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Dokumentenidentifikation DE3119451C2 29.04.1993
Titel Verfahren zur Steuerung des Zuges in einem Ringkammerofen zum Brennen von Kohleblöcken
Anmelder Årdal og Sunndal Verk a.s., Oslo, NO
Erfinder Frosta, Steinar, Årdalstangen, NO
Vertreter Zellentin, R., Dipl.-Geologe Dr.rer.nat., 8000 München; Zellentin, W., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 6700 Ludwigshafen
DE-Anmeldedatum 15.05.1981
DE-Aktenzeichen 3119451
Offenlegungstag 09.12.1982
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 29.04.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.04.1993
IPC-Hauptklasse F27B 13/12
IPC-Nebenklasse C10B 49/06   C10B 57/16   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben des Rauchgas-Abzugssystems in sogenannten Ringkammeröfen zum Brennen von Kohleblöcken für die elektrothermische und metallurgische Industrie, sowie die Installierung eines besonderen Ventilators zur Durchführung des Verfahrens.

Zur Hitzebehandlung - zum Brennen - von 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. Bei Raumtemperatur ist diese Mischung steif. Beim Erhitzen bis auf 120°C wird sie jedoch weich, wobei Teerdämpfe abgegeben werden, und nach längerem Erhitzen bei einer Maximaltemperatur bis zu 1300°C wird die Paste hart. Die Verhältnisse der verschiedenen 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 abgestimmt sind. Die eben genannten Parameter sind für die vorliegende Erfindung ohne Bedeutung.

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. So können zum Beispiel Kohlenstoffkathoden zur Verwendung in elektrolytischen Reduktionszellen für die Herstellung von Aluminium Abmessungen von 700 mm×900 mm×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 (Packungskoks) gefüllt wird. Dieser feine Koks schützt die grünen Kohlen auch gegen Verbrennung.

Üblicherweise wird eine gewisse Anzahl von kleinen Schächten eng nebeneinander angeordnet, und von einer gemeinsamen isolierenden Wand aus feuerfestem 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 die heißen Rauch- oder Verbrennungsgase geleitet werden. 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 Deckel oder Dach abgedeckt, das entfernt wird, wenn Kohleblöcke eingesetzt oder aus den Schächten entnommen werden.

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 120×15 m messen.

In den größten Ringkammeröfen können verschiedene "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.

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. 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 Elefant genannt, weil er in einer früheren Ausführungsform ähnlich wie ein Elefant 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.

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.

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.

In seiner üblichen Ausführungsform weist ein Ringofen der beschriebenen Art bestimmte Nachteile auf.

Der Zug in der Feuerzone kann grob mit Hilfe eines Schiebers oder eines Klappenventils in dem Elefant 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.

Infolge der großen Dimensionen eines Ringkammerofens sowie der Länge des Abgaskanals kommt es zu einem großen Druckabfall. 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.

Infolge all dieser Falschluft muß die Gaswaschanlage dafür ausgelegt werden, ein größeres Gasvolumen zu verarbeiten als eigentlich nötig wäre.

In der DE-OS 25 19 738 sind Verfahren zur Verbesserung des Ofenbetriebs sowie die dafür erforderlichen Veränderungen am Ofen beschrieben, wobei die gereinigten Verbrennungsgase zusammen mit Luft als Spülgas über Zweigleitungen im Kühlbereich wie der in den Ringofen geleitet werden.

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.

Um dieses Verfahren durchzuführen, muß der Ofen mit einer besonderen Ringleitung versehen werden, damit das Spülgas den Kammern zugeführt werden kann, wo es erforderlich ist, das heißt gemäß der oben genannten Patentanmeldung, zu der Kammer, in die frische Kühlluft eingeführt wird.

Das Verfahren gemäß der DE-OS 25 19 738 erfordert die Installierung einer besonderen Ringleitung. Außerdem weist das zurückgeführte Gas einen hohen Sauerstoffgehalt auf, der aus der angesaugten Falschluft stammt.

Aus der DE-OS 27 19 368 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Ringofens zum Brennen von Kohlekörpern bekannt, das darin besteht, daß ein Teil der Rauchgase zusammen mit Falschluft über bewegliche Verbindungsorgane mit eingebautem Ventilator in die letzte geschlossene Abkühlungskammer wieder eingeführt wird.

Die bekannten Anlagen gestatten es nicht, den Zug in den einzelnen Brennzonen individuell zu regeln.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Steuerung des Zuges in einem Ringkammerofen zum Brennen von Kohleblöcken anzugeben, das es erlaubt, jede Brennzone individuell zu regeln und gleichzeitig die Menge an Falschluft zu vermindern, was wiederum mit weiteren Vorteilen verbunden ist.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, daß erfindungsgemäß in jeder einzelnen Brennzone der Unterdruck individuell erzeugt und steuerbar ist, kann ein optimaler Zug in jeder Brennzone eingestellt werden. Weitere vorzugsweise Ausführungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 und 3 dargelegt.

Die Ansprüche 4 und 5 geben vorteilhaft gestaltete Ringkammeröfen zur Durchführung des Verfahrens an.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen die Erfindung genauer dargestellt, insbesondere wie ein Ringkammerofen betrieben wird. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Kammer in einem Ringkammerofen in perspektivischer Ansicht.

