Bodenkonstruktion für horizontale Koksöfen

[0001] Die Erfindung betrifft einen Koksofen in horizontaler Bauweise, einen so genannten Non-Recovery- oder Heat-Recovery-Koksofen, bei welchem der Koksofen- boden aus mindestens zwei Schichten aufgebaut ist und die Schichten aus demselben oder unterschiedlichen feuerfesten Materialien gebildet sind. Die vom Ofenraum aus gesehen erste Schicht ist aus einem vollen Material gebildet und die zweite Schicht weist eine Vielzahl von öffnungen, Spalten, Lücken oder dergleichen auf, wobei die Gasräume dieser öffnungen, Spalten, Lücken oder dergleichen mit dem Gasraum des darunter verlaufenden Rauchgaskanals verbunden sind. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Bodensegment, dass mindestens diese beiden Schichten umfasst sowie ein Verfahren, bei welchem einer oder mehrere der genannten Koksöfen zum Einsatz kommen.

[0002] Die Beheizung von Heat-Recovery-Verkokungsöfen erfolgt üblicherweise durch Verbrennung des bei der Verkokung entstehenden Gases. Die Verbrennung wird dabei so gesteuert, dass ein Teil des Gases oberhalb der Kohlecharge mit Primärluft in der Ofenkammer verbrennt. Dieses teilverbrannte Gas wird über Kanäle, welche auch als "Downcomer" bezeichnet werden, den Heizzügen der Sohle der Ofenkammer zugeführt und hier durch Zugabe weiterer Verbrennungsluft, der Sekundärluft, vollständig verbrannt. Auf diese Weise wird der Kohlecharge Wärme direkt von oben und indirekt von unten zugeführt, was sich vorteilhaft auf die Verkokungsgeschwindigkeit und damit auf die Leistung der öfen auswirkt.

[0003] Diese bekannten Koksöfen arbeiten prinzipiell zuverlässig, weisen aber den Nachteil auf, dass lange Garungszeiten von bis zu 60 Stunden benötigt werden, um den Kokskuchen auszugaren. Aufgabe der Erfindung ist es somit, einen Koksofen und ein Verfahren zu offenbaren, mittels welchem kürzere Garungszeiten erreicht werden.

[0004] Es konnte gefunden werden, dass eine Ursache für die Garungszeit der massive Ofenboden darstellt, der die Kohleschüttung tragen muss. Dieser weist einen erheblichen Wärmeleitwiderstand auf, so dass die Unterseite der Kohleschüttung deut- lieh langsamer ausgart als die Oberseite. Daher löst die Erfindung die Aufgabe durch einen horizontalen Koksofen, der eine Koksofenkammer, einen Koksofenboden und mehrere unterhalb des Koksofenbodens angeordnete horizontal verlaufende Rauchgaskanäle im Bereich der Ofensole umfasst. Der zwischen Koksofenkammer und Rauchgaskanal befindliche Koksofenboden ist in vertikaler Richtung aus mindestens

zwei Schichten aufgebaut und auf die Wände der Rauchgaskanäle gestützt. Jede dieser Schichten ist aus dem selben oder unterschiedlichen feuerfesten Materialien, wie Silikamaterial, Schamott, etc. gebildet. Der erfindungsgemäße Koksofen zeichnet sich dadurch aus, dass die vom Ofenraum aus gesehen erste Schicht aus einem vollen Material gebildet ist, und die zweite Schicht eine Vielzahl von öffnungen, Spalten, Lücken, kleine Kanäle oder dergleichen aufweist, wobei die Gasräume dieser öffnungen, Spalten, Lücken, Kanäle oder dergleichen mit dem Gasraum des darunter verlaufenden Rauchgaskanals verbunden sind.

[0005] Idealerweise weist die zweite Schicht eine gewölbeartig geschwungene Form auf und die erste Schicht hat mindestens eine ebene Oberseite, auf welcher im bestimmungsgemäßen Betrieb der Kokskuchen bzw. die Kohle- oder Koksschüttung während der Garungszeit liegt. Dabei kann der Koksofen dahingehend weiter verbessert werden, dass zwischen der ersten und zweiten Schicht noch mindestens eine weitere Schicht oder übergangselemente angeordnet sind.

