöfen erfolgt
durch Zufuhr von Luft in die Ofenkammer mit partieller Verbrennung
der eingesetzten Kohle. Zu diesem Zwecke wird eine genau dosierte
Menge an Luft zugeführt.
Die Kohle wird bei der Befüllung
des Koksofens in der Regel nicht bis zur Ofendecke eingefüllt, sondern
nur bis zu einem Teil der Höhe
der gesamten Ofens.
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Der
darüberliegende
Sammelraum wird zum Auffangen der Gase genutzt, die bei einem Verkokungsprozess
entstehen. In dem Sammelraum findet eine partielle Verbrennung der
Stoffe statt, die die Kohle beim Erhitzen abgibt. Hierzu wird eine
unterstöchiometrische
Menge an zur Verbrennung notwendiger Luft, die sogenannte Primärluft, zugeführt. Die Öffnungen
zum Zuführen
der Primärluft
werden so gelegt, dass die Luft in den Sammelraum oberhalb des Kokskuchens
einströmt.
Dies geschieht durch Öffnungen
im Bereich der Ofenwand über
der Ofentür
oder durch Öffnungen
im Deckenbereich.
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Die
bei dem Verbrennungsprozess entstehenden teilverbrannten Gase werden
gesammelt und über Kanäle innerhalb
des Kokskuchens, in der Wand oder in den Türen in den Bereich unter dem
Ofenboden geleitet. Diese Kanäle
heißen
auch „downcomer”-Kanäle. In dem
Bereich unter dem Ofenboden befinden sich sogenannte Sekundärluftsohlen,
die durch unter dem Ofenboden verlaufende Kanäle gebildet werden und in denen
die Gase aus dem Verkokungsprozess mit zusätzlich zugeführter Luft,
der sogenannten Sekundärluft, verbrannt
werden. Da der Boden des Koksofens in der Regel eine hohe Wärmeleitfähigkeit
besitzt, wird der Verkokungsprozess durch diese Sekundärverbrennung
auch von unten beheizt.
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Die „downcomer”-Kanäle können in
Form von Metallrohren im Kokskuchen einliegen, sie können aber auch
in den türabgelegenen
Wänden
untergebracht sein. Dadurch wird der Gassammelraum von dem sich beim
Verkokungsvorgang aufbauenden Druck entlastet. Schließlich können die
Verkokungsgase auch über Zwischenräume in den
Türen abgeleitet
werden. Dadurch werden die Koksofentüren von dem sich aufbauenden
Druck entlastet.
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Die
Türen in
der Koksofenkammerwand auf der Frontseite des Ofens werden häufig als
Türrahmen mit
einer Grundplatte ausgeführt.
Darauf werden sogenannte Stopfen aufmontiert, die aus einem hochhitzebeständigen Material
bestehen und den Kokskuchen beim Verkoken über die Wanddicke hinaus gegenüber der Umgebung
abdichten. Diese Türen
können
den Wärmeverlust
nach außen
während
des Verkokungsvorganges relativ gering halten, wenn der Türstopfen
den Raum zwischen Koksofenkammer und Koksofentür dicht abschließt. Ein
Wärmeverlust
tritt dann nur während
des Ausdrückens
der Koksofenkammer ein, wenn kalte Luft in das Innere der Koksofenkammer
gelangt und ein Wärmeverlust
durch Abstrahlen erfolgen kann.
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Die
Türen der
Koksöfen
können
sowohl aus Metallen als auch aus feuerfesten Ofenbaustoffen gefertigt
sein. Häufig
werden Ofentüren
aus einem keramischen Material hergestellt, da Türen aus Metall einige Nachteile
besitzen. Ein wesentliches Problem der metallischen Schutzschilde
ist die Wärmedehnung.
Die Wärmedehnung
gegenüber
dem keramischen Material der umfassenden Wand hat zur Folge, dass
sich die Tür während des
Verkokungsprozess verziehen kann und nicht mehr passgenau auf der Öffnung sitzt,
wodurch Falschluft angesaugt werden kann.
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Ein
weiteres Problem der metallischen Türen ist die dauerhafte Verformung.
Je nach verwendetem Stahl entsteht eine starke Einwärts- oder
Auswärtswölbung. Alle
Stahlsorten zeigen bei der extremen Wärmebelastung bleibende Verformungen.
Die Herstellung von hochhitzebeständigem Stahl ist zudem teuer
und die Verarbeitung schwierig. Ein weiteres Problem stellt die
hohe Oberflächenabstrahlung
metallischer Ofentüren dar,
die aus der hohen Wärmeleitfähigkeit
dieses Materials resultiert.
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Türen, die
ausschließlich
aus feuerfesten Baustoffen aufgebaut sind, besitzen wiederum den
Nachteil, dass sie von hohem Gewicht sind und entsprechend stabile
Türkörper- und
Bewegungsvorrichtungen benötigen.
Die feuerfesten Körper
werden häufig
in Form von sogenannten Stopfen in eine Türkörperfassung eingesetzt. Diese
feuerfesten Türstopfen
sind häufig
nicht genügend
dicht, so dass Verkokungsgase nach außen dringen können und
Kohlenstoff in die Verbindungselemente zwischen Tür- und Keramikkörper eindringen kann.