Fig. 2 den Weg des Rauchgases in einem Ringkammerofen.

Fig. 3 den Weg des Rauchgases in einer Feuerzone im Schnitt.

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 zum Boden der Kammern (3) geleitet werden, von wo sie durch Feuerkanäle (4) über die nächste Kammer geleitet werden. Außerhalb der Kammer ist neben jeder Trennwand (5) zwischen den Kammern ein Abzug (6) angeordnet, der mit einer Verbindungsabzweigung (7) an der Rauchgas-Ringleitung verbunden werden kann.

Fig. 2 zeigt einen Ringkammerofen mit zwei Brennzonen. In jeder Brennzone gibt es Brennkammern, die sich in verschiedenen Stadien befinden.

Mit Bezugszeichen (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.

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.

Bezugszeichen (10) bezeichnet eine Kammer, in der die Ölbrenner in den Feuer- oder Flammkanälen in Betrieb sind.

Bezugszeichen (11) bezeichnet Kammern, durch die die Rauchgase abgesaugt werden.

Bezugszeichen (12) bezeichnet eine offene Kammer mit abgedeckten Feuerkanälen, aus denen die Rauchgase aus der Brennzone in die Rauchgas-Ringleitung (15) abgezogen werden.

Bezugszeichen (13) bezeichnet offene Kammern. In diesen Kammern werden die gebrannten Kohlen entfernt und grüne Kohlen nachgeladen.

Bezugszeichen (14) bezeichnet den Elefanten, das heißt das Verbindungsstück zwischen der Kammer und der Rauchgas-Ringleitung (15).

Bezugszeichen (15) bezeichnet die Rauchgas-Ringleitung und (16) den Abzugs-Ventilator.

Die Waschanlage und der Schornstein sind nicht gezeigt.

Fig. 3 zeigt in Form eines Diagramms einen Schnitt durch den Weg, der von den Rauchgasen in einer Brennzone durchlaufen wird.

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 Elefanten (14) und aus diesem in die Rauchgas-Ringleitung gesaugt werden, die wie in der Zeichnung gezeigt, mit einem Abzugsventilator (16 verbunden ist.

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.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Elefant (14) mit einem Ventilator (20) versehen.

Überraschenderweise wurde festgestellt, daß dieser Ventilator (20) sich nicht mit Teer und Staub zusetzt. Es ist jedoch nötig, dafür zu sorgen, daß die Temperatur nicht zu weit absinkt, und zwar nicht unter 50°C. Da trotzdem gelegentlich eine Reinigung des Ventilators erforderlich ist, sollte ein Ersatzventilator bereitstehen.

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 Unterdrucks könnte es sonst leicht dazu kommen, daß Rauchgase an unerwünschte Orte vordringen könnten.

Indem die Geschwindigkeit des Ventilators (20) eingestellt wird, sowie gegebenenfalls auch noch durch einen Schieber oder ein Klappenventil im Elefanten, kann jede Brenn- oder Feuerzone unabhängig von jeder anderen geregelt werden.

Es ist außerdem nicht länger erforderlich, einen derart hohen Unterdruck aufrechtzuerhalten wie bisher, um die Rauchgase dazu zu bringen, durch die Brennzone zu strömen. Außerdem wird infolge des geringeren Unterdrucks - 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.

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.

Die verbesserte Möglichkeit, den Zug in der Heizzone bzw. Brennzone zu steuern, erleichtert auch die Automatisation einer solchen Anlage.

Alle genannten Vorteile werden durch eine vergleichsweise geringfügige Investition erzielt, wie sie zur Installation von Ventilatoren im Elefanten erforderlich sind.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Steuerung des Zuges in einem Ringkammerofen zum Brennen von Kohleblöcken mit einem von Brennzone zu Brennzone wandernden und diese mit einer mit einem Abzugsventilator (16) versehenen Rauchgas-Ringleitung (15) verbindenden Elefanten (14), dadurch gekennzeichnet, daß der Unterdruck in jeder Brennzone individuell und steuerbar erzeugt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der Rauchgas-Ringleitung (15) in einer Entfernung von etwa einem Meter nach der Einmündung des Elefanten (14) zwischen der letzten Kammer der Brennzone und der Ringleitung (15) bei etwa 5-10 mm Wassersäule unter Atmosphärendruck gehalten wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der gemeinsamen Rauchgas-Ringleitung (15) durch den üblichen Abzugsventilator (16) bei 1-2 mm Wassersäule unter Atmosphärendruck gehalten wird.
  4. 4. Ringkammerofen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem von Brennzone zu Brennzone wandernden und diese mit einer mit einem Abzugsventilator (16) versehenen Rauchgas-Ringleitung (15) verbindenden Elefanten (14), dadurch gekennzeichnet, daß im Elefanten (14) ein in der Brenn- oder Heizzone einen Zug erzeugender und die Abgase in die gemeinsame Rauchgas-Ringleitung (15) blasender zusätzlicher Ventilator (20) angeordnet ist.
  5. 5. Ringkammerofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum Ventilator (20) im Elefanten (14) ein einstellbarer Schieber oder ein Klappenventil vorgesehen ist.






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