Zentral gesteuertes Koksofenbelüftungssystem für Primär- und Sekundärluft

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Zuführung von Verbrennungsluft für die Verbrennung von Verkokungsgas in Verkokungskammern von in Flachbauweise konstruierten und als Batterie angeordneten Koksöfen, für das so genannte Non-Recovery- oder Heat-Recovery-Verfahren. Dabei umfasst die Vorrichtung mindestens eine Belüftungsöffnung je Verkokungskammer, die durch die jeweilige Koksofentür oder deren umrahmende Wand verläuft sowie Belüftungsöffnungen für die Zuführung von Sekundärluft in die Heizzüge. Jeder Belüftungsöffnung ist ein beweglich gelagertes Verschlusselement zugeordnet.

[0002] Alle Verschlusselemente sind mit mindestens einem Stellelement mechanisch verbunden, das von einer zentralen Stelle aus gesteuert und angetrieben wird. Dabei betätigt das Stellelement die Verschlusselemente abhängig von dem Bedarf an Verbrennungsluft in der Verkokungskammer kontinuierlich. Die mechanische Verbindung jedes einzelnen Verschlusselements mit dem zentralen Stellelement kann ge- sondert vorgenommen werden, wobei insbesondere die Ausgangsstellung eines einzelnen Verschlusselements zu Beginn des Verkokungsvorgangs der zugehörigen Verkokungskammer unabhängig von den sonstigen Verschlusselementen der benachbarten Verkokungskammern vorgenommen werden kann.

[0003] Die Beheizung von Heat-Recovery-öfen erfolgt üblicherweise durch Verbren- nung 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 in der Sohle der Ofenkammer zugeführt und hier durch Zugabe weiterer Verbrennungsluft, der Sekundärluft, vollständig verbrannt.

[0004] 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. Zur Durchführung des Verfahrens ist es erforderlich, dass zugeführte Primärluft und Sekundärluft, exakt bemessen und über die Dauer der Garungszeit, welche bis zu 20 bis 96 Stunden dauern kann, veränderlich gesteuert wird. Es sind im Stand der Technik Heat-Recovery- und Non-Recovery-Koksöfen in Flachbauweise weitreichend beschrieben. Beispielhaft seien hier US 4,344,820, US 4,287,024, US 5,114,542, GB 1 555 400 oder CA 2 052 177 C genannt.

[0005] Nach herkömmlichem Stand der Technik wird aus der Atmosphäre die Primärluft durch öffnungen in den Türen eingesaugt. Die Sekundärluft wird durch bodennahe öffnungen eingesaugt und über Kanäle in die Heizzüge geleitet, welche im wesentlichen horizontal unter der Koksofenkammer verlaufen. Die öffnungen für Primär- und Sekundärluft sind entweder permanent geöffnet oder mit Klappen zur Einstellung der anzusaugenden Luftmenge versehen.

[0006] Da die Ofenbatterien sehr weitläufig sind, in der Regel eine sehr hohe Temperatur vorherrscht und eine starke Schmutzentwicklung gegeben ist, sind im Stand der Technik nur manuell verstellbare Lüftungsklappen offenbart. In US 5,928,476 ist eine derartige Koksofenbatterie dargestellt, wobei in jeder Koksofentür drei manuell zu bedienende öffnungen vorgesehen sind, in oder vor denen je eine an den öffnungsquerschnitt angepasste und an einer Mittelachse gelagerte Platte oder Scheibe angeordnet ist. Diese öffnungsklappen sind über Hebel in ihrer Position manuell veränderlich.

[0007] In der Praxis zeigt sich jedoch, dass die erforderliche Veränderung der Primär- und Sekundärluftmenge über der Garungszeit bei einer manuellen Verstellung nur sehr vereinzelt erfolgt und somit die ideale zeitabhängige Einstellung bei weitem nicht erreicht wird. Weiterhin stellt die manuelle Bedienung eine hohe gesundheitliche Belastung für das Personal dar.

[0008] Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, die beschriebenen Mängel auf wirt- schaftliche Weise zu beheben und eine optimierte Zuführung von Primär- und/oder Sekundärluft sicher zu stellen. Dabei muss die Betriebssicherheit auch bei den üblicherweise gegebenen hohen Temperaturen und starken Verschmutzungen sichergestellt sein.