Dadurch kann die Tür
Schaden erleiden, was häufig
einen hohen Reparaturumfang und einen frühzeitigen Ersatz der Türen bedingt.
Zwischen den Türfassungen
und den Stopfen befinden sich häufig
Gassammelräume,
die durch Undichtigkeiten in den Keramikkörpern mit Feinstäuben und
Kohlenstoff versetzt werden. Durch die keramische Struktur des Materials
kommt es außerdem
häufig
zu Brüchen
in den Stopfen, so dass die Tür
kostenaufwendig repariert werden muss.
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Die
DE 2945017 A1 beschreibt
eine Koksofentür
aus einem metallischen Werkstoff. Der metallische Werkstoff ist
dabei in Form eines Stopfens in einer Türbewegungsvorrichtung gefasst.
Der Stopfen ist so gearbeitet, dass dieser in seinem Inneren einen
sich in Längsrichtung
erstreckenden und für
die gasförmigen
Verkokungsprodukte zugänglichen
vertikalen Gassammelraum bildet. Der Stopfen besitzt in der der
Ofenkammer zugewandten Seite Öffnungen,
durch die Gase in den Sammelraum und einer Verbrennung oder einer
weiteren Verarbeitung zugeführt
werden können.
Zur besseren Wärmeisolierung
kann sich zwischen Tür
und Stopfen eine isolierende Vorrichtung aus einem wärmedämmenden
Material befinden. Die Stopfen können
mehrteilig oder mit Dehnungsfugen ausgestattet sein, um die Wärmedehnung
zu kompensieren. Der eigentliche Türstopfen kann durch Schraubvorrichtungen
mit dem Türkörper verbunden
sein. Die Koksofentür
bedeckt dabei die gesamte Koksofenkammerwand auf der Frontseite
des Ofens ab. Durch spezielle Öffnungen
besteht eine Verbindung zwischen den türseitigen vertikalen und den
kammerseitigen horizontalen Gassammelräumen.
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Die
EP 186774 B1 beschreibt
einen Türstopfen
aus einem keramischen Werkstoff. Der Türstopfen ist mit einem Metalltragrahmen
verschraubt oder verkeilt. Von dem Türstopfen ofenauswärts gerichtet
befindet sich eine Isolierschicht, die mit dem Türstopfen einen Gassammelraum
bildet. Dadurch werden die Türdichtungen
entlastet, indem das Gas zum Gassammelraum und schließlich in
die Sekundärluftsohle
abgeführt
wird. Im Betriebszustand ragen die Stopfen in die Ofenkammer hinein
und halten die Ofenfüllung
in einem bestimmten Abstand vom Türkörper, wobei der Türkörper während des
Verkokungsvorganges mit einer Verriegelungseinrichtung gegen den
Türrahmen
des Ofens gedrückt
wird. Als keramisches Material ist insbesondere ein hydraulisch
bindender Feuerbeton vorgesehen. Wesentliche Bestandteile des Feuerbetons
sind Aluminiumoxid, Siliziumdioxid und Eisenoxid. Die keramische
Platte kann auch aus austauschbaren Elementen bestehen. Dies erlaubt
ein leichteres Auswechseln im Falle einer Beschädigung. Die Koksofentür schließt bis auf
kleine Aussparungen die gesamte Koksofenkammerwand auf der Frontseite
des Ofens ab.
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Alle
verfügbaren
Türkonstruktionen
haben den Nachteil, dass diese leicht beschädigt werden können, da
sie beim Öffnen
und Schließen
hohen mechanischen Kräften
ausgesetzt sind. Türen
aus Keramikmaterial können
leicht beschädigt
werden und besitzen eine insgesamt geringere Lebensdauer. Türstopfen
aus einem metallischen Werkstoff hingegen sind der Belastung durch
Wärmedehnung
ausgesetzt, wodurch diese sich verformen können und dadurch nach kurzer
Zeit die Ofenkammer nicht mehr dicht abschließen. Durch die Wärmedehnung
können
sich die Türen
zudem in der geschlossenen Stellung festsetzen, was bei einem Koksofen
mit hohem Wärmedurchsatz
ein Sicherheitsrisiko bedeutet.
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Die
Türen von
Kokskammeröfen
müssen
vor allem den Kokskammerofen während
des Verkokungsprozesses dicht abschließen. Während des Verkokens entstehen
Nebenprodukte, die bei nicht dicht schließenden Koksofentüren aus
der Koksofenkammer dringen können.
Dies sind insbesondere Verkokungsgase und teerige Kondensate. Diese
stellen eine Gefahr für
die Umwelt und für
das Bedienungspersonal dar. Beim Ausdrücken des Kokses dringt zudem
durch die Türöffnung kalte
Luft in den Koksofen, durch den die Kokskammeröfen auskühlen. Dies ist nachteilig,
weil die Verbrennung der Koksofengase häufig gerade zur Erzeugung der
Verkokungsenergie ausreicht. Durch das Auskühlen der Koksofenkammerwände kommt
es daher zu einem erhöhten
Kohleverbrauch und zu einer Verschlechterung der Koksqualität.
