DE102013112036A1

DE102013112036A1 - Verkokungsanlage zum Verkoken von Kohle und Verfahren zur Optimierung der Verkokungsbedingungen

Info

Publication number: DE102013112036A1
Application number: DE201310112036
Authority: DE
Inventors: Ronald Kim; Felix Andreas Hausdorf; Timo Bialinski; Marian Czeslaw Luchowski
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Current assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2013-10-31
Publication date: 2015-04-30
Also published as: EP3063252A1; WO2015062713A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verkokungsanlage zum Verkoken von Kohle mit einer Koksofenbank (1), die eine Mehrzahl nebeneinander angeordneter Öfen (2) umfasst, und mit einer parallel zur Koksofenbank (1) angeordneten Gassammelleitung (6). Die Öfen (2) weisen jeweils eine von Ofenkammertüren verschlossene Ofenkammer (8) mit einem kopfseitigen Gasraum als Primärheizraum (9), einen Sohlkanal als Sekundärheizraum (10) unterhalb der Ofenkammer (8), mindestens einen vertikalen Kanal (11) zwischen dem Primärheizraum (9) und dem Sekundärheizraum (10) sowie Öffnungen zum Ansaugen von Primärluft in den Primärheizraum (9) und zum Ansaugen von Sekundärluft in den Sekundärheizraum (10) auf. Zwischen den Öfen (2) und der Gassammelleitung (6) sind isolierte Anschlussleitungen (12) vorgesehen, welche den Sekundärheizraum (10) der Öfen (2) mit der Gassammelleitung (6) verbinden und mit einer Drosseleinrichtung zur Veränderung des den Ofen (2) verlassenden Abgasstromes ausgestattet sind. Erfindungsgemäß ist innerhalb des Strömungsquerschnittes der isolierten Anschlussleitungen (12) jeweils eine um eine Achse drehbare Drosselklappe (17) als Drosseleinrichtung vorgesehen. Die Drosselklappe (17) ist in einem Gehäuse drehbar gelagert, welches an seiner Innenseite eine temperaturbeständige Auskleidung als Isolierung aufweist und zwischen Abschnitten der Anschlussleitung (12) gasdicht eingesetzt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verkokungsanlage zum Verkoken von Kohle, die nach einem "Non-Recovery"- oder "Heat-Recovery"-Verkokungsverfahren arbeitet.
Zur besseren Wärmeausnutzung werden beim Non-Recovery- und Heat-Recovery-Verkokungsverfahren häufig 8 bis 24 Koksöfen nebeneinander angeordnet und zu einer sogenannten Koksofenbank verschaltet. Die Öfen sind abgasseitig mit einem gemeinsamen Sammelkanalsystem verbunden, in das die Abgasvolumenströme der Öfen geleitet werden. Die Abgasenthalpie kann im Falle des Heat-Recovery-Verfahrens in mindestens einem nachgeschalteten Wärmetäuscher zur Dampferzeugung genutzt werden. Im Falle des Non-Recovery-Verfahrens werden die Abgase entschwefelt und in die Atmosphäre geleitet.
Das Sammelkanalsystem ist im Vergleich zur umgebenden Atmosphäre durch eine Unterdruckbetriebsweise gekennzeichnet. Der erforderliche Unterdruck des Gesamtsystems kann durch ein Gebläse und/oder durch den in einem Kamin erzeugten Naturzug geschaffen werden. Gebläse und Kamin sind in Strömungsrichtung hinter der Koksofenbank angeordnet.
Der Verkokungsvorgang ist durch eine zeitliche heterogene Gasentwicklung aus der Kohlecharge heraus gekennzeichnet. Zur Erzeugung der erforderlichen Prozesswärme werden die aus der Kohlecharge aufsteigenden Gase im Raum oberhalb und unterhalb der Charge durch Einsaugen von Luft durch Öffnungen in der Ofentür, der Ofendecke und seitlichen Stirnflächen eines unterhalb des Ofenschachtes angeordneten Sohlkanals verbrannt. Die Größenordnung des eingesaugten Luftvolumenstroms wird durch die Höhe des im Ofen anliegenden Unterdrucks bestimmt.
Das Verfahren startet mit dem Füllvorgang der Einsatzkohlemischung in die Ofenkammern der Koksofenbank. Dort wird durch Zugabe von Teilluftmengen das aus dem Kohlekuchen unter Temperatureinfluss entweichende Rohgas zunächst nur teilverbrannt. Das Gemisch aus Restrohgas und Abgas aus der Teilverbrennung wird über vertikale Kanäle in Sohlkanäle unterhalb der Kohlechargen geleitet und dort durch Sekundärluftzugabe vollständig verbrannt. Am strömungstechnischen Ende der Sohlkanäle wird das Abgas durch Anschlussleitungen in eine gemeinsame Gassammelleitung geleitet, in der die aus den Anschlussleitungen zuströmenden Abgasmengen abgesaugt werden.