[0009] Die Erfindung löst die Aufgabe, indem eine Vorrichtung zur Zuführung von Verbrennungsluft für die Verbrennung von Verkokungsgas in Verkokungskammern von in Flachbauweise konstruierten und als Batterie angeordneten Koksöfen vorgesehen wird, bei welcher die Belüftungsvorrichtung aus mindestens einer Belüftungsöffnung je Verkokungskammer besteht, die durch die jeweilige Koksofentür oder deren umrahmende Wand verläuft und für jede Belüftungsöffnung ein beweglich gelagertes Ver- Schlusselement vorgesehen ist, wobei

- alle Verschlusselemente der Belüftungsöffnungen mit mindestens einem Stellelement mechanisch verbunden sind, welches von einer zentralen Stelle aus gesteuert und angetrieben wird,

- die Verschlusselemente abhängig von dem Bedarf an Verbrennungsluft in der Verkokungskammer mittels des Stellelementes zu betätigen sind,

- die mechanische Verbindung jedes einzelnen Verschlusselements mit dem zentralen Stellelement gesondert vorgenommen werden kann, wobei insbesondere die Aus- gangsstellung eines einzelnen Verschlusselements zu Beginn des Verkokungsvorgangs der zugehörigen Verkokungskammer gesondert und unabhängig von den sonstigen Verschlusselementen der benachbarten Verkokungskammern eingestellt werden kann.

[0010] Dabei soll unter der Verbindung von Verschlusselement und Stellelement nach- stehend verstanden werden, dass die beiden Elemente direkt oder auch über ein Kopplungselement, wie beispielsweise einen Hebel, ein Seilzug, eine Kette, einen Hebelarm etc. sowie Kombinationen dieser Elemente lösbar miteinander verbunden sein können.

[0011] Vorteilhafte Ausführungsformen sehen vor, das Stellelement als eine umlaufen- de Kette oder ein Stahlseil auszubilden. Ebenso besteht eine geeignete Ausführungsform in dem Einsatz einer Schraubenspindel als Stellelement. Alle diese Stellelemente ermöglichen eine dauerhafte Betätigung in eine Laufrichtung, was für den kontinuierlichen Gesamtprozess sehr vorteilhaft ist.

[0012] Weiterhin kann die erfindungsgemäße Vorrichtung dahingehend ausgestaltet werden, dass als Verschlusselemente Verschlussplatten eingesetzt werden, welche derart gelagert sind, dass diese bei der Betätigung durch das Verbindungselement im wesentlichen parallel zur Ofentür bewegt werden.

[0013] Es ist für eine gerichtete Strömung des Primärgases von Vorteil, wenn die Belüftungsöffnung rotationssymmetrisch geformt ist. Daher ist der Einsatz von Ver- Schlusselementen vorteilhaft, die als senkrecht stehende Verschlussplatten ausgebildet und um eine Mittelachse vertikal oder horizontal rotierbar gelagert sind.

[0014] Bei einer weiter verbesserten Ausführungsform der Belüftungsvorrichtung sind die Verschlusselemente aus mindestens zwei sich überlappenden und gegeneinander verschiebbaren Fassetten gebildet, wobei bei Fassetten idealerweise bei einer Teilöff- nung einen polygonalen und punktsymmetrischen oder annähernd kreisrunden Querschnitt freigeben. Somit erfolgt keine Umlenkung der angesaugten Luft in der Belüftungsöffnung und sie wird aufgrund der höheren Strömungsgeschwindigkeit tiefer in den Ofenraum hineingeleitet.

[0015] Eine noch weiterführende Verbesserung besteht darin, die Verschlusselemente kegelförmig zu gestalten, wobei im eingebauten Zustand die Spitze zum Ofeninnenraum gerichtet ist. Diese Ausführungsform kann noch dahingehend weiter optimiert werden, dass die Belüftungsöffnung den selben oder einen größeren öffnungswinkel als die zugehörigen kegelförmigen Verschlusselemente aufweisen. In dieser Ausführungsform des Verschlusselementes für die erfindungsgemäße Vorrichtung, wird die angesaugte Luft minimal im Bereich des Verschlusselementes sowie der Belüftungsöffnung verwirbelt und unabhängig von der Größe des freigegebenen Querschnitts zu einem Gasstrahl geformt.