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Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Türkonstruktion
für eine
Koksofenbatterie oder eine Ofenbank zur Verfügung zu stellen, die keine
Probleme mit den hohen Temperaturunterschieden beim Ausdrücken der
Koksofenkammern zeigt. Sie soll den Ofeninnenraum dicht abschließen, so
dass keine Feinteile aus der Ofenkammer nach außen dringen und den Betrieb
der Koksofenkammer erschweren können
und eine Gefahr für
die Umwelt und ein Problem für
den Koksofenbetrieb darstellen. Während des Ausdrückens des
Inhaltes der Koksofenkammer soll möglichst wenig kalte Luft in
das Innere der Koksofenkammer gelangen und der Wärmeverlust durch Abstrahlung
nach außen
soll möglichst
gering sein.
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Das
Material der Türkonstruktion
soll temperaturstabil und bruchfest sein und dadurch eine hohe Lebensdauer
besitzen und geringe Kosten für
den Betrieb darstellen. Schließlich
soll das Material billig in der Herstellung sein. Eine weitere Aufgabe
der Erfindung ist es, die Ungleichmäßigkeiten in der Temperaturverteilung des
Kokskuchens zu beseitigen, die sich aus der eckigen Form der Koksofenkammer
ergeben. Die verschlechterte Garung in den kühleren Ecken der Koksofenbatterie
soll möglichst
verhindert werden.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe durch eine einteilige oder mehrteilige Ofentürkonstruktion
aus einem hitzebeständigen
Material, die genau passend und ohne Zwischenräume in die Koksofenöffnung eingesetzt wird,
wobei der untere Teil als bewegliche Koksofenkammertür und der
obere Teil als fest einsitzende Koksofenwand aus besagtem Material
konstruiert ist. Das Material soll so beschaffen sein, dass die
Temperaturdehnung gering und die Bruchfestigkeit hoch ist. Der obere
Teil der Koks ofenkammeröffnung
wird durch die Koksofenkammerwand abgeschlossen. Der größte Teil
der türumfassenden
Koksofenkammerwand befindet sich über der Koksofenkammertür. Die Koksofenkammerwand
verbleibt beim Öffnen
als äußere Wand
der Koksofenkammerwand in der Koksofenöffnung.
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Der
untere Teil ist als bewegliche Tür
gearbeitet, die, je nach Art der Türvorrichtung, schwenkend oder vertikal
aufwärtsbewegend
oder ganz aus der Koksofenkammeröffnung
herausbewegt werden kann. Ein kleinerer Teil der Koksofenkammerwand
kann die Türen
seitlich umfassen. Durch das passgenaue Einfassen der Koksofentür kommt
es nicht zur Bildung von Undichtigkeiten zwischen Koksofentür und Koksofenwand.
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Die
obere Kante des Kokskuchens endet dabei vorteilhaft kurz unterhalb
der unteren Kante des sich über
der Tür
befindlichen Teils der Koksofenkammerwand. Der Abstand zwischen
der unteren Kante der oberen Koksofenkammerwand und der oberen Kante
des Kokskuchens beträgt
vorteilhaft 50 bis 500 mm. Er liegt jedoch besser noch bei 100 bis
200 mm. Dadurch lässt
sich der Kokskuchen ausdrücken,
ohne das es zum Nachdrücken
kalter Luft in den Koksofenkammer kommt, weil der obere Teil der
Koksofenkammerwand dies verhindert. Auch wird die Wärmeabstrahlung
so minimiert.
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Die
die Ofentür
umfassende Wand wird bevorzugt ebenfalls aus einem feuerfesten oder
dem gleichen Material wie die Ofentüren hergestellt. Dadurch kommt
es zu keinem Verziehen der Türkonstruktion
oder Festsetzen der Ofentüre,
weil die Temperaturausdehnungskoeffizienten von Koksofenkammertür und der
türumfassenden
Wand nahezu gleich sind. Es ist möglich, die erfindungsgemäße Tür als Stopfen
auszuführen,
wenn die Konstruktion dies erfordert. Bevorzugt wird diese jedoch
direkt in die dafür
vorgesehene Öffnung
eingesetzt. Vorteilhaft besitzt die ausdrückende Vorrichtung den gleichen
Querschnitt wie die Türöffnung und
die Tür der
Koksofenkammer. Dadurch lässt
sich der Kokskuchen ausdrücken,
ohne das es zum Nachrutschen von Koks hinter die ausdrückende Vorrichtung
kommt. Auch wird so der Wärmeverlust
und das Eindringen kalter Luft der Umgebung minimiert.
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Die
erfindungsgemäßen Türkonstruktionen
enthalten keine Gassammelräume,
um den sich aufbauenden Druck bei einem Verkokungsvorgang abzubauen.
Dies wird stattdessen durch sogenannte „downcomer”-Kanäle übernommen, die in den seitlichen
türlosen
Wänden
untergebracht sind. Diese „downcomer”-Rohre
dienen dazu, die entstehenden Verkokungsgase in die Sekundärluftsohle
abzuleiten. Beim be trieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann auch auf
einen Stopfen verzichtet werden, so dass zwischen Tür und Kokskuchen
ein nicht befüllter
Raum entsteht. Dieser kann den sich aufbauenden Druck ableiten.