Die Nettoverkokungszeit ist der Zeitraum, der erforderlich ist, um die flüchtigen Kohlebestandteile vollständig unter Bildung von Koks aus dem Kohlekuchen zu entfernen. Mit zunehmender Ofentemperatur intensiviert sich die aus dem Kohlekuchen in die Verbrennungsräume einströmende Gasmenge, woraus sich infolge Luftzufuhr eine intensivierte Verbrennung verbunden mit einer höheren Verkokungsleistung ableitet. Die Nettoverkokungszeit heutiger Non- oder Heat-Recovery-Koksöfen liegt je nach Bauart, Kohle und Kohlebetteigenschaften im Bereich von 24 Stunden bis 96 Stunden.
Mit zunehmendem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen in der Einsatzkohlenmischung nimmt die Menge an emittiertem Rohgas zu und steigt die mittlere Abgastemperatur im Ofen an. Die Abgastemperatur in den Anschlussleitungen bewegt sich in Abhängigkeit vom Verkokungsfortschritt und dem Anteil an flüchtigen Bestandteilen, der üblicherweise weniger als 26 Gew.-% (trocken) beträgt, in der Größenordnung von 850 °C bis 1550 °C.
Die Verkokungskammern und Brennräume innerhalb von Non- oder Heat-Recovery-Koksöfen sind aufgrund der hohen Prozesstemperaturen zumeist aus Silika-Material aufgebaut, dessen Anwendbarkeit allerdings auf ca. 1600 °C beschränkt ist. Diese Anwendungsgrenze kann überschritten werden, wenn bei der Verkokung zufällig oder infolge eines fehlerhaften Mischvorgangs der Einzelkomponenten eine Einsatzmischung mit einem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen von mehr als 26 Gew.-% (trocken) in die Ofenkammer eingebracht wird. Die vollständige Verbrennung der daraus resultierenden, größeren Gasmenge hat in den ersten Stunden des Verkokungsvorganges im Ofen eine sehr intensive Wärmeentbindung mit extrem hohen Temperaturen zur Folge, die zur Zerstörung des Silika-Materials führen kann. Es wäre daher sinnvoll, wenn man die Gasentwicklung über den Verkokungsvorgang homogen gestalten könnte. Die bisher bekannten Koksöfen verfügen jedoch über kein funktionelles und langlebiges Regulierorgan, mit dem eine homogene Wärmeentbindung über der nominal geplanten Verkokungszeit erreicht werden kann. Um das feuerfeste Ofenmauerwerk zu schützen, wird der Koksofenbetrieb in der Praxis daher so organisiert, dass die Obergrenze der flüchtigen Bestandteile der Einsatzmischung bei einem Wert von 26 Gew.-% (trocken) festgelegt wird. Infolge dieser Beschränkung muss der Anlagenbetreiber eine geringere Dampfproduktion in Kauf nehmen, was die ökonomische Bilanz der Anlage verschlechtert.
Zur Vergleichmäßigung der im Mittel anfallenden Abgasmenge wird jeder Ofen nach einem individuellen Bedienungszeitplan beladen und geleert. Das bedeutet, dass sich jeder Ofen der Koksofenbank in einem anderen Verkokungszustand befindet und die aus den Öfen austretenden Abgasströme von Ofen zu Ofen variieren.
Die zur einer Koksofenbank gehörenden Öfen schließen über ihre Anschlussleitung in unterschiedlichem Abstand zur Unterdruckquelle an die Gassammelleitung an. Infolge von Strömungsdruckverlusten in der Gassammelleitung stellen sich vor den Öfen unterschiedliche Unterdrücke ein. Durch die Höhe des anliegenden Unterdrucks wird die in den Ofen eingesaugte Luftmenge und damit die Verbrennungs- und Prozessgeschwindigkeit des Verkokungsverfahrens bestimmt. Im Sinne einer hohen Anlagenleistung ist es erwünscht, dass alle Öfen einer Koksofenbank ihre Nominalleistung erreichen. Dies ist bei Öfen, die besonders fern der Unterdruckquelle positioniert sind, häufig nicht der Fall. Im Sinne einer hohen Anlagenleistung ist es erstrebenswert, dass an allen Öfen der gleiche Unterdruck als treibende Prozessgröße anliegt.