[0016] Bei einer unterschiedlichen Größe der Kegelwinkel von Belüftungsöffnung und Verschlusselement kann sicher gestellt werden, dass Verschmutzungen, die in der Belüftungsöffnung angelagert sind, nicht den vollständigen Verschluss der Belüftungsöffnung verhindern. Das kegelförmige Verschlusselement wird dabei über eine Hebelkonstruktion und/oder eine Spindel in Längsachsrichtung der öffnung bewegt, so dass bei einer Teilöffnung ein kreisrunder Ringspalt freigegeben wird.

[0017] Die Belüftungsvorrichtung kann dadurch verbessert werden, dass das Verschlusselement derart mit dem Stellelement verbunden ist, dass es in der Endposition, bei vollständigem Verschluss der Belüftungsöffnung, automatisch vom Stellelement gelöst wird.

[0018] Von der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren für die Zuführung von Verbrennungsluft in Koksöfen umfasst, bei welchem die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Belüftungsvorrichtung in einer seiner Ausführungsvarianten eingesetzt wird, wobei der Ablauf des Verfahrens wie folgt ist: a) Nach der Entleerung und Neubefüllung einer Verkokungskammer werden die Ver- Schlusselemente in ihrer Ausgangsposition, welche die vollständige oder nahezu vollständige Freilassung der Belüftungsöffnung darstellt, mit einem zentralen Stellelement verbunden. b) Während der Garungszeit werden die Verschlusselemente durch das zentrale Stellelement kontinuierlich und im Wesentlichen mit einer gleich bleibenden mittleren Ge- schwindigkeit oder Stellhäufigkeit betätigt, so dass die Belüftungsöffnungen kontinuierlich verschlossen werden. c) Spätestens am Ende der Garungszeit einer Verkokungskammer haben die Verschlusselemente die Belüftungsöffnungen dieser Verkokungskammer vollständig verschlossen und können vom Stellelement gelöst werden.

d) Nach dem Entleeren und Neubefüllen, wird das Verfahren mit dem Schritt a) erneut gestartet.

[0019] Eine verbesserte Variante des Verfahrens besteht darin, dass das Verschlusselement in der Endstellung automatisch von dem Stellelement gelöst wird.

[0020] In einer weiteren verbesserten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, sind mindestens zwei zentrale Stellelemente vorgesehen, wobei das eine Stellelement die Verschlusselemente für die Primärluft und das andere zentrale Stellelement die Verschlusselemente für die Sekundärluft bewegt. Die beiden Stellelemente sind dabei während der gesamten Garungszeit völlig unabhängig voneinander regel- bar.

[0021] Vorteilhafterweise wird ein zentrales Stellelement kontinuierlich und im wesentlichen mit derselben Geschwindigkeit oder Stellhäufigkeit betätigt.

[0022] Von der Erfindung ist ebenfalls umfasst, die Verwendung der erfindungsgemäßen Belüftungsvorrichtung in einer der genannten Ausführungsvarianten bei einem Verfahren zur Zuführung von Verbrennungsluft in Verkokungskammern von in Flachbauweise konstruierten und als Batterie angeordneten Koksöfen.

[0023] Die Erfindung ist anhand von drei Ausführungsvarianten in Fig.1 bis Fig.3 beispielhaft beschrieben, wobei die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Fig. 1 zeigt einen Koksofen 1 in der Frontansicht. Der Koksofen 1 weist in der Frontfläche eine Koksofentür 2 auf, in welcher zwei Belüftungsöffnungen 3 für die Primärluft angeordnet sind. Unterhalb der Koksofentür 2 sind gestrichelt Heizzüge 4 dargestellt, die unter dem Ofenraum verlaufenden. Die Beiüftungsöffnungen 5 für die Zuführungen der Sekundärluft in diese Heizzüge 4 befinden sich in Bodennähe unterhalb dieser Heizzüge 4.