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Beansprucht
wird eine Vorrichtung zum Verschließen eines Koksofens, der durch
eine horizontal gerichtete, vorder- und hinterseitige Ofenöffnung beladen
oder für
die Verkokung vorbereitet wird, wobei
• mindestens eine Öffnung mit
einer Türvorrichtung
versehen ist, die zum Beladen oder Vorbereiten des Koksofens zu öffnen ist
und nach dem Beladen wieder zu schließen ist, und
• diese Tür in eine
vertikale Wand eingelassen ist, die die horizontal gerichteten Ofenwände nach
außen
hin abschließt,
und diese Tür
zum Öffnen
von der Wand wegbewegt wird, und
• die Tür mit einer geeigneten Umfassungseinrichtung
und einem geeigneten Mechanismus zum Öffnen und Schließen versehen
ist,
und die dadurch gekennzeichnet ist, dass
• die türseitige
Koksofenkammeröffnung
durch eine Kombination aus einer starren Koksofenkammerwand und einem
von der Koksofenkammerwand umfassten beweglichen oder herausnehmbaren
als Stopfen gearbeiteten Türkörper verschließbar ist,
und diese Tür
beim Schließen
passgenau in die Koksofenöffnung
einsetzbar ist, wobei
• sich
der größte oder
der ganze Teil der türumfassenden
Koksofenkammerwand über
der Koksofenkammertür befindet.
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Zur
Konstruktion einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird die Türe
so gearbeitet, dass sie direkt und ohne weitere aufgebrachte Konstruktionen
in die Ofenöffnung
eingesetzt werden kann. Die Tür
soll die Ofenöffnung
möglichst
passgenau abschließen,
so dass keine Verunreinigungen und Verkokungsprodukte ins Freie gelangen
können.
Die Ableitung der Verbrennungsmedien aus der Ofenkammer soll ausschließlich von
den an den türabgewandten
Seiten konstruierten „downcomer”-Kanälen übernommen
werden.
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Vorzugsweise
schließt
die Tür
die Ofenkammerwand bündig
ab, so dass keine Vorbauten oder Absätze entstehen. Dann ragt aus
der Ofenkammertür
lediglich die türfassende
Vorrichtung heraus, die beispielsweise als Rahmen oder Gitter gear beitet
sein kann. Möglich
ist es auch, die Tür
als Stopfen vor eine Türplatte einzuarbeiten.
Die erfindungsgemäße Tür aus dem
feuerfesten Material wird dann beispielsweise vor eine Metallplatte
geschraubt, die mit dem Bewegungsmechanismus zum Öffnen oder
Schließen
verbunden ist. Es ist aber auch möglich, die feuerfesten Stopfen
auf einen metallenen Rahmen aufzumontieren, wo die Stopfen dann
mithilfe von Bolzen, Verschraubungen oder ähnlichen Einrichtungen befestigt
sind.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
kann die Tür
auch einen oberhalb oder unterhalb oder ober- und unterhalb der
Tür befindlichen
Absatz zeigen, der genau in die Koksofenkammeröffnung passt. Der Absatz besitzt
vorzugsweise die halbe Dicke der Koksofenkammertür und ist vorzugsweise 50 bis
500 mm hoch. Es ist aber möglich,
für den
Absatz eine andere Dicke oder eine andere Höhe vorzusehen. Der Absatz oder
die Absätze
können
nach oben, nach unten oder seitwärts
gerichtet sein und in beliebiger Zahl oder Richtung vorhanden sein.
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Ein
bevorzugtes Material zur Konstruktion der Ofentüre ist ein silikahaltiges oder
silika- und aluminiumoxidhaltiges Material. Diese Stoffe haben einen
sehr niedrigen Temperaturausdehnungskoeffizienten, so dass sich
die Türeinfassung
während
des Verkokungsprozesses nicht ändert.
Geeignet sind aber letztlich alle Materialien, die ein oxidisches
Material des Siliciums umfassen oder ein oxidisches Material des
Siliciums und des Aluminiums umfassen. Eine Liste geeigneter Materialien
zeigt Skizze 1, wobei Materialien, die ein nahezu reines Siliciumdioxid
umfassen, besonders bevorzugt sind. Die Türen sind bevorzugt aus einem
einheitlichen Material gefertigt. Für einige erfindungsgemäße Zwecke
kann es jedoch sinnvoll sein, Teilstücke aus einem anderen Material
zu fertigen. Dies kann beispielsweise ein metallischer Werkstoff
oder ein hydraulisch bindender Spritzbeton sein.
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Skizze 1
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Die
Türen können so
geformt sein, dass der Kokskuchen in eine Form gedrückt wird,
die eine erheblich gleichmäßigere Beheizung
des Kokskuchens gewährleistet.
Durch die eckige Form insbesondere in den Ecken ofenauswärtsgerichteten
Türseiten
der Ofenkammern kommt es häufig
zu einer inhomogenen Beheizung der Koksofenbatterie und damit zu
einem verzögerten
Garungsprozess in den Ecken. Die Temperatur wird durch das Fehlen
von Heizzügen
und das Vorhandensein von nicht zum unterseitigen Heizprozess beitragenden
Tragvorrichtungen im türnahen
Bereich weiter erniedrigt. Dadurch erhält man einen Koks von schlechterer
Qualität.