Aus US 5 114 542 ist eine Verkokungsanlage mit den im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen bekannt. Die Verkokungsanlage umfasst eine Koksofenbank, die eine Mehrzahl nebeneinander angeordneter Ofen aufweist, ein Beladesystem zum Beschicken der Öfen mit einem Kohlekuchen, ein Entladesystem zur Entladung der fertigen Kokskuchen und eine parallel zur Ofenbank angeordnete Gassammelleitung. Dabei weisen die Öfen jeweils eine von Ofenkammertüren verschlossene Ofenkammer mit einem kopfseitigen Gasraum als Primärheizraum, einen Sohlkanal als Sekundärheizraum unterhalb der Ofenkammer, mindestens einen vertikalen Kanal zwischen dem Primärheizraum und dem Sekundärheizraum sowie Öffnungen zum Ansaugen von Primärluft in den Primärheizraum und zum Ansaugen von Sekundärluft in den Sekundärheizraum auf. Zwischen den Öfen und der Gassammelleitung sind isolierte Anschlussleitungen vorgesehen, welche den Sekundärheizraum der Öfen mit der Gassammelleitung verbinden und mit einer Drosseleinrichtung zur Veränderung des den Ofen verlassenden Abgasstromes ausgestattet sind. Die Abgasmenge eines Ofens wird über zwei Anschlussleitungen in die Gassammelleitung geleitet, die auf der Ofendecke der Koksofenbank angeordnet ist. Die Druckverhältnisse in den Verbrennungskammern der Öfen kann in Abhängigkeit vom individuellen Verkokungsfortschritt durch zwei vertikale Schieberkonstruktionen ausgeglichen werden. Die Anordnung der Gassammelleitung auf der Ofendecke der Koksofenbank und die Strömungsführung der die Öfen verlassenden Abgasströme ist anlagentechnisch sehr aufwendig. Die Schieberkonstruktionen haben darüber hinaus funktionelle Nachteile. Nachteilig wirkt sich im Besonderen der konstruktiv bedingte Luftspalt zwischen Schieber und einem Führungsrahmen aus, durch den Falschluftmengen in das Abgassystem einströmen, was mit einem unerwünschten Zusatzdruckverlust und Nachverbrennungsprozessen an der Schieberoberfläche sowie im nachgeschalteten Kanalsystem verbunden ist. Die Schieber sind ferner aus mehreren Steinen zusammengesetzt und halten den hohen Temperaturen häufig nicht stand. Sie verursachen teurere Wartungsaktivitäten. Bei einer hohen Abgastemperatur von ca. 1550 °C sind sie nach kurzer Einsatzzeit reparaturanfällig und müssen ausgetauscht werden.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, in den Anschlussleitungen, welche den Sekundärheizraum der Öfen mit der Gassammelleitung verbinden, eine Drosseleinrichtung vorzusehen, die hohen Abgastemperaturen standhält und eine derartige Regelung des Abgasstromes ermöglicht, dass sich in allen Öfen der Koksofenbank eine hohe und annähernd gleiche Nettoverkokungsleistung einstellt.
Gegenstand der Erfindung und Lösung dieser Aufgabe ist eine Verkokungsanlage nach Anspruch 1.
Erfindungsgemäß ist innerhalb des Strömungsquerschnitts der isolierten Anschlussleitungen, welche die Gassammelleitung mit einem strömungsseitigen Ende des Sohlkanals der Öfen verbinden, jeweils eine um eine Achse drehbare Drosselklappe als Drosseleinrichtung vorgesehen, wobei die Drosselklappe in einem Gehäuse drehbar gelagert ist, welches an seiner Innenseite eine temperaturbeständige Auskleidung als Isolierung aufweist und zwischen Abschnitten der Anschlussleitung gasdicht eingesetzt ist.
Die Drosselklappe weist vorzugsweise eine auf einer Welle angeordnete Scheibe auf, wobei die Welle beidseitig in an der Mantelaußenseite des Gehäuses zugänglichen Lagern drehbar gelagert ist und die Lager durch Stoffbuchspackungen vor hohen Temperaturen geschützt sind. Die Lager sind zweckmäßig Gleitlager. Die Stoffbuchspackungen können kohlenstoffhaltige Dichtungsschnüre aufweisen. An die Welle der Drosselklappe kann ein Antrieb zur Klappenverstellung angeschlossen werden.
