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Verfahren zum Brennen oder Calcinieren von Kohleblöcken
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in einem Ringkammerofen unter Zurückführung des Rauchgases sowie
eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Diese Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Betreiben eines Ringkammerofens zum Brennen oder Calcinieren von Kohleblöcken
für die elektrothermische und elektrometallurgische Industrie sowie die Einrichtungen,
die zur Durchführung des Verfahrens erforderlich sind.
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Zur Hitzebehandlung - Brennen - vrn Kohleblöcken, die zur Ver-.
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wendung 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. Bei Ra,umtemperatur ist diese Mischung
steif. Beim Erhit.zen bis auf 1200 C wird sie jedoch weich, wobei Teerdämpfe abgegeben
werden, und nach längerem Erhitzen bei einer Maximaltemperatur bis zu 13000 c wird
die Paste hart. Die Verhältnisse der verschiedenen eingesetzten Rohmaterialien variieren
in Abhängicit 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 abgestimmt 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 kennen 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,
in 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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üblicherweise wird eine gewisse Anzahl von kleinen Schächten eng nebeneinander
angeordnet, und von einer gemeinsamen isoliegenden Wand aus feuerfestem Ziegel umgeben.
Diese Anhäufung von Schächten wird eine Kammer genannt. Die Wände zwischen den Schächten
und um sie herum sind aus Hohlziegein hergestellt, durch die heißen Rauch- oder
Verbrennungsgase geleitet 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 geieitet, -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 Ring-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 "Feuerzonen" oder
Brennzonen" gleichzeitig betrieben werden. Jede Brennzone besteht aus einer Reihe
von Kammern, indenen 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, undzum 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.
Die Kohleblöcke werden auf etwa 6000 C vorerhitzt, bevor das Brennen beginnt.
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Da alle diese Kammern dasselbe Temperaturprogramm durchlaufen, muß
für jede Kammer eine Wärmequelle, vorgesehen sein, die üblicherweise als ölbrenner
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 Feuer zone 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 '1Elephant" 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 blbrennern 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
Crenzen 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 Kohlestaub 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 liin, 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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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 Ringkarnmerofen 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 Feuer zone 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 Verb.indungsabzweigung
(7)
an der Rauchgas-Ringleitung verbunden werden kann.
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Fig. 2 zeigt einen Ringkammerofen mit zwei Brennzonen.
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In jeder Brennzone gibt es Brennkammern, die sich, in verschiedenen
Stadien befinden.
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Mit Bezugszeichen (8) ist eine Kammer bezeichnet, deren De.ckel 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 ge-zogen 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 Bezugszeichen (13) bezeichnet
offene Kammern. In diesen Kammern werden die gebrannten Kohlen entfernt und grüne
Kohlen nachgeladen.
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Bezugszeichen (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) Öl zugeführt wird.
Die Rauchgase strömen durch die anschließenden abgedeckten Kammern weiter, bis sie
durch den "Elephanten" (14) und aus diesem in die Rauchgas-Ringleitung gesaugt werden,
die wie in der Zeichnung gezeigt, mit einem Abzugsventilator (16) 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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Der "Elephant", das heißt die Rohrverbindung (14), ist mit einem Ventilator
(20) versehen sowie gegebenenfalls auch noch
mit einem regulierbaren
Schieber oder Klappenventil, der die Rauchgase in die gemeinsame Rauchgas-Ringleitung
(15) hinausbläst. Der Abzugsventilator (16) saugt die Rauchgase durch einen Wäscher
und dann hinaus in den Schornstein. Der Wäscher für den Ventilator (16) und der
Schornstein sind nicht gezeigt, genauso wenig wie der regelbare Schieber für den
Ventilator (20) wenn letzterer mit einem Schieber versehen sein sollte.
