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Verfahren zur Steuerung des Zuges in einer Brennkanuner während
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des Brennens von Kohleblöcken in einem Ringkammerofen Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zum Betreiben des Rauchgas-Abzugssystems in sogenannten Rirgkammeröfe
zum Brennen von Kohleblc)cken für die elektrothermische und metallurgische Industrie,
sowie die Installieruncj eines besonderen Ventilators zur Durchführung des Verfahrens.
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Zur Hitzebehandlung - Brennen - vn Kohleblöcken, die zur Verwendung
in der elektrothermischen und elektrometallurgischen Industrie hergestellt werden,
sind Spezialöfen im Einsatz. Die Kohleblöcke werden aus einer Mischung aus zerstoßenem
Koks und/oder Anthrazit hergestellt, zu dem in wechselnden Mengen Pech oder Teer
als Bindemittel zugegeben wurde. Rei Raumtemperatur ist diese Mischung steif. Beim
Erhitzen bis auf 1?f) C wird sie jedoch weich, wobei Teerdämpfe abgegeben werden,
und nach lanuerem Erhitzen bei einer Maximaltemperatur bis zu 13000 C wird die Paste
hart. Die Verhältnisse der verschiedene eingesetzten Rohmaterialien variieren in
Abhängigkeit von der Verwendung, für die das Kohleerzeugnis bestimmt ist, und die
Temperaturführung während des Brennens oder Backens wird so gewählt, daß die Verhältnisse
auf die herzustellenden Kohleblöcke abqestimmt sind. Die eben genannten Parameter
sind für
die vorliegende Erfindung ohne Bedeutung.
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Die Kohleblöcke oder Kohlekörper, die für das Brennen in einen Ofen
gegeben werden, werden oft als "grüne Kohle" bezeichnet, wobei das Wort "grün" darauf
hinweist, daß sie "noch nicht reif" sind. Sie werden durch Pressen oder Vibrationsverdichtung
erzeugt. Diese grünen Kohlen sind oft von beträchtlicher Größe.
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So können zum Beispiel Kohlenstoffkathoden zur Verwendung in elektrolytischen
Reduktionszellen für die Herstellung von Aluminium Abmessungen von 700 mm x 900
mm x 4000 mm aufweisen und bis zu etwa 4 Tonnen wiegen. Es ist klar, daß derartige
Körper verformt werden, wenn sie erhitzt werden und dabei eine Erhitzungszone passieren,
iin der sie erweichen, es sei denn, daß zur Verhinderung dieser Deformierung besondere
Vorkehrungen getroffen werden. Aus diesem Grund werden die grünen Kohlen in großen
(tiefen) Ofenschächten angeordnet, die aus feuerfestem Material hergestellt sind,
wobei der Zwischenraum zwischen den grünen Kohlen und den Schachtwänden mit Koksklein
(Pakkungskoks) gefüllt wird. Dieser feine Koks schützt die grünen Kohlen auch gegen
Verbrennung.
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blicherweise wird eine gewisse Anzahl von kleinen Schächten etlg nrbeneinander
artgeordnet, und von einer gemeinsamen isoleerenden Wand aus feuerfcstem Ziegel
umgeben. Diese Anhäufung von Schächten wird eine Kammer genannt. Die Wände zwischen
den Schächten und um sie herum sind aus Hohlziegeln hergestellt, durch die heißen
Rauch- oder Verbrennungsgase-teleitet werden.
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Diese Gase werden von unten dem Boden der Schächte zugeführt und dann
weiter durch die Kanäle in den Wänden aufwärts geleitet, und treffen sich dann in
einem gemeinsamen Raum über den Schächten. Der Raum über den Schächten ist mit einem
Dekkel oder Dach abgedeckt, das entfernt wird, wenn Kohleblöcke eingesetzt oder
aus den Schächten entnommen werden.
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Der Deckel über den Schächten bedeckt auch die Öffnung, durch die
die Rauchgase in die nächste Kammer weiterströmen. Während die Schächte in jeder
Kammer bezüglich des Flusses des Brenngases parallel angeordnet sind, sind die Kammern
hintereinander geschaltet, das heißt in einer Rin-Verbindung. Ein Ofen dieses Typs
zum Brennen von Kohleblöcken oder für die.ähnliche Behandlung anderer Körper so
wie zum Beispiel feuerfester Ziegel ist ein sogenannter Ringkammerofen. Die äußere
Form eines solchen Ofens ist häufig rechteckig und kann bis zu 120 x 15 m messen.