Deshalb können
die erfindungsgemäßen Türen zur
weiteren Verbesserung der erfindungsge mäßen Vorrichtung an der Innenseite
eine ellipsoide Ausbuchtung besitzen. Es ist auch möglich, statt der
ellipsoiden Form eine Schräge
oder Absatzkante zu wählen.
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Das
Problem der erschwerten Garung in den türseitigen Ecken der Koksofenbatterie
wird durch ellipsoide Ausbuchtungen oder Schrägen oder Absatzkanten gelöst, die
von der Tür
ausgehend in die Ofenkammer hineinragen können. Diese ellipsoiden Ausbuchtungen
werden ebenfalls bevorzugt aus einem silika- oder einem silika-
und aluminiumoxidhaltigen Material hergestellt. Durch die verringerte
Tiefe der Tür
kann die Befüllungsmenge
mit Koks für
einen Zyklus deutlich vergrößert werden.
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Die
ellipsoide Ausbuchtung verlängert
sich kontinuierlich ofeneinwärtsgerichtet
mit zunehmender Bodennähe,
so dass die türseitigen
Ecken abgerundet werden. Dadurch verbessert sich der Verkokungsprozess insgesamt,
weil die kühleren
Ofenecken ausgespart werden. Es ist auch möglich, eine solche Ausbuchtung
an der Ofendecke anzubringen, wobei sich diese dann kontinuierlich
mit zunehmender Annäherung
an die Decke ofeneinwärtsgerichtet
verlängert.
Dies ist sinnvoll, wenn die Koksofenbatterien häufig bis in den Deckenbereich
beladen werden. Dadurch werden auch die Ecken in der Decke abgerundet,
so dass daraus ein verbesserter Verkokungsprozess resultiert.
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Die
aufgezeigten Vorrichtungsteile sind bevorzugt aus einem silikahaltigen
Material gefertigt. Dies sind beispielsweise Quarzgesteine oder
aus silikathaltigen Gesteinen gepresste Materialien. Bevorzugt sollten
diese Materialien einen geringen Temperaturausdehnungskoeffizienten
besitzen, mechanisch stabil und deshalb unempfindlich gegenüber Materialbrüchen sein.
Das Material kann auf beliebige Art und Weise hergestellt werden.
Möglich
sind Sinterprozesse, aber auch Press- oder Gussverfahren eignen
sich zur Herstellung der erfindungsgemäßen Türvorrichtungen. Letztlich eignet
sich zur Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung jedes Verfahren,
das zu Koksofentüren
mit einem geringen Temperaturausdehnungskoeffizienten, mechanischer
Stabilität
oder geringer Empfindlichkeit gegenüber Materialbrüchen führt.
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Die
Vorrichtung kann insbesondere an den ofenkammerinnenwärts gerichteten
Wänden
mit einem hitzereflektierenden Material, einem sogenannten „High-Emission-Coating”, ausgestattet
sein. Geeignete hitzereflektierende Materialien sind insbesondere
anorganische Metalloxide im Gemisch mit Carbiden, wobei hier Chrom- oder Eisenoxide
im Gemisch mit Siliciumcarbiden beispielhaft genannt seien. Ein
für die
Beschichtung der ofeninnenwärts
gerichteten Wände
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
geeignetes hochreflektierendes Material lehrt die
EP 742276 A1 . Durch die Aufbringung
einer solchen Beschichtung wird die Energieeffizienz des Verkokungsprozesses
erheblich verbessert und die Temperaturbeständigkeit der Wände und
Türeinrichtungen
vergrößert. Selbstverständlich ist
es möglich,
nicht nur die türverschließende Vorrichtung,
sondern die Innenwände
der gesamten Koksofenbatterie mit einem hochhitzereflektierenden
Material zu beschichten.
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Türen aller
Konstruktionen besitzen häufig
einen inneren Gassammelraum, der die Türen von einem hohen Gasinnendruck
der Koksofenkammer entlasten soll. Dieser wird jedoch leicht von
Asche und Kohlenstaub infiltriert, der Schwierigkeiten in der Prozessführung bereitet
und hohe Anforderungen an das Dichtungsmaterial der Türen stellt.
Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung
kann zusätzlich
zum Einsatz effektiverer „downcomer”-Rohre
ein nicht befüllter
Raum zwischen Koksofenkammertür
und Kokskuchen belassen werden. Dadurch können die bei der Verkokung
entstehenden Gase besser abgeführt
werden und auf das Vorhandensein eines vertikalen türintegrierten
Gassammelraums verzichtet werden.
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Je
nach Temperatur des Verkokungsprozesses und Belastung des die Ofentür umfassenden
Wandmaterials kann diese Wand ebenfalls aus einem temperaturbeständigen Material
gearbeitet sein. Vorzugsweise ist die die Ofentüre umfassende Wand aus dem
gleichen Material gefertigt wie die Ofentüre. In diesem Fall haben Wand
und Tür
denselben Ausdehnungskoeffizienten, so dass es bei Erhitzen und
Abkühlen
zu keinem Verziehen und Festsetzen der Türkonstruktion kommen kann.
Auch die ellipsoiden Ausbuchtungen bestehen vorzugsweise aus dem
gleichen Material wie die Türvorrichtung.