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Das Rauchgas, das durch den Ventilator (20) in die Raucilgas-Ringleitung
(15) geblasen wird, ist wie bereits erwähnt reich an brennbarem Teerdampf und Kohlenstoffstaub,
das heißt, es ist reduzierend.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der in dem Rauchgas enthaltene
Heizwert teilweise ausgenutzt, indem ein Teil des Rauchgases bis zu 50 % der Primär
luft mittels eines Ventilators (nicht gezeigt) in eine Kammer in der Brennzone geblasen
wird, wo es sich mit der Primär luft für die Verbrennung vermischt. Die Kammer,
bzw. die Kammern, in die diese Sekundärluft geblasen wird, kann direkt vor dem Ort
des Einspritzens des Primärbrennstoffes liegen, oder das Einblasen kann über verschiedene
Kammern verteilt erfolgen. Die Primärluft trägt somit ein Rauchgas mit seinem Anteil
an Brennstoffen, und diese brennbaren Bestandteile verbrennen in den folgenden Kammern,
in denen die ölbrenner in Betrieb sind.
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Ein solches Verfahren bietet eine Reihe von Vorteilen.
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Einmal wird der chemische Heizwert im Rauchgas zum Teil ausgenutzt,
wodurch blbrennstoff gespart wird.
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Das Rauchgas, das zurückgeführt wird, ist nur geringfügig mit
Falschluft
vermischt, weil in der Ringleitung (15) nur ein schwacher negativer Druck aufrechterhalten
wird, wobei ein solcher schwacher Druck dann zulässig ist, wenn das Verfahren und
ein Ventilator gemäß der norwegischen Parallelanmeldung 80.0363 verwendet wird.
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Durch den nur geringen Gehalt an Falschluft bewirkt das zurückgeführte
Rauchgas nur eine geringfügige Verbrennung des Packungskokses, der die Kohlekörper
in den Schächten schützt, während gleichzeitig die Temperatur des Rauchgases hoch
ist, wodurch das Vorheizen verbessert wird. Dadurch wird Koks gespart..
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Während gemäß den Ausführungsformen des Standes der Technik ein Brennen
des Kokses anhielt, auch nachdem die ölbrenner eine Brennstufe weiter verlegt wurden,
stoppt nunmehr die Koksverbrennung, wodurch die Kühlzeit vermindert -und die Ofenkapazität
erhöht wird.
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Schließlich wird auch das absolute Gasvolumen geringer, mit dem Ergebnis,
daß das Rauchgassystem kleinere Abmessungen aufweisen darf, die wiederum dazu Eühren,
daß die Wartungs- und Betriebskosten niedriger werden.
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Es ist ferner darauf hinzuweisen, daß die geringere Menge an Gas bedeutet,
daß die Emission aus dem Schornstein vermindert wird, wodurch auch die Umweltbelastung
geringer wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit in vielfacher Hinsicht dem
gemäß DE-OS 2 519738 überlegen, gemäß welchem beträchtliche zusätzliche Installationen
erforderlich sind und gemäß welchem ein kaltes sauerstoffangereichertes Rauchgas
zurückgeführt wird, ohne daß dadurch die Wirtschaftlichkeit hinsichtlich des Brennstoffverbrauchs
verbessert wird, während andererseits die normalen
Abmessungen
der Anlage vergrößert werden müssen, um ein größeres Gasvolumen verarbeiten zu können.
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Es ist an dieser Stelle nötig zu erwähnen, daß die Verbindung eines
"Elephanten" mit einem Ventilator, wie er in der norwegischen Parallelanmeldung
No. 80.03633 offenbart ist, keine notwendige Bedingung dafür ist, einen Teil der
Rauchgase zurückzuführen, daß jedoch die Verwendung eines solchen die vorteilhaftesten
Wirkungen zeigt.
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Es ist ferner auch nicht erforderlich, daß die zurückgeführten Rauchgase
aus ein- und derselben Brennzone entnommen werden, aber ein solches Vorgehen zeigt
wiederum die vorteilhaftesten Wirkungen.
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Das zuruckgeführte Rauchgas wird dadurch geregelt, indem die Primärluft
aus dem Ofen entsprechend eingestellt wird.
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