[0006] Bei den vorliegenden Temperaturen um 800 ⁰ C sind die konvektiven Anteile des Wärmetransports nachrangig gegenüber dem strahlungsbedingten Anteil des Wärmetransports, so dass kein Gas in den öffnungen, Kanälen etc. strömen muss. Mit dem Einsatz der zweiten Schicht in Form eines derartigen Gitterwerkes wird die Statik des Ofens daher nur minimal beeiπflusst, aber die Stärke des tragenden Koksofenbo- dens kann um bis zu 40 % verringert werden. Dies führt zu einer erheblichen Verringerung des mittleren Wärmeleitwiderstandes des Koksofenbodens und in der Folge zu einer ebenfalls erheblichen Verkürzung der Garungszeit beziehungsweise Erhöhung der Ofenleistung. Ein positiver Begleiteffekt entsteht dadurch, dass die erhöhte Oberflächenrauhigkeit der Rauchkanaldecke zu einer lokalen Verringerung der Strömungs- geschwindigkeit führt, wodurch pro Zeiteinheit ebenfalls eine Vergrößerung der übertragbaren Wärmemenge erfolgt.

[0007] Eine weitere Optimierung besteht darin, dass die zweite Schicht aus Formsteinen gebildet ist, die aus Vollmaterial bestehen und derart angeordnet werden, dass zwischen benachbarten Formsteinen oder der Wand öffnungen, Spalten, Lücken oder dergleichen gebildet werden. Vorteil dieser Konstruktion ist die einfache Umsetzung, da die identischen, keilförmigen Deckenformsteine verwendet werden können, die bereits für die vollflächige und im Stand der Technik bekannte Kanaldecke verwendet werden.

[0008] Eine Optimierung des Koksofens besteht darin, dass die zweite Schicht aus Formsteinen gebildet ist, wobei jeder einzelne Formstein mindestens eine öffnung, Spalte, Lücke, Kanal oder dergleichen aufweist und idealerweise jeder einzelne Formstein mehrere öffnungen, Spalte, Lücken, Kanäle oder dergleichen aufweist. Dabei können je nach konstruktiven Erfordernissen auch die beiden vorgenannten Möglichkeiten zur Erzeugung von Lücken oder Formsteine mit Kanälen mit vollmaterialigen Formsteinen kombiniert werden.

[0009] Für bestimmte Anforderungen kann der offene Querschnitt der öffnungen, Spalten, Lücken oder Kanäle in der Unterschicht unterschiedlich sein. Unterschiedliche Querschnitte der öffnungen erlauben eine Optimierung der Gasführung und des Wärmestromes. So kann es insbesondere vorkommen, dass der offene Querschnitt der besagten Einrichtungen im Bereich der Türen und der Ofenwände erhöht ist, um eine gleichmäßige Verteilung des Wärmestromes im gesamten Bereich des Gasausführungskanals zu ermöglichen. Zur genauen Dimensionierung der öffnungen können deren Querschnitte kalibriert werden. Dadurch kann, je nach Ausführungsart der Erfindung, der Garungsprozess des Kokses über die gesamte Länge des Ofens gleichmäßig gestaltet werden. Zudem können mit dieser Art der öffnungsgestaltung Beheizungsmängel kompensiert werden. Eine weitere Verbesserung des Wärmeübergangs kann erreicht werden, wenn zwischen der ersten und zweiten Schicht mindestens eine weitere Schicht angeordnet ist, wobei der die erste Schicht bildende Formstein selbst eine Deckschicht und eine Unterschicht umfasst, wobei die Deckschicht aus Vollmaterial gebildet ist und die Unterschicht eine Vielzahl von öffnungen, Spalten, Lücken, Kanälen oder dergleichen aufweist und diese zusätzliche Zwischenschicht bildet

