DE102006045067A1

DE102006045067A1 - Koksofen mit verbesserten Heizeigenschaften

Info

Publication number: DE102006045067A1
Application number: DE200610045067
Authority: DE
Inventors: Ronald Kim
Original assignee: Uhde GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 2006-09-21
Filing date: 2006-09-21
Publication date: 2008-04-03
Also published as: AU2007299334B2; JP5566107B2; RU2009114840A; UA98119C2; US8460516B2; EP2064303B1; KR20090060298A; AP2009004789A0; CO6170370A2; EP2064303A1; NZ575265A; TW200817500A; AU2007299334A1; MX2009003053A; RU2447129C2; TWI439540B; AP2538A; CN101517037A; CL2007002740A1; CA2663746A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Koksofen in horizontaler Bauweise (Non-/Heat Recovery Typ), mindestens eine Verkokungskammer, seitlich hierzu angeordnete vertikale Abgaskanäle ("Down-Comer") sowie horizontal und unterhalb der Verkokungskammer angeordnete Bodenkanäle zur indirekten Erwärmung der Verkokungskammer umfasst, wobei mindestens ein Teil der Innenwände der Verkokungskammer als sekundäre Heizfläche ausgebildet sind, indem diese mit einer Hochemissionsbeschichtung (HEB) beschichtet sind, wobei der Emissionsgrad dieser Hochemissionsbeschichtung gleich oder größer als 0,9 ist. Diese HEB besteht bevorzugt aus den Stoffen Cr2O3 oder Fe2O3 oder aus einer diese Stoffe enthaltenen Mischung, wobei der Anteil an Fe2O3 in einer Mischung mindestens 25 Gew.-% und der Anteil von Cr2O3 in einer Mischung mindestens 20 Gew.-% beträgt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Koksofen in horizontaler Bauweise (Non-/Heat Recovery Typ), bei welchem mindestens ein Teil der Innenwände der Verkokungskammer als sekundäre Heizfläche ausgebildet sind, indem diese mit einer Hochemissionsbeschichtung (HEB) beschichtet sind, wobei der Emissionsgrad dieser Hochemissionsbeschichtung gleich oder größer als 0,9 ist. Diese HEB besteht bevorzugt aus den Stoffen Cr₂O₃ oder Fe₂O₃ oder aus einer diese Stoffe enthaltenen Mischung, wobei der Anteil an Fe₂O₃ in einer Mischung mindestens 25 Gew.-% und der Anteil von Cr₂O₃ in einer Mischung mindestens 20 Gew.-% beträgt.
Koksöfen in horizontaler Bauweise sind im Stand der Technik bekannt und vielfach im Einsatz. Beispiele für derartige Koksöfen sind in US 4,111,757 , US 4,344,820 , US 6,596,128 B2 oder DE 691 06 312 T2 .
Sie zeichnen sich dadurch aus, dass die Zufuhr der erforderlichen Energie zu einem Teil direkt aus der Verbrennung der leichtflüchtigen Kohlebestandteile im Gasraum oberhalb des Kohlekuchens oder der Kohleschüttung genommen wird. Ein weiterer Teil der Verkokungsenergie wird über die rückseitig durch Rauchgase beheizten Wände und den Kammerboden in den Kohlekuchen oder die Kohleschüttung eingetragen.
Aufgrund der direkten Energieeinwirkung ist das Dickenwachstum der oberen Schicht an ausgegartem Koks am schnellsten. Die ausgegarten Schichten, welche parallel zu den Wänden oder von unten und parallel zum Kammerboden wachsen, weisen daher am Ende der Garungszeit eine geringere Mächtigkeit als die obere Schicht auf.
Es sind aus dem Stand der Technik unterschiedliche Wege bekannt, um die Garungszeit der Kohle zu beschleunigen. Die Erhöhung der Temperatur in der Verkokungskammer, welche eine Beschleunigung des Verkokungsvorgangs bewirken würde, führt zu einem höheren Verlust an Wertstoff und ist aus Werkstoffgründen in der Regel nicht möglich. Es wurde daher vorrangig versucht, den indirekten Wärmetransport durch die Wände und den Kammerboden zu verbessern, wie dies beispielsweise in DE 10 2006 026521 beschrieben ist.
Die EP 0 742 276 B1 beschreibt für die baulich unterschiedlichen Horizontalkammeröfen ein Verfahren zur Verbesserung des Wärmedurchgangs, von den parallelen Heizzügen, außerhalb des eigentlichen Ofenraums in die Kohleschüttung hinein. Hierbei werden die Oberflächen der zur Koksofenkammer parallelen Heizzüge beschichtet, so dass diese als Schwarzer Körper wirken und der Wärmetransport durch die Wand verbessert ist.
Es besteht aber nach wie vor Bedarf, die Verkokungszeit zu verringern und damit die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch den gemäß dem Hauptanspruch definierten Koksofen in horizontaler Bauweise (Non-/Heat Recovery Typ) gelöst. Dieser Koksofen umfasst mindestens eine Verkokungskammer, seitlich hierzu angeordnete vertikale Abgaskanäle (Down Comer) sowie horizontal und unterhalb der Verkokungskammer angeordnete Bodenkanäle zur indirekten Erwärmung der Verkokungskammer, wobei mindestens ein Teil der Innenwände der Verkokungskammer als sekundäre Heizfläche ausgebildet sind, indem diese mit einer Hochemissionsbeschichtung (HEB) beschichtet sind, wobei der Emissionsgrad dieser Hochemissionsbeschichtung gleich oder größer als 0,9 ist.
Diese HEB besteht bevorzugt aus den Stoffen Cr₂O₃ oder Fe₂O₃ oder aus einer diese Stoffe enthaltenen Mischung, wobei der Anteil an Fe₂O₃ in einer Mischung mindestens 25 Gew.-% und der Anteil von Cr₂O₃ in einer Mischung mindestens 20 Gew.-% beträgt. Alternativ kann die HEB auch SiC mit einem Anteil von mindestens 20 Gew.-% enthalten.