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In den größten Ringkammeröfen können verschiedene t'Feuerzonen" oder
"Brennzonen" gleichzeitig betrieben werden. Jede Brennzone besteht aus einer Reihe
von Kammern, in denen die Temperatur nach einem vorgegebenen Programm reguliert
wird. Die ersten Kammern weisen eine niedrige Temperatur auf, und sind von Kammern
gefolgt, die eine höhere Temperatur aufweisen, und zum Abschluß sind die Kammern
angeordnet, die abkühlen oder die geöffnet wurden, um die Kohleblöcke zu entnehmen.
Wenn die Brennzone weiter verlegt wird, durchläuft jede Kammer somit dasselbe Zeit
und Temperaturprogramm.
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Da alle diese Kammern dasselbe Temperaturprogramm durchlaufen, muß
für jede Kammer eine Wärmequelle vorgesehen sein, die üblicherweise als blbrenner
ausgebildet ist. Die Weiterverlegung der Brenn- oder Feuerzone erfolgt dadurch,
daß'der oder die ölbrenner von einer Kammer zur nächsten weiterbewegt werden.
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Das Zeitintervall zwischen derartigen Bewegungen wird als Feuerverlegungszyklus
bezeichnet, und gibt an, welche Kapazität der Ofen hat. Jede Kammer muß weiterhin
die Möglichkeit aufweisen, mit einem Abgassystem verbunden zu werden, mit dem eine
Kammer dann verbunden wird, wenn sie die letzte in der Brenn-oder
Feuerzone
ist. Das wird üblicherweise dadurch bewirkt, daß ein Rohrabschnitt der letzten Kammer
in der Feuerzone mit einem entsprechenden kurzen Abschnitt einer Rohrabzweigung
verbunden wird, die an einem Abgaskanal vorgesehen ist, der um den Ringkammerofen
herumläuft. Dieser Abgaskanal wird auch als Abzugs-Ringleitung bezeichnet, und ist
mit einem Ventilator verbunden, der die Abgase aus dem Ofen abzieht. Der Rohrabschnitt,
der dazu verwendet wird, die letzte Kammer der Feuerzone mit der Abgas-Leitung zu
verbinden, wird auch "Elephant" genannt, weil er in einer früheren Ausführungsform
ähnlich wie ein Elephant aussah. Bevor die Rauchgase den Ventilator erreichen, passieren
sie ein Filter, das Teerdämpfe und Kohlenstaub entfernt, bevor die Abgase durch
den Schornstein in die Atmosphäre abgelassen werden.
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Luft für die ölbrenner wird durch den-Abgasventilator angesaugt. Die
Luft strömt in das System ein, in dem das Dach der Kammer, die gerade geleert wird,
an einer Seite ein wenig angehoben ist. Die Luft wird durch diese Kammer in die
anderen Kammern bis zu dem ölbrenner gesaugt. Auf diese Weise werden die Kammern
und die Kohleblöcke gekühlt, während die Luft erhitzt wird.
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Indem die Abgase aus den Kammern mit den Ölbrennern abgezogen und
des weiteren durch die Brennzone geleitet werden, werden die Kohlekörper oder -blöcke
erhitzt und die Teerdämpfe aus den Bindemitteln werden abgetrieben.
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In seiner üblichen Ausführungsform weist ein Ringofen der beschriebenen
Art bestimmte Nachteile auf.
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Der Zug in der Feuerzone kann grob mit Hilfe eines Schiebers oder
eines Klappenventils in dem "Elephanten" reguliert werden,
aber
da die Zonen, wie bereits erwähnt, mit derselben Abgas-Ringleitung verbunden sind,
beeinflussen sie sich gegenseitig, wodurch einer individuellen Einstellung deutliche
Grenzen gezogen sind.
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Infolge der großen Dimensionen eines Ringkammerofens sowie der Länge
des Abgaskanals kommt es zu einem großen Druckabfall.
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Je älter der Ofen ist, desto geringer wird ferner der Querschnitt
des Abgaskanals, da sich in ihm eine Schicht Kohle~ staub und Teer aus den grünen
Kohlen absetzt, die immer dicker wird. Der Abgasventilator muß daher einen starken
Unterdruck erzeugen, um für den gewünschten Abgaszug für den Rauch zu sorgen. Ein
derartiger hoher Unterdruck führt wiederum dazu, daß Undichtigkeiten entstehen,
durch die Falschluft in die Ringleitung gelangt, zum Beispiel aus den zahlreichen
Verbindungsabzweigungen für die "Elephanten"-Rohrabschnitte, die nur sehr schwierig
so dicht zu verschließen sind, wie wünschenswert wäre.