Die Drosselklappe kann als Hohlkörper ausgebildet sein, so dass sie von einem Kühlfluid durchströmbar ist. Als Kühlfluid kommt beispielsweise Luft oder auch ein flüssiges Kühlmittel, beispielsweise Wasser oder ein Öl, in Betracht.
Die Scheibe der Drosselklappe besteht zweckmäßig aus einem warmfesten Keramikfasermaterial oder weist eine Deckschicht aus einem temperaturbeständigen Isoliermaterial auf. Die Auskleidung des Gehäuses kann ebenfalls aus einem warmfesten Keramikfasermaterial, feuerfestem Beton oder einem temperaturbeständigen Isoliermaterial unter Verwendung von Korund-, Silika-, Siliziumcarbid-, Dolomit-, und Chromerzanteilen bestehen. Das Gehäuse der Drosseleinrichtung und die Welle bestehen vorzugsweise aus legiertem, warmfesten Stahl oder Edelstahl. Die Baulänge der erfindungsgemäßen Drosseleinrichtung kann in einem Wertebereich von 350 mm bis 1500 mm variieren. Die Drosselklappe kann zwischen einem Öffnungswinkel von 0° (geschlossen) und 90° (offen) bewegt werden und ist zweckmäßig mit einem durchschlagenden Klappenteller ausgeführt. An der erfindungsgemäß ausgebildeten Drosseleinrichtung kann das Abgas mit einer Abgastemperatur von 1550 °C vorbeiströmen, ohne dass Beschädigungen oder Funktionalitätsprobleme auftreten. Dadurch ist es nicht mehr notwendig, die Temperatur zu reduzieren und damit die Verkokungsgeschwindigkeit in den Öfen der Koksofenbank zu drosseln.
Die Anschlussleitungen weisen beispielsweise einen inneren freien Strömungsquerschnitt von 0,2 m² bis 2,1 m² auf. Der Innendurchmesser der isolierten Anschlussleitungen variiert je nach Anlagenkonfiguration zwischen DN 500 mm und DN 1600 mm. Der Außendurchmesser der isolierten Anschlussleitungen liegt in der Größenordnung zwischen 800 mm und 2100 mm. Das Gehäuse der Drosseleinrichtung ist zweckmäßig durch Flanschverbindungen in die Anschlussleitung angepasst, wobei die Flanschverbindung vorzugsweise in der Druckstufe PN 6 ausgeführt ist.
Die Gassammelleitung der erfindungsgemäßen Verkokungsanlage ist gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung in einer Betonwanne vor den Öfen unterhalb des Bodenniveaus angeordnet, wobei die isolierten Anschlussleitungen, welche jeweils das strömungsseitige Ende des Sohlkanals eines Ofens mit der Gassammelleitung verbinden, einen vertikalen Abschnitt, einen horizontalen Abschnitt und einen diese beiden Abschnitte verbindenden Bogen aufweisen und mittels einer Stützkonstruktion auf der Betonwanne abgestützt sind. Die Gassammelleitung kann aus mehreren Segmenten mit unterschiedlichem Durchmesser zusammengesetzt sein. Die Betonwanne weist beispielsweise einen U-förmigen oder L-förmigen Querschnitt auf und ist zweckmäßig auf der Oberseite zur Vermeidung des Einfalls von Fremdkörpern mit einer gitter-, rost- oder schlitzförmigen Abdeckung versehen. Die Betonwanne dient dem Schutz der Gassammelleitung vor Grundwassereinwirkung.
Die Anschlussleitungen können mindestens eine Messstelle zur permanenten Temperaturmessung, zur permanenten Druckmessung und/oder zur permanenten Sauerstoffmessung aufweisen. Ferner kann ein zusätzlicher Messstellenanschluss für ein mobiles Messgerät zur manuellen Messung einer beliebigen physikalischen Größe vorgesehen sein.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren nach Anspruch 12 zur Optimierung der Verkokungsbedingungen in nebeneinander angeordneten Öfen einer Koksofenbank. Die auf den Anspruch 12 zurückbezogenen Ansprüche 13 bis 17 betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens. Das Verfahren wird nachfolgend zusammen mit einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verkokungsanlage anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen schematisch:
1 ausschnittsweise eine Draufsicht auf eine Verkokungsanlage zum Verkoken von Kohle,
2 ausschnittsweise einen Schnitt durch einen Ofen der Verkokungsanlage mit einer Einrichtung zur Ableitung eines den Ofen verlassenden Abgasstromes,
3 einen Ausschnitt aus 2 in einer gegenüber 2 vergrößerten Darstellung.