In einer verbesserten Variante des Koksofens, enthält die HEB weiterhin ein oder mehrere anorganische Bindemittel. Es hat sich weiterhin herausgestellt, dass die Inhaltsstoffe der HEB eine spezielle Korngröße aufweisen sollte, die kleiner oder gleich 15 μm ist und idealerweise zwischen 2,5 und 10 μm liegt.
Durch die HEB wird die Strahlungssituation im Koksofenraum erheblich verbessert und der schnelle von oben nach unten ablaufende Verkokungsvorgang weiter beschleunigt.
Der Koksofen kann dahingehend weiter verbessert werden, dass die Wände der horizontal unterhalb der Verkokungskammer verlaufenden Rauchgaskanäle ganz oder teilweise mit HEB in einer der oben beschriebenen stofflichen Zusammensetzung beschichtet sind, wodurch der indirekte Wärmetransport durch den Boden der Koksofenkammer verbessert wird.
Eine weiter verbesserte Variante besteht darin, dass in dem Gasraum, welcher im bestimmungsgemäßen Betrieb des Koksofens nicht für die Befüllung mit Feststoff vorgesehen ist, ein oder mehrere Heizelemente, so genannte tertiäre Heizelemente, angeordnet sind, welche ebenfalls ganz oder teilweise mit der oben beschriebenen HEB beschichtet sind. Alternativ können diese tertiären Heizelemente auch ganz oder teilweise aus den die HEB bildenden Stoffen bestehen oder gebildet sein.
Die tertiären Heizelemente können dabei eine beliebige Form aufweisen und sind idealerweise als hängende Rippen oder hängende Wände geformt. Die tertiären Heizelemente können dahingehend weiter verbessert werden, indem diese Öffnungen eine teilweise offene Struktur aufweisen.
Grundsätzlich können die tertiären Heizelemente in beliebiger Weise in der Ofenkammer befestigt werden. Idealerweise werden die tertiären Heizelemente lösbar in geeignete Halterungen eingehängt, wobei die Halterungen in der Wand und/oder in der Decke der Verkokungskammer angebracht sind. Dies hat den Vorteil, dass die tertiären Heizelemente zum einen leichter entnommen werden können, wenn Arbeiten an der Koksofenkammer erforderlich sind, und zum anderen wird so vermieden, dass Dehnungsvorgänge in das Ofenmauerwerk übertragen werden.
Eine weiter verbesserte Ausführungsvariante des Koksofens besteht darin, die Gasführung an die Positionierung der tertiären Heizelemente anzupassen. Somit wird die bei einer abschnittsweisen Unterteilung der Verko kungskammer durch die tertiären Heizelemente, in jeden dieser Abschnitte mindestens eine Zuluftleitung hineingeführt und aus jedem dieser Abschnitte ein oder zwei Abgaskanäle (Down Comer) herausgeführt.
Von der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung von Koks unter Einsatz des vorstehende beschriebenen Koksofens umfasst, wobei eine der Ausführungsformen eingesetzt wird. In der Regel werden dabei eine Vielzahl der beschriebenen Koksöfen mehr oder weniger parallel betrieben.
Eine besonders geeignete Variante des Verfahrens sieht vor, dass die Temperatur in der Verkokungskammer während des Verkokungsvorgangs idealerweise im Durchschnitt 1.000 bis 1.400°C beträgt. Dabei kann diese Temperatur kurzzeitig auch überschritten werden.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel den erfindungsgemäßen Koksofen in einer Schnittdarstellung. Der Koksofen 1 weist eine Ofendecke 2, Ofenwände 3 und einen Ofenboden 4 auf, welche den Ofenraum 5 umschließen. In den Ofenraum 5 führen die gestrichelt dargestellten Luftzuführungen 6. Auf dem Ofenboden 4 ruht die eingebrachte Kohleschüttung 7 und unterhalb des Ofenbodens 4 verlaufen Rauchgaskanäle 8. Weiterhin sind im Querschnitt die im Ofenfundament 9 vorgesehenen Luftzuführungen 10 gezeigt, über welche Luft in die Rauchgaskanäle 8 geleitet werden kann.
Über vertikale Rauchgaskanäle 11 ("Down Comer"), welche in den Ofenwänden 3 vom Gasraum des Ofenraumes 5 zu den horizontalen Rauchgaskanälen 8 unterhalb des Ofenbodens 4 verlaufen, können die bei der Verkokung entstehenden Gase abgeleitet werden.
Die inneren Oberflächen des Ofenraumes 5 sind mit einer HEB versehen, welche zu gleichen Teilen aus Cr₂O₃, Fe₂O₃ und SiC bestehen. Diese HEB der Innenwände, wodurch diese zu sekundären Heizflächen werden, ist nicht weiter dargestellt worden. Weiterhin sind im Ofenraum 5 vertikal und parallel zueinander Heizelemente 12, tertiäre Heizflächen, eingebracht, welche weitestgehend den freien Querschnitt oberhalb der Kohleschüttung 7 ausfüllen, die ebenfalls mit dieser HEB beschichtet sind. Die Heizelemente 12 sind an Halte elementen 13, die hier die Form von Wand- und Deckenankern aufweisen, angebracht. In dem gezeigten Beispiel verbleibt ein kleiner, umlaufender Spalt 14 zwischen den Innenwandflächen des Ofenraumes 5, der Kohleschüttung 7 und der Außenkante des Heizelementes 12, um die horizontale Konvektion im Ofenraum 5 zu ermöglichen und um Materialschäden aufgrund von Unterschieden im Dehnungsverhalten der Bauteile zu verhindern.
Durch die Beschichtung aller nicht die Kohleschüttung berührender Oberflächen und die zusätzlichen ebenfalls beschichteten Strahlungsflächen, welche durch die tertiären Heizflächen in den Ofenraum eingebracht wurden, konnte die Strahlungssituation im Ofenraum wesentlich verbessert werden, was nachfolgend zu einer verkürzten Garungszeit des Kokses geführt hat.