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Die
Türvorrichtung
wird zur optimalen Ausführung
des Verkokungsprozesses vorderseitig mit einer Haltevorrichtung
versehen, die ein Herausziehen und genaues Justieren beim Einsetzen
ermöglicht.
Diese wird bevorzugt als Metallrahmen ausgeführt, an dem Gestänge oder
Ketten zur Führung
der Antriebsvorrichtung angebracht sind. Zum Öffnen und Schließen sowie
Beladen können
beliebig geartete Vorrichtungen zum Einsatz kommen.
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Zur
optimalen Abdichtung kann die Tür
an den Seiten oder an der Innenwand mit einem abdichtenden Material
versehen werden. Häufig
sind dies Glaswolle, Steinwolle oder Keramikfasermatten. Zur Anwendung können aber
auch Membranen zur Anwendung kommen, wie es in der
EP 724007 A1 beschrieben
wird. Die erfindungsgemäße Tür wird dann
als Stopfen vor die Abdichtungsmembran und die Stopfenelement-Grundplatte
gesetzt. Schließlich
kann die Tür
auch mit Abdichtmechanis men versehen sein, die auf federnden Einrichtungen
beruhen, um eine absolute Gasdichtigkeit des Verkokungsprozesses
zu gewährleisten.
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Zur
Befestigung der Tür
an dem Koksofen und zur Verriegelung können klammernde Einrichtungen zur
Anwendung kommen. Es können
aber auch Stempel eingesetzt werden, um die Tür in die Ofenöffnung zu halten.
Es können
auch Verriegelungsriegel oder -schlösser zum Einsatz kommen. Da
sich insbesondere Silika als Material bei steigender Temperatur
nur wenig ausdehnt, ist in der Regel kein zusätzliches dichtendes Material
notwendig, insbesondere dann, wenn die Ofenwand direkt die Ofentür umfasst
und die Ofenwand aus dem gleichen Material gefertigt ist wie die
Ofentüre.
Es können
beliebig viele Ofentüren
an einem Koksofen oder einer Koksofenbatterie erfindungsgemäß gestaltet
sein. So ist es beispielsweise möglich,
nur eine von zwei Öffnungen
mit der erfindungsgemäßen Türverschlussvorrichtung
zu schließen,
wenn beispielsweise konstruktive Gegebenheiten dies erfordern. Es
können
aber auch mehrere Türen
oder Öffnungen
oder Türen
und Öffnungen
erfindungsgemäß gestaltet
sein.
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Die
Koksofenkammer oder die Koksofenbatterie oder die Koksofenbank kann
zur Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
beliebig gestaltet sein. Es ist beispielsweise möglich, eine Koksofenbatterie
zu verwenden, die durch die Decke beladen wird. Dazu befinden sich
auf der Decke des Ofens Einfüllöffnungen und
geeignete Beladevorrichtungen. In der Decke des Koksofens können sich
auch Vorrichtungen zum Belüften
des Koksofens befinden. Auch die erfindungsgemäßen Türen können Öffnungen zum Belüften aufnehmen. Diese
können
als Klappen gestaltet sein oder auch als einfache Rohre.
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Schließlich ist
es möglich,
horizontal zu beladende Koksofenbatterien zu verwenden. Diese können ebenfalls
beliebig geartete Belüftungsvorrichtungen
verwenden. Die Belüftungsvorrichtungen
können
sich gleichfalls in der die Ofentür umfassenden Wand befinden.
Dies ist auch dann möglich,
wenn die Ofenwand aus dem erfindungsgemäßen feuerfesten Material besteht.
Die über
der Koksofenkammertür
befindliche Wand kann weitere zur Belüftung vorgesehene Öffnungen,
wie beispielsweise Düsen,
enthalten.
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Die
Lösung
der Aufgabe erfolgt auch mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs
20.
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Beansprucht
wird ein Verfahren zum Verschließen eines Koksofens, der durch
eine horizontal gerichtete, vorder- und hinterseitige Ofenöffnung beladen
oder für
die Verkokung vorbereitet wird, mit dem die erfindungsgemäße. Vorrichtung
betrieben wird und mit dem sich ein in der Herstellung erleichtert
und in der Qualität verbesserter
Koks erhalten lässt.
Für die
Be nutzung der erfindungsgemäßen Schließvorrichtung
einer Koksoffenbatterie oder einer Koksofenbank oder auch eines
einzelnen Koksofens spielt es keine Rolle, ob die Türvorrichtungen
zur Befüllung
des Koksofens oder zur Befüllungsoptimierung
genutzt wird.
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So
ist es beispielsweise möglich,
die Koksofenbatterie durch die seitlichen und horizontal gerichteten erfindungsgemäßen Koksofentüren zu beladen.
Nach Beendigung des Verkokungsvorganges wird der ausgegarte Koks
mit Hilfe eines Stempels wieder aus dem Ofen herausgedrückt. Für das Beladen
und Ausdrücken werden
die Ofentüren
geöffnet
und nach Beladung oder Ausdrücken
wieder geschlossen. Die Kohle kann beispielsweise mithilfe einer
Lademaschine, die auf einem Schlitten in die Koksofenbatterie gefahren
werden kann, in die Ofenbatterie geladen werden. Mit einem Kompaktor,
der die Schüttdichte
der zunächst
locker aufliegenden Kohle vergrößert und
optimiert und einer Planierstange, der eventuell aufliegende Schüttkegel
glattstreicht, wird die Kohleschüttung
auf den Verkokungsvorgang vorbereitet.