Die in 1 dargestellte Verkokungsanlage umfasst in ihrem grundsätzlichen Aufbau eine Koksofenbank 1 mit einer Mehrzahl nebeneinander angeordneter Öfen 2, einem Beladesystem 3 zum Beschicken der Öfen mit einem Kohlekuchen 4, ein Entladesystem 5 zur Entladung der fertigen Kokskuchen sowie eine parallel zur Koksofenbank 1 angeordnete Gassammelleitung 6. Aus einer vergleichenden Betrachtung der 1 und 2 geht hervor, dass die Öfen 2 jeweils eine von Ofenkammertüren 7 verschlossene Ofenkammer 8 mit einem kopfseitigen Gasraum als Primärheizraum 9, einen Sohlkanal als Sekundärheizraum 10 unterhalb der Ofenkammer 8, mindestens einen vertikalen Kanal 11 zwischen dem Primärheizraum 9 und dem Sekundärheizraum 10 sowie Öffnungen 14 zum Ansaugen von Primärluft in den Primärheizraum 9 und zum Ansaugen von Sekundärluft in den Sekundärheizraum 10 aufweisen. Zwischen den Öfen 2 und der Gassammelleitung 6 sind isolierte Anschlussleitungen 12 vorgesehen, welche den Sekundärheizraum 10 der Öfen 2 mit der Gassammelleitung 6 verbinden und mit einer Drosseleinrichtung 13 zur Veränderung des den Ofen 2 verlassenden Abgasstromes ausgestattet sind.
Die nebeneinander angeordneten Öfen 2 der Koksofenbank 1 werden nach einer individuellen Bedienungsvorschrift mit Kohle beschickt und zur zyklischen Verkokung der Kohle genutzt. Rohgas, welches unter Temperatureinfluss aus der Einsatzkohle entweicht, wird in dem Primärheizraum 9 der Öfen 2 oberhalb der Kohlecharge mit Luft teilweise verbrannt. Ein Gemisch aus Rohgas und Abgas wird in den Sekundärraum 10 unterhalb der Kohlecharge geleitet und dort durch Sekundärluftzugabe vollständig verbrannt. Das bei der vollständigen Verbrennung entstehende Abgas 15 wird individuell an jedem Ofen 2 durch eine isolierte Anschlussleitung 12 in die Gassammelleitung 6 geleitet, in der die aus den Anschlussleitungen der Öfen 2 zuströmende Abgasmenge abgesaugt wird. An jedem Ofen 2 kann der Abgasstrom 15 durch die dort vorgesehene Drosseleinrichtung geregelt werden.
Aus den 2 und 3 geht hervor, dass innerhalb des Strömungsquerschnittes der isolierten Anschlussleitung, welche die Gassammelleitung 6 mit dem Sekundärheizraum 10 des Ofens 2 verbindet, eine um eine Achse 16 drehbare Drosselklappe 17 als Drosseleinrichtung vorgesehen ist. Die Drosselklappe 17 ist in einem Gehäuse 18 drehbar gelagert, welches an seiner Innenseite eine temperaturbeständige Auskleidung 19 als Isolierung aufweist und zwischen Abschnitten 20, 20' der Anschlussleitung gasdicht eingesetzt ist. Durch eine zeitabhängige oder messgrößenabhängige Verstellung der Drosselklappe 17 kann der Abgasstrom 15 des Ofens 2 an den individuellen Verkokungsfortschritt innerhalb des Ofens angepasst werden.
Aus den 2 und 3 ist ersichtlich, dass die Drosselklappe 17 eine auf einer Welle 21 angeordnete Scheibe 22 aufweist. Die Welle 21 ist beidseitig in an der Mantelaußenseite des Gehäuses zugänglichen Lagern drehbar gelagert, die durch Stoffbuchspackungen beispielsweise mit kohlenstoffhaltigen Dichtungsschnüren vor hohen Temperaturen geschützt sind.
Die Drosselklappe 17 ist vorzugsweise kühlbar. Dazu kann die Welle 21 und/ oder die Scheibe 22 als Hohlkörper ausgebildet sein, der von einem Kühlfluid durchströmt wird.
Die Scheibe 22 der Drosselklappe 17 kann aus einem warmfesten Keramikfasermaterial gefertigt sein oder eine Deckschicht aus einem temperaturbeständigen Isoliermaterial aufweisen. Das Gehäuse 18 und die Welle 21 bestehen vorzugsweise aus legiertem warmfesten Stahl oder Edelstahl.