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Infolge all dieser Falschluft muß die Gaswaschanlage dafür ausgelegt
werden, ein größeres Gasvolumen zu verarbeiten als eigentlich nötig wäre.
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In der DE-OS 2 519 738 ist ein Verfahren zur Verbesserung des Ofenbetriebs
angemeldet, sowie die dafür erforderlichen Veränderungen an dem Ofen.
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Der Anmelder weist auf die Tatsache hin, daß während des Vorerhitzens
der grünen Kohlen große Mengen an Teerdämpfen abgetrieben werden, und daß diese
brennbar sind. Sie können sich an Stellen entzünden, wo es nicht gewünscht ist,
was dazu führt, daß beim Brennen der Kohlekörper unkontrollierte Temperaturen auftreten.
Der Anmelder schlägt vor, das dadurch
zu verhindern, daß ein Teil
der Rauchgase aus dem Abzugsventilator zurück in die Kammern geführt werden, und
zwar in der Form eines Spülgases, aus dem die Teerdämpfe vorher entfernt wurden.
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Um dieses Verfahren durchzuführen, muß der Ofen mit einer besonderen
Ringleitung versehen werden, damit das Spülgas den Kammern zugeführt werden kann,
in denen es erforderlich ist, das heißt gemäß der oben genannten Patentanmeldung,
zu der Kammer, in die frische Kühlluft eingeführt wird.
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Das Verfahren gemäß der DE-OS 2 519 738 erfordert die Installierung
einer besonderen Ringleitung. Außerdem weist das zurückgeführte Gas einen hohen
Sauerstoffgehalt auf, der aus der angesaugten Falschluft stammt.
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Die Anlage gestattet es nicht, den Zug in den einzelnen Brennzonen
individuell zu regeln.
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Die vorliegende Erfindung betrifft daher ein Verfahren zum Brennen
von Kohleblöcken in einem R;ingkammerofen, das es erlaubt, jede Brennzone individuell
zur regeln, wobei gleichzeitig die Menge an Falschluft vermindert wird, was wiederum
mit weiteren Vorteilen verbunden ist.
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Das Verfahren kann dadurch praktisch verwirklicht werden, daß in dem
"lephanten" ein Ventilator angeordnet wird, der die Abgase oder Rauchgase in die
Ringleitung hinausfördert/hinausbläst.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen genauer dargestellt,
wie ein Ringkammerofen betrieben wird. Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch eine
Kammer in einem Ringkammerofen in perspektivischer Ansicht.
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Fig. 2 den Weg des Rauchgases in einem Ringkammerofen.
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Fig. 3 den Weg des Rauchgases in einer Feuerzone im Schnitt.
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In Fig. 1 ist eine leere Brennkammer (nach Abnahme des Deckels) gezeigt,
die fünf Schächte (1) enthält. In den Schachtwänden sind Rauchgaskanäle (2) angeordnet,
durch die die Rauchgase zu dem Boden der Kammern (3) geleitete werden, von wo sie
durch Feuerkanäle (4) über die nächste Kammer geleitet werden.
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Außerhalb der Kammer ist neben jeder Trennwand (5) zwischen den Kammern
ein Abzug (6) angeordnet, der mit einer Verbindungsabzweigung (7) an der Rauchga,-Ringleitung
verbunden werden kann.
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Fig. 2 zeigt einen Rinkammerofen mit zwei Brennzone.
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In jeder Brennzone gibt es Brennkanmern, die sich in verschiedenen
Stadien befinden.
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Mit Bezugs zeichen (8) ist eine Kammer bezeichnet, deren Deckel angehoben
und auf Klötze gestellt wurde, wodurch Luft eingesaugt werden kann, wodurch die
Kammern gekühlt werden und die Luft vorerhitzt wird, bevor sie die Brenner erreicht.
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Mit Bezugszeichen (9) ist eine Kammer bezeichnet, deren Deckel sich
in einer solchen Lage befindet, daß sie oben geschlossen ist, so daß die Luft aus
(8) durch die Schachtwände und über die nächste Kammer gezogen wird.
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Bezugszeichen (10) bezeichnet eine Kammer, in der die ölbrenner in
den Feuer- oder Flammkanälen in Betrieb sind.