[0010] Wenn die erste Schicht zwei planparallele Seiten aufweist und die zweite Schicht bogenähnlich gewölbt konstruiert wurde, ist es in der Regel erforderlich, eine ausgleichende Zwischenschicht oder übergangselemente vorzusehen, damit sich die erste Schicht ideal auf der zweiten Schicht abstützen kann. In diesem Fall besteht eine verbesserte Ausführungsvariante darin, dass die Zwischenschicht oder übergangssteine, die zum Ausgleich von unterschiedlichen Konturen der Schichten vorgesehen sind, aus Formsteinen besteht, welche mindestens eine öffnung, einen Spalt, Lücke, Kanal oder dergleichen aufweisen.

[0011] Der aus sehr vielen Einzelsteinen gebildete Koksofenboden muss mit hohem Zeitaufwand gemauert werden. Dieser Zeitaufwand kann mittels einer weitergehenden Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Koksofens erheblich vermindert

werden, wenn der Koksofenboden in vertikaler Richtung aus nur einem vollstückigen Bodensegment gebildet ist, das eine Deckschicht und eine Unterschicht umfasst, wobei die Deckschicht aus Vollmaterial gebildet ist und die Unterschicht eine Vielzahl von öffnungen, Spalten, Lücken, Kanälen oder dergleichen aufweist.

[0012] Idealerweise sind diese Bodensegmente so geformt, dass diese auf der Unterseite eine konkave Wölbung aufweisen. Die Unterschicht dieser Bodensegmente kann in der erfindungsgemäßen Ausführung des Verfahrens auch die Decke des Rauchgaskanals bilden. Beim bestimmungsgemäßen Betrieb der Vorrichtung befinden sich der Kokskuchen oder die Koksschüttung auf der Deckschicht des Koksofenbo- dens. Die Deckschicht ist deswegen in der Regel nicht gewölbt geformt, sondern besitzt eine horizontal waagrechte Bauart.

[0013] Zur Erleichterung der konstruktiven Herstellung des Koksofens besitzen die Bodenformsteine vorteilhafterweise in ihrer äußeren Form bereits die Kontur des fertigen Bodens. So können die für die zweite Schicht vorgesehenen Bodenformsteine bereits als Einzelbauteile eine gewölbeartig geschwungene Form besitzen. Die für die erste Schicht vorgesehenen Bodenformsteine besitzen hingegen als Einzelbausteine auf ihrer Oberseite vorteilhafterweise eine ebene Ausprägung.

[0014] Zur besonderen konstruktiven Erleichterung der Bauweise können die Bodenformsteine auch so geformt und in ihrer Größe dimensioniert sein, dass sie in ihrer gesamten Ausdehnung an die Breite des jeweiligen Rauchgaskanals und an die Dicke der Rauchgaskanalwände angepasst sind. Jeder einzelne Bodenformstein überspannt dann den Rauchgaskanal in seiner gesamten Breite und liegt mit seinen Enden auf den Rauchgaskanalwänden auf. Eine Vielzahl von parallel auf dem Rauchgaskanal aufliegenden Bodenformsteinen überspannt dann den Rauchgaskanal.

[0015] Weiterhin ist von der Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von Koks umfasst, bei welchem ein Koksofen in einer der vorgenannten Ausführungsformen eingesetzt wird.

[0016] Nachstehend sollen anhand der Figuren 1 bis 3b beispielhaft einige Ausführungsvarianten näher beschrieben werden. Fig. 1 zeigt in einer Schnittdarstellung einen bekannten Koksofen 1 in horizontaler Bauform. Die eigentliche Koksofenkammer 2 ist von den Außenmauern 3 umschlossen und wird über den Primärluftkanal 9 mit Verbrennungsluft versorgt. Die Verbrennungsgase werden aus der Koksofenkammer 2 über einen Wandkanal, die so genannten Downcomer 4, in die Rauchgaskanä-

Ie 5 geleitet, welche unterhalb des Koksofenbodens 11 verlaufen. Die Rauchgaskanäle 5 sind durch Trennwände 6 separiert, stehen aber in nicht dargestellter Weise miteinander in Verbindung. Unterhalb der Rauchgaskanäle 5 verlaufen Sekundärluftkanäle 8, worüber die Verbrennung in den Rauchgaskanäle 5 gesteuert werden kann. Die Kohleschüttung beziehungsweise der Koks 10 liegt beim bestimmungsgemäßen Betrieb als Schüttung oder gepresster Kuchen auf dem Koksofenboden 11.