Das Gehäuse 18 der Drosseleinrichtung ist durch Flanschverbindungen 23 in die Anschlussleitung 12 eingepasst, wobei die Flanschverbindungen 23 zweckmäßig in der Druckstufe PN 6 ausgeführt werden. Die Auskleidung 19 des Gehäuses 18 besteht aus einem warmfesten Keramikfasermaterial, feuerfestem Beton oder einem temperaturbeständigen Isoliermaterial unter Verwendung von Korund-, Silika-, Siliziumcarbid-, Dolomit- und/oder Chromerzanteilen.
Die Gassammelleitung 6 ist gemäß der Darstellung in 2 in einer Betonwanne 24 vor den Öfen 2 unterhalb des Bodenniveaus 25 angeordnet. Die isolierten Anschlussleitungen 12, welche jeweils den Sekundärheizraum 10 eines Ofens 2 mit der Gassammelleitung 6 verbinden, weisen einen vertikalen Abschnitt, einen horizontalen Abschnitt und einen diese beiden Abschnitte verbindenden Bogen auf und sind mittels einer Stützkonstruktion 26 auf der Betonwanne 24 abgestützt. Dabei ist gemäß einer in 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsform die Leitungsführung so gestaltet, dass das Abgas 15 den Ofen 2 zunächst in einem vertikalen Teilsegment unterhalb des Sohlkanals nach unten verlässt und der Anschluss an die Gassammelleitung 6 nach Durchströmung eines 90° Bogens in einem nachgeschalteten horizontalen Teilsegment erfolgt. Die Anschlussleitung 12 weist konstruktiv mindestens einen 90° Bogen auf, der in einer besonders bevorzugten Variante aus zwei 45° Bögen bestehen kann. Die Drosselklappe 17 kann – wie im Ausführungsbeispiel dargestellt – in dem vertikalen Teilsegment, alternativ im horizontalen Teilsegment, angeordnet werden. Die isolierten Anschlussleitungen 12 können je nach Anlagenkonfiguration beispielsweise einen Innendurchmesser zwischen DN 500 mm und DN 1600 mm und einen Außendurchmesser zwischen 800 mm und 2100 mm aufweisen. In den Anschlussleitungen 12 herrscht ein Unterdruck gegenüber der Atmosphäre von –50 Pa bis –350 Pa.
Die Anschlussleitungen 12 weisen gemäß dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Messstelle 27 zur permanenten Temperaturmessung und eine Messstelle 28 zur permanenten Druckmessung auf, wobei die Druckmessstelle 28 in Strömungsrichtung vor der Drosselklappe 17 angeordnet ist und die Temperaturmessstelle 27 in Strömungsrichtung hinter der Drosselklappe 17 vorgesehen ist. Zusätzlich kann in den Anschlussleitungen 12 ein Messstellenanschluss 29 für ein mobiles Messgerät zur manuellen Messung einer beliebigen physikalischen Größe, beispielsweise zur Messung des Sauerstoffgehalts, vorgesehen sein.
Die Drosselklappe 17 kann zwischen einem Öffnungswinkel von 0° (geschlossen) und 90° (offen) bewegt werden. Nach der Befüllung eines Ofens wird die Drosselklappe 17 der diesem Ofen zugeordneten Anschlussleitung 12 geöffnet. Der durch die Drosselklappe 17 freigegebene Strömungsquerschnitt wird dann mit zunehmendem Verkokungsfortschritt und abnehmender Abgasmenge reduziert. Nachdem etwa die Hälfte der nominellen Nettoverkokungszeit verstrichen ist, wird der freie Klappenströmungsquerschnitt weiter reduziert, so dass sich eine etwa 35 bis 55 %ige Offenstellung einstellt. Einige Zeit bevor der Koks ausgedrückt wird, wird der offene Klappenquerschnitt weiter gedrosselt oder vollständig geschlossen, da nun die Gasfreisetzung im Ofen zum Abschluss gekommen ist. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Kokscharge durch Wärmeleitung gleichmäßig durchwärmt und das weitere Eindringen von Luft durch die offenen Primär- und Sekundärluftöffnungen vermieden wird.
Die Betätigung der Drosselklappe 17 erfolgt vorzugsweise mittels eines gesteuerten Antriebes 30 in Abhängigkeit von physikalischen Messgrößen, so dass dem individuellen Verkokungsfortschritt entsprochen wird. Als Führungsgrößen für die einzustellende Klappenstellung können Druck-, Temperatur-, Kohlenmonoxid-, Methan-, Wasserstoff- oder Sauerstoffmesssignale oder auch Kombinationen dieser Signale verwendet werden. Zur Überwachung der Verbrennung kann ferner eine Lambdasonde in der Anschlussleitung 12 zum Einsatz kommen.