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Zur
Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist es aber auch möglich,
die Koksofenbatterien durch in der Koksofendecke gelegene Befüllungsöffnungen
zu beladen. Die seitlich gelegenen Öffnungen mit den erfindungsgemäßen Koksofentüren dienen
dann der Vorbereitung des Kokskuchens auf den Verkokungsprozess,
wie beispielsweise der Vergrößerung der
Schüttdichte
oder dem Planieren von Schüttkegeln.
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Einen
typischen Prozess zur Beladung von Koksofenbatterien durch die Koksofendecke
beschreibt die
EP 1293552
B1 . Bei diesem Verfahren sind auf der Koksofendecke Führungsvorrichtungen
für Kohlebefüllungswagen
aufgebracht, auf denen bewegliche Kohlefüllwagen zum Befüllen auf
die jeweilige Koksofenbatterie gefahren werden können. Beim Befüllvorgang
wird der Kohlebefüllwagen
auf einen Trichter gefahren, aus dem über eine Transportschnecke
und ein Füllteleskop
die Kohle in den Koksofen transportiert wird. Zur genauen Positionierung
in die entsprechende Befüllposition
wird eine automatische Verstelleinrichtung genutzt, deren Kraftübertragung über einen
Zahnradmechanismus vorgenommen wird. Je nach Ausgestaltung der Koksofenbatterie
sind an den Befüllungsvorrichtungen
auch Einrichtungen zum Reinigen der Deckel aufgebracht. Es ist auch
möglich,
nivellierende Einrichtungen zu verwenden, die den Kokskuchen bereits
bei Einfüllen
in die Koksofenkammer glätten.
Ein Beispiel hierzu beschreibt die
WO 2004/007640 A1 .
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
und das erfindungsgemäße Verfahren
bieten den Vorteil einer effektiven und preiswerten Türvorrichtung
für Koksofenbatterien.
Die die Ofenöffnung
genau abschließende
Türvorrichtung
besitzt eine hohe Temperaturbeständigkeit,
einen geringen Temperaturausdehnungskoeffizienten, eine hohe mechanische
Festigkeit und lässt
sich mit gängigen
Dichtungs- und Verriegelungsvorrichtungen leicht dicht abschließen, so
dass keine feinteiligen Asche- und Kohlenstoffteilchen aus der Koksofenbatterie nach
außen
dringen können.
Die Türen
sind leicht herzustellen und können
leicht in herkömmliche
Kokskammeröfen
eingearbeitet werden. Die erfindungsgemäße Koksofenkammerverschlußeinrichtung
führt durch
ihre hohe Lebensdauer in Verkokungsprozessen zu niedrigen Betriebskosten.
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Durch
ihr gutes Wärmeisolationsvermögen führen die
Türen zu
einer verbesserten Koksqualität,
insbesondere dann, wenn die sich bildenden Ecken beim Verschluss
durch ellipsoide Ausbuchtungen ausgespart werden. Beim Ausdrücken des
Kokskammerofens verhindert die über
der Koksofenkammertür
liegende Wand das Eintreten von kalter Luft in die Koksofenkammer.
Auch die Abstrahlung wird so verringert. Dadurch kann der Kohleverbrauch
gesenkt und die Koksqualität
verbessert werden. Durch die verringerte Tiefe der Tür kann die
Befüllungsmenge
mit Koks für
einen Zyklus deutlich vergrößert werden.
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Die
erfindungsgemäße Ausgestaltung
einer Vorrichtung zur Verkokung von Kohle wird anhand von vier Zeichnungen
genauer erläutert,
wobei das erfindungsgemäße Verfahren
nicht auf diese Ausführungsformen
beschränkt
ist.
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1 gibt
einen Kokskammerofen in seitlicher Ansicht mit erfindungsgemäßer und
geschlossener Türverschlussvorrichtung
wieder. Sowohl die Koksofentür
als auch die türumfassende
Koksofenkammerwand sind aus feuerfesten Material gefertigt.
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2 gibt
einen Kokskammerofen in seitlicher Ansicht mit erfindungsgemäßer und
geöffneter
Türverschlussvorrichtung
wieder. Nur die Koksofenkammertür
ist aus dem erfindungsgemäßen feuerfesten
Material gefertigt.
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3 gibt
einen Kokskammerofen in seitlicher Ansicht mit erfindungsgemäßer und
geschlossener Türvorrichtung
wieder. Sowohl die Koksofentür
als auch die umfassende Koksofenkammerwand sind aus dem erfindungsgemäßen Material
gefertigt. Die umfassende Koksofenkammerwand enthält eine
düsenförmige Öffnung zur Belüftung. In
den unteren Koksofenecken sind ellipsoide Ausbuchtungen zum Ausrunden
der Koksofenkammern angebracht.
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4 gibt
einen Kokskammerofen in frontaler Ansicht wider. Sowohl die Koksofentür als auch
die türumfassende
Koksofenkammerwand sind aus dem erfindungsgemäßen Material gefertigt.