[0017] Die Schnittdarstellung Fig. 2a zeigt den Koksofenboden 11 im Detail. Der aus den beiden Schichten 11a und 11b aufgebaute Koksofenboden 11 ist auf den Trennwänden aufgelegt, die aus Trennwandsteinen 20 gebildet sind. Die eigentliche Oberfläche des Koksofenbodens 11 wird aus flachen Bodenplatten 15 gebildet, die auf den horizontalen übergangssteinen 13 aufgelegt sind. Diese horizontalen übergangssteine 13 bilden den vertikalen Abschluss der Trennwände 6. Unterhalb des übergangssteins 13 sind zwei Stützsteine 17 angeordnet, die ihrerseits auf den Mauerkronen der jeweiligen Trennwand 6 ruhen. Die Trennwand 6 ist aus quaderförmigen Formsteinen 20 gebildet. An den Flanken der Stützsteine 17 ist die Decke 12 des Rauchgaskanals 5 abstützt, die als Bogen geformt und aus einer Vielzahl von keilförmigen Deckensteinen 16 gebildet ist. Die Deckensteine 16 sind so angeordnet, dass zwischen den Deckensteinen 16 immer eine Lücke 18 oder Kanal entsteht, wie in der Untersicht der Decke 12 in Fig. 2a dargestellt. Es ist ein weiterer Vorteil der Erfindung darin zu sehen, dass bei dem Gitterwerk in der Unterschicht 11 b weniger Baumaterial benötigt wird, was wirtschaftlich von Vorteil ist.

[0018] In Fig. 3a ist in einer Schnittzeichnung der Aufbau des Koksofenbodens gezeigt, wenn die erfindungsgemäßen Bodensegmente 19 verwendet werden. Das Bodensegment 19 ist in vertikaler Richtung als ein durchgängiger Formstein ausgebil- det und ruht im eingebauten Zustand auf je zwei Trennwänden 6. In dem Bodensegment 19 sind herstellungsseitig öffnungen, Kanäle 18 oder dergleichen vorgesehen worden. Die einseitig offenen Kanäle 18 stehen mit dem Gasraum des Rauchgaskanals 5 in Verbindung. Die Kanäle 18 verlaufen in dem gezeigten Beispiel nicht lotrecht auf die erste Schicht 11a zu, sondern sind fächerartig angeordnet, so dass nur mög- liehst kleine Bereiche der ersten Schicht 11a ohne Verbindung zu den Enden der Kanäle 18 verbleiben. In Fig.3b ist die Untersicht des Bodensegments 19 dargestellt. Die Schattenkanten der Deckenkanäle 18 sind aufgrund der besseren übersichtlichkeit nur für eine Reihe der Deckenkanäle 18 als gestrichelte Linien gezeigt.

[0019] Bezugszeichenliste

1 Koksofen

2 Koksofenkammer

3 Außenmauer 4 Downcomer

5 Rauchgaskanal

6 Seitliche Trennwand des Rauchgaskanals

7 Koksofenfundament

8 Sekundärluftkanal 9 Primärluftkanal

10 Kokskuchen, -schüttung

11 Koksofenboden

11a erste Schicht, Deckschicht 11 b zweite Schicht, Unterschicht 12 Decke des Rauchgaskanals

13 Horizontaler übergangsstein

14 Vertikaler übergangsstein

15 Bodenplatte

16 Deckenstein des Rauchgaskanals 17 Stützstein

18 Deckenkanal, Lücke, öffnung

19 Formstein, Bodensegment 0 Formstein der Trennwand