Die an den Messstellen 27, 28 erfassten Messwerte werden digital aufgezeichnet, gespeichert und in einer Recheneinheit mit einem Sollwert verglichen, wobei die Verbindung zur Recheneinheit über geeignete Signal- oder Funkleitungen erfolgt. Bei Abweichungen des Messwertes vom Sollwert wird die Klappenstellung der Drosselklappe über den Antrieb 30 so verändert, dass sich der gewünschte Druck- und Temperatursollwert einstellt. Die Abgastemperatur wird stets so geregelt, dass im Ofensohlkanal und im Ofengewölbe Temperaturen von maximal 1550 °C auftreten. Im Sohlkanal der Öfen wird zweckmäßig ein Unterdruck von –50 Pa bis –300 Pa eingestellt. Ferner erfolgt die Regelung zweckmäßig so, dass der Sauerstoffgehalt des Abgases in der Anschlussleitung am Ofenaustritt etwa 4 bis 10 Vol.-% beträgt.
Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Verkokungsanlage und dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es an allen Öfen einer Koksofenbank möglich, über den Garungszyklus homogene Verbrennungs- und Verkokungsvorgänge sicherzustellen, wodurch der Nominalkoksdurchsatzleistung der Gesamtanlage entsprochen wird. Ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass Kohleeinsatzmischungen mit hohen flüchtigen Bestandteilen verkokt werden können, ohne dass die Anwendungsgrenztemperaturen der Ofenbaustoffe überschritten werden. Des Weiteren ist von Vorteil, dass mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Drosseleinrichtung kostenintensive Wartungsarbeiten an den Abgasregulierorganen weitgehend entfallen. Gleichzeitig kann durch die Erfindung die Dampfproduktion der Anlage und damit die ökonomische Bilanz der Anlage vorteilhaft erhöht werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 5114542 [0011]

Claims

Verkokungsanlage zum Verkoken von Kohle mit einer Koksofenbank (1), die eine Mehrzahl nebeneinander angeordneter Öfen (2) umfasst, einem Beladesystem (3) zum Beschicken der Öfen (2) mit einem Kohlekuchen, einem Entladesystem (5) zur Entladung der fertigen Kokskuchen und einer parallel zur Koksofenbank (1) angeordneten Gassammelleitung (6), wobei die Öfen (2) jeweils eine von Ofenkammertüren (7) verschlossene Ofenkammer (8) mit einem kopfseitigen Gasraum als Primärheizraum (9), einen Sohlkanal als Sekundärheizraum (10) unterhalb der Ofenkammer (8), mindestens einen vertikalen Kanal (11) zwischen dem Primärheizraum (9) und dem Sekundärheizraum (10) sowie Öffnungen (14) zum Ansaugen von Primärluft in den Primärheizraum (9) und zum Ansaugen von Sekundärluft in den Sekundärheizraum (10) aufweisen und wobei zwischen den Öfen (2) und der Gassammelleitung (6) isolierte Anschlussleitungen (12) vorgesehen sind, welche den Sekundärheizraum (10) der Öfen (2) mit der Gassammelleitung (6) verbinden und mit einer Drosseleinrichtung (13) zur Veränderung des den Ofen (2) verlassenden Abgasstromes ausgestattet sind, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Strömungsquerschnittes der isolierten Anschlussleitungen (12), welche die Gassammelleitung (6) mit dem Sekundärheizraum (10) eines Ofens (2) verbinden, jeweils eine um eine Achse (16) drehbare Drosselklappe (17) als Drosseleinrichtung (13) vorgesehen ist, wobei die Drosselklappe (17) in einem Gehäuse (18) drehbar gelagert ist, welches an seiner Innenseite eine temperaturbeständige Auskleidung (19) als Isolierung aufweist und zwischen Abschnitten (20, 20') der Anschlussleitung (12) gasdicht eingesetzt ist.
Verkokungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappe (17) eine auf einer Welle (21) angeordnete Scheibe (22) aufweist, wobei die Welle (21) beidseitig in an der Mantelaußenseite des Gehäuses (18) zugänglichen Lagern drehbar gelagert ist, und dass die Lager durch Stopfbuchspackungen vor hohen Temperaturen geschützt sind.
Verkokungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappe (17) als Hohlkörper ausgebildet und von einem Kühlfluid durchströmbar ist.
Verkokungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (22) der Drosselklappe (17) aus einem warmfesten Keramikfasermaterial besteht oder eine Deckschicht aus einem temperaturbeständigen Isoliermaterial aufweist.
Verkokungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskleidung (19) des Gehäuses (18) aus einem warmfesten Keramikfasermaterial, feuerfestem Beton oder einem temperaturbeständigen Isoliermaterial unter Verwendung von Korund-, Silika-, Siliziumcarbid-, Dolomit-, und/oder Chromerzanteilen besteht.
Verkokungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (18) der Drosseleinrichtung (13) aus einem warmfesten Metall besteht.
Verkokungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet dass die Anschlussleitungen (12) einen inneren freien Strömungsquerschnitt von 0,2 m² bis 2,1 m² aufweisen.
Verkokungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (18) der Drosseleinrichtungen (13) durch Flanschverbindungen (23) in die Anschlussleitung (12) eingepasst ist.
Verkokungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gassammelleitung (6) in einer Betonwanne (24) vor den Öfen (2) unterhalb des Bodenniveaus (25) angeordnet ist und dass die isolierten Anschlussleitungen (12), welche jeweils den Sekundärheizraum (10) eines Ofens (2) mit der Gassammelleitung (6) verbinden, einen vertikalen Abschnitt, einen horizontalen Abschnitt und einen diese beiden Abschnitte verbindenden Bogen aufweisen und mittels einer Stützkonstruktion (26) auf der Betonwanne (24) abgestützt sind.
Verkokungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussleitungen (12) mindestens eine Messstelle (27) zur permanenten Temperaturmessung und/oder eine Messstelle (28), zur permanenten Druckmessung aufweisen.
Verkokungsanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in den Anschlussleitungen (12) ein zusätzlicher Messstellenanschluss (29) für ein mobiles Messgerät zur manuellen Messung einer beliebigen physikalischen Größe angeordnet ist.
Verfahren zur Optimierung der Verkokungsbedingungen in nebeneinander angeordneten Öfen (2) einer Koksofenbank (1), die nach einer individuellen Bedienungsvorschrift mit Kohle beschickt und zur zyklischen Verkokung der Kohle genutzt werden, wobei Rohgas, welches unter Temperatureinfluss aus der Kohle entweicht, in einem Primärheizraum (9) der Öfen (2) oberhalb der Kohlecharge mit Luft teilweise verbrannt wird, wobei ein Gemisch aus Rohgas und Abgas in einem Sekundärheizraum (10) der Öfen (2) unterhalb der Kohlecharge geleitet und dort durch Sekundärluftzugabe vollständig verbrannt wird, wobei das bei der vollständigen Verbrennung entstehende Abgas (15) individuell an jedem Ofen (2) durch eine isolierte Anschlussleitung (12) in eine Gassammelleitung (6) geleitet wird, in der die aus den Anschlussleitungen (12) der Öfen (2) zuströmende Abgasmenge abgesaugt wird, und wobei der Abgasstrom (15) an jedem Ofen (2) durch eine Drosseleinrichtung (13) geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Drosseleinrichtung (13) eine um eine Achse (16) drehbare Drosselklappe (17) verwendet wird, die innerhalb des Strömungsquerschnittes der mit dem Ofen (2) verbundenen isolierten Anschlussleitung (12) angeordnet ist, und dass durch eine zeitabhängige oder messgrößenabhängige Verstellung der Drosselklappe (17) die Abgasmenge des Ofens (2) an den individuellen Verkokungsfortschritt innerhalb des Ofens angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappe (17) gekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Prozessgröße des Abgasstromes gemessen und durch Verstellung der Drosselklappe (17) geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass als regelbare Prozessgröße der Abgasdruck, die Abgastemperatur und/oder die Konzentration von Kohlenmonoxid, Methan, Wasserstoff oder Sauerstoff oder eine Kombination von mindestens zwei der vorgenannten Prozessgrößen verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte digital aufgezeichnet, gespeichert und in einer Recheneinheit mit einem Sollwert verglichen werden und dass bei Abweichungen des Messwertes vom Sollwert die Stellung der Drosselklappe (17) so verändert wird, dass sich der gewünschte Wert der Prozessgröße einstellt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass durch Betätigung der Drosselklappe (17) eine an den Ofenwänden gemessene Ofentemperatur von maximal 1550 °C eingehalten wird und/oder sich ein vor der Drosselklappe (17) gemessener Unterdruck von –50 Pa bis –300 Pa einstellt und/oder der Sauerstoffgehalt des Abgases (15) in der Anschlussleitung (12) am Ofenaustritt 4 bis 10 Vol.-% beträgt.