[0024] Weiterhin sind in Fig. 1 die Verschlusselemente 6 für die Belüftungsöffnungen 3 der Primärluftzuführung und die Verschlusselemente 7 für die Belüftungsöffnungen 5 der Sekundärluftzuführung. Jedes Verschlusselement besteht im Wesentlichen aus einer Verschlussplatte 9 und einem Hebelarm 10 und ist an einer Achse 8 gelagert, um welche das jeweilige Verschlusselement rotierbar bewegt werden kann. Die Hebelar- me 10 der Verschlusselemente 6 sind mit einer umlaufenden Kette 11 und die Verschlusselemente 7 mit einer umlaufenden Kette 12 lösbar verbunden.

[0025] Durch die kontinuierliche Bewegung der Kette 11 werden die Verschlusselemente 6 gegen den Uhrzeigersinn um den Winkel α und die Verschlusselemente 7 im Uhrzeigersinn um den Winkel ß bewegt. Die Ketten selbst werden über die zentralen Stellelemente 13 beziehungsweise 14 angetrieben.

[0026] Fig. 2 zeigt die Frontansicht zweier Koksöfen 1 , welche für eine größere Koksofenbatterie stehen, wie durch die beiden Pfeile I und Il angedeutet wird. Die beiden gezeigten Koksöfen 1 befinden sich in unterschiedlichen Garungszuständen. Der rechts dargestellte Koksofen 1 befindet sich am Anfang des Verkokungsvorgangs, daher überdecken die Verschlusselemente 6 die Belüftungsöffnungen 3 kaum. Der He- beiarm 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel über eine kleinere Kette 15 mit der umlaufenden Kette 11 verbunden. Der Aufbau im Bereich der Belüftungsöffnungen 5 für die Sekundärluft ist analog. Hier sind die Verschlusselemente 7, beziehungsweise deren Hebelarme 10 über kleinere Ketten 16 mit der umlaufenden Kette 12 verbunden.

[0027] Die Luftzufuhr in dem linken Koksofen 1 ist bereits vollständig geschlossen und der Hebelarm 10 beziehungsweise die Kette 15 von der umlaufenden Kette 11 gelöst. Die Verschlusselemente 7 für die Regelung der Sekundärluft des links dargestellten Koksofens 1 sind kurz vor dem Verschluss, aber noch nicht vollständig geschlossen. Somit ist sehr gut nachvollziehbar, dass jeder Koksofen 1 trotz einer gemeinsamen zentralen Steuerung, ganz individuell gesteuert werden kann.

[0028] Eine besondere Ausführungsvariante des Verschlusselements 6 bzw. 7 ist in der Fig. 3 dargestellt. In dieser Schnittzeichnung ist ein rotationssymmetrisches Verschlusselement 6 dargestellt, welches einen Verschlusskopf 17 in Form eines Kegel- sturnpfes aufweist, der an einem zylindrischen Führungsstab 18 befestigt ist. Der Führungsstab ist fest mit einer Federbrücke 19 verbunden, die an der Koksofentür 2 befes- tigt ist. Der Führungsstab 18 ist in einem Führungsrohr 20 geführt und mit dem hinteren Ende über eine kleine Kette 15 mit der umlaufenden Kette 11 verbunden. Zu Beginn der Garungszeit werden die Federn der Federbrücke 19 durch Expansion vorgespannt, so dass die Belüftungsöffnung 3 weitestgehend geöffnet ist. Durch die Bewegung der umlaufenden Kette 11 wird die Federbrücke 19 entspannt, das Verschlusselement 6 in Richtung der Koksofentür 2 bewegt und der Verschlusskopf 17 in die konische Belüftungsöffnung 3 eingeführt. Dabei ist die Vorspannung derart zu wählen, dass nach der Entspannung der Kette 15 und der Federbrücke 19 ein vollständiger Verschluss der Belüftungsöffnung 3 erfolgt.

Bezugszeichenliste

1 Koksofen

2 Koksofentür

3 Belüftungsöffnung (Primärluft)

4 Heizzüge

5 Belüftungsöffnungen (Sekundärluft)

6 Verschlusselemente (Primärluft)

7 Verschlusselemente (Sekundärluft)

8 Scharnier

9 Verschlussplatte

10 Hebelarm

11 Kette (Primärluft)

12 Kette (Sekundärluft)

13 Stellelement

14 Stellelement

15 Kette

16 Kette

17 Verschlusskopf

18 Führungsstab

19 Federbrücke

20 Führungsrohr