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Bezugszeichen (11) bezeichnet Kammern, durch die die Rauchgase abgesaugt
werden.
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Bezugszeichen (12) bezeichnet eine offene Kammer mit abgedeckten Feuerkanälen,
aus denen die Rauchgase aus der Brennzone abgezogen werden.
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Bezugszeichen (13) bezeichnet offene Kammern. In diesen Kammern werden
die gebrannten Kohlen entfernt und grüne Kohlen nachgeladen.
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Bezugs zeichen (14) bezeichnet den "Elephanten", das heißt das Verbindungsstück
zwischen der Kammer und der Rauchgas-Ringleitung (15).
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Bezugszeichen (15) bezeichnet die Rauchgas-Ringleitung und (16) den
Abzugs-Ventilator.
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Die Waschanlage und der Schornstein sind nicht gezeigt.
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Fig. 3 zeigt in Form eines Diagramms einen Schnitt durch den Weg,
der von den Rauchgasen in einer Brennzone durchlaufen wird.
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Die Luft (17) tritt in die Kammer ganz links auf der Zeichnung ein,
wird durch die Schachtwände gesaugt, dann unter dem Boden des Schachtes und anschließend
aufwärts in den FeuerkanaL, dann durch eine Kammer, die durch einen Deckel (18)
abgeschlossen ist, zu der nächsten Kammer, wo den Brennern (19) Ol zugeführt wrd.
Die Rauchgase strömen durch die anschließenden abgedeckten Kammern weiter, bis sie
durch den "Elephanter (14) und aus diesem in die Rauchgas-Ringleitung gesaugt werden,
die wie in der Zeichnung gezeigt, mit einem Abzugsventilator (1 verbunden ist.
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Auf der Zeichnung ist ferner zu sehen, daß außerhalb der Kammer Rohrabzweigungen
(21) vorgesehen sind, um die Rauchgas-Ringleitung mit den Kammern zu verbinden,
wenn die Brennzone weiterverlegt wird.
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Gemäß der vorliecenden Erfindung ist der "Elephant", d.h. das Verbindunysrohrstück
(14) mit einem Ventilator (20) vearsetlel1.
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überraschenderweise wurde festgestellt, daß dieser Vel1tiSator (20)
sich nicht mit Teer und Stanb zusetzt. Es ist jedoch nötig, dafür zu sorgen, daß
die Temperatur nicht zu weit absinkt, und zwar nicht unter 500 C. Da trotzdem gelegentlich
eine Reinigung des Ventilators erforderlich ist, sollte ein Ersatzventilator bereitstehen.
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Ein weiterer Grund für die Bereitstellung eines Ersatzventilators
ist, daß man einen Ventilator in Betrieb halten sollte, bevor man den ersten abschaltet,
wenn der Rauchgas-Zug von einer Kammer zur nächsten weiterverlegt wird. Infolge
des geringen negativen Drucks könnte es sonst leicht dazu kommen, daß Rauchgase
an unerwünschte Orte vordringen könnten.
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Indem die Geschwindigkeit des Ventilators (20) eingestellt wird, sowie
gegebenenfalls auch noch durch einen Schieber oder ein Klappenventil in der Rauchgas-Leitung,
kann jede Brenn- oder Feuerzone unabhängig von jeder anderen geregelt werden.
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Es ist außerdem nicht länger erforderlich, einen derartig hohen negativen
Druck aufrechtzuerhalten wie vorher, um die Rauchgase dazu zu bringen, durch die
Brennzone zu strömen. Außerdem wird infolge des geringeren negativen Drucks weniger
Falschluft in die Rauchgas-Ringleitung gesaugt, was wiederum die Belastung des Ventilators
und des Gaswäschers vermindert. Da das Gasvolumen vermindert wird, können auch die
Dimensionen dieser Baugruppen vermindert werden, wodurch Energie für ihren Betrieb
eingespart wird.
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Indem die Emission von Rauchgasen aus dem Ofen und dem Schornstein
vermindert wird, wird die Atmosphäre der Anlage in ihrer unmittelbaren Umgebung
in den Betriebsräumen verbessert und auch die Außenluft weniger verschmutzt.
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Die verbesserte Möglichkeit, den Zug in der Heizzone bzw. Brennzone
zu steuern, erleichtert auch die Automatisation einer solchen Anlage.
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Alle genannten Vorteile werden durch eine vergleichsweise geringfügige
Investition erzielt, wie sie zur Installation von Ventilatoren in dem "Elephanten"
erforderlich sind.