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1:
Eine Koksofenkammer (1) wird mit Kohle beladen und mit
einer Tür
(2) aus einem feuerfesten Material verschlossen. Als Materialien
eignen sich bevorzugt silikahaltige- oder silika- und aluminiumoxidhaltige
Materialien. Die horizontal gerichtete und ofentürumfassende Wand (3)
ist ebenfalls aus diesem Material gefertigt, so dass sich die Tür aufgrund
der gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
nicht verziehen kann. Die Tür
ist an einem Tragerahmen (4) aufgehängt, an dem eine Verbindung
(4a) zu einem Antriebsmechanismus zum Herausziehen der
Tür befestigt
ist. An diesem Tragerahmen befindet sich ebenfalls eine Verbindung (4b)
zum Hochziehen der Tür.
Damit kann ein Zugang zum Koksofen (1) erhalten werden.
In dem Koksofen befindet sich der Kokskuchen (5), der nicht
bis an die Koksofendecke, sondern nur bis zu einer bestimmten Füllhöhe eingefüllt wird.
Darüber
befindet sich ein Gassammelraum (5a). An der Kokskofendecke
(6) befinden sich Belüftungsöffnungen
(7), mit denen sich Primärluft in die Koksofenkammer
einlassen lässt.
Das teilverbrannte Gas wird über
die „downcomer”-Rohre
(8) in die sich unter dem Koksofenboden befindliche Sekundärluftsohle
(9) geleitet. Die „downcomer”, hier
mit Öffnungen
(8a) im Gassammelraum dargestellt, können durch den Kokskuchen (5)
oder durch die Seitenwände
geführt
werden. Die Sekundärluftsohle
enthält
zusätzliche Belüftungsöffnungen
(10), durch die weitere Luft zuströmen kann, mit der das Verkokungsgas
vollständig
verbrannt wird.
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2:
Die Koksofenkammer (1) ist nach Beendigung des Verkokungsvorganges
zur Entnahme des Kokskuchens (5) geöffnet. Die Koksofentüren (2)
befinden sich in geöffneter
und angehobener Stellung, so dass Zugang zur Koksofenkammer erhalten
wird. Mit einem Stempel (11) wird der Kokskuchen (5)
durch die Koksofenkammer hindurch zur anderen Seite hinausgedrückt. Die
türumfassende
Wand (3) ist aus herkömmlichen
Material gefertigt. Durch das Vorhandensein der vorder- und hinterseitigen
türumfassenden
Koksofenkammerwand (3) wird das Eindringen von kalter Luft
in die Koksofenkammer verhindert und die Wärmeabstrahlung nach außen verringert.
Dies kann optimiert werden, wenn die ausdrückende Vorrichtung (11)
den gleichen Querschnitt wie die Koksofenöffnung besitzt.
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3:
Die Koksofenkammer (1) wird mit Kohle beladen und mit einer
Tür aus
einem feuerfesten Material verschlossen. Die Koksofentüren (1)
befinden sich in geschlossener Stellung. An den Koksofentüren sind ellipsoide
Ausbuchtungen (1a) angebracht, die die Ecken runden und
den Kokskuchen (5) in die Koksofenkammer drücken. Dadurch
ist die Beheizung gleichmäßiger, was
zur Verbesserung der Koksqualität
beiträgt.
In den die Ofentüren
umfassenden Ofenwänden
(3) sind über
der Ofentüre
düsenförmige Belüftungsrohre
(12) angebracht, die neben den Belüftungsrohren auf dem Deckel
(6) zusätzliche
Luft in den Ofen einlassen.
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4:
Die Koksofenkammer (1) ist in Betrieb und mit geschlossener
Koksofentür
versehen. Die Koksofentür
(2) wird von einer Koksofenwand (3) umfasst, die
aus dem gleichen Material gearbeitet ist wie die Ofentüre. Gut
ist hier die Türhaltevorrichtung
(4) und insbesondere das vertikal gerichtete Verbindungsstück (4b) zum
Hochziehen der Tür
in der geöffneten
Stellung zu sehen. Auch sieht man hier Klappen (13) zum
Regulieren des Luftzutritts in die Sekundärluftsohle.
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- 1
- Koksofenkammer
- 2
- Erfindungsgemäße Koksofentür
- 3
- Türumfassende
horizontalgerichtete Koksofenwand
- 4
- Türhaltevorrichtung
(Türrahmen)
- 4a
- Horizontal
gerichtetes Verbindungsstück
zum Antriebsmechanismus
- 4b
- Vertikal
gerichtetes Verbindungsstück
zum Öffnungsmechanismus
- 5
- Kokskuchen
- 5a
- Gassammelraum
- 6
- Koksofendecke
- 7
- Belüftungsvorrichtung
als Rohr durch die Koksofendecke
- 8
- „Downcomer”-Rohre
- 8a
- Öffnungen
der „Downcomer”-Rohre
- 9
- Sekundärluftsohlen
- 10
- Zuführungseinrichtungen
für Sekundärluft
- 11
- Stempel
zum Ausdrücken
des Kokskuchens
- 12
- Düsenförmige Öffnungen
zum Einlass von Primärluft
- 13
- Klappen
zur Regulierung der Sekundärluft