1: Koksofen
2: Ofendecke
3: Ofenwand
4: Ofenboden
5: Ofenraum
6: Luftzuführung
7: Kohleschüttung
8: Rauchgaskanal
9: Ofenfundament
10: Luftzuführung
11: Rauchgaskanal
12: Heizelement
13: Halteelement
14: Spalt

Claims

Koksofen in horizontaler Bauweise (Non-/Heat Recovery Typ) umfassend mindestens eine Verkokungskammer, seitlich hierzu angeordnete vertikale Abgaskanäle (Down Comer) sowie horizontal und unterhalb der Verkokungskammer angeordnete Bodenkanäle zur indirekten Erwärmung der Verkokungskammer, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens ein Teil der Innenwände der Verkokungskammer als sekundäre Heizfläche ausgebildet sind, indem diese mit einer Hochemissionsbeschichtung (HEB) beschichtet sind, wobei der Emissionsgrad dieser Hochemissionsbeschichtung gleich oder größer als 0,9 ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die HEB aus den Stoffen Cr₂O₃ oder Fe₂O₃ oder aus einer diese Stoffe enthaltenen Mischung besteht, wobei der Anteil an Fe₂O₃ in einer Mischung mindestens 25 Gew.-% und der Anteil von Cr₂O₃ in einer Mischung mindestens 20 Gew.-% beträgt.
Vorrichtung nach einem der beiden Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die HEB weiterhin SiC mit einem Anteil von mindestens 20 Gew.-% enthält.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die HEB weiterhin ein oder mehrere anorganische Bindemittel enthält.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngröße der HEB Inhaltsstoffe kleiner oder gleich 15 μm ist und Idealerweise zwischen 2,5 und 10 μm liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände der horizontal unterhalb der Verkokungskammer verlaufenden Rauchgaskanäle ganz oder teilweise mit HEB in einer der oben beschriebnen stofflichen Zusammensetzung beschichtet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem Gasraum, welcher im bestimmungsgemäßen Betrieb des Koksofens nicht für die Befüllung mit Feststoff vorgesehen ist, ein oder mehrere Heizelemente (tertiäre Heizelemente) angeordnet sind, welche ebenfalls mit HEB gemäß einem der vorstehenden Ansprüche ganz oder teilweise beschichtet sind oder ganz oder teilweise aus diesen Stoffen bestehen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die tertiären Heizelemente eine beliebige Form aufweisen und idealerweise als hängende Rippen oder hängende Wände geformt sind, wobei diese tertiären Heizelemente Öffnungen oder eine teilweise offene Struktur aufweisen können.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die tertiären Heizelemente lösbar in geeignete Halterungen eingehängt werden können, wobei die Halterungen in der Wand und/oder in der Decke der Verkokungskammer angebracht sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die bei einer abschnittweisen Unterteilung der Verkokungskammer durch die tertiären Heizelemente, in jeden dieser Abschnitte eine Zuluftleitung hineinführt und aus jedem dieser Abschnitte ein oder zwei Abgaskanäle (Down-Comer) herausführt.
Verfahren zur Herstellung von Koks unter Einsatz eines oder mehrerer Koksöfen gemäß einem der vorstehenden Ansprüche.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verkokung bei einer mittleren Ofenraumtemperatur von 1.000 bis 1.400°C durchgeführt wird.