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Verfahren zum Betrieb von Koksöfen und Einrichtung zu seiner Durchführung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb von Koksöfen, bei dem die Kohle
in heißer, trockener Form in die Öfen eingeführt wird.
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Die Verkokung von Kohle, insbesondere zum Zwecke der Herstellung von
Hochofen- und Gießereikoks sowie von Steinkohlengas, erfolgt in den bekannten Destillationsöfen,
welche allgemein in Reihen angeordnet sind und als Batterien bezeichnet werden.
Jeder Ofen in einer solchen Batterie ist annähernd 12 m lang, 3,9 m hoch und 0,46
m breit; zwischen den COfen sind Heizkanäle angeordnet, in welchen ein Brenngas
zum Zwecke der Erzeugung der für die Verkokung notwendigen Wärme verbrannt wird.
Es wird eine Ladung von etwa 17 t zerkleinerter Kohle durch den oberen Teil des
Ofens in diesen eingeführt; der Ofen wird hierauf für etwa 16 bis 40 Stunden erhitzt,
wobei die Kohle verkokt wird. Während dieser Zeit entweichen gas- und dampfförmige
Kohleprodukte durch den oberen Teil des Ofens; nach der Verkokung werden Türen an
den Enden des Ofens entfernt, und der Koks wird mittels Kolben aus dem Ofen ausgeschoben.
Ein vollständiger Arbeitszyklus nimmt nur wenige Minuten mehr in Anspruch als die
tatsächliche Verkokungsdauer.
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Die Destillationsofenbatterien sind aus massivem, gegen hohe Temperaturen
widerstandsfähigem Mauerwerk unter Verwendung von teuren, feuerfesten Werkstoffen
hergestellt, so daß eine solche Batterie Investitionssummen von einigen Millionen
Dollar erfordert. Koksofenbatterien können in ihrer Leistung nahezu überhaupt nicht
verändert werden, wenn ein guter Koks erzeugt werden soll, d. h., der Durchsatz
an Kohle kann nicht unter die Nennkapazität von etwa 22 t pro 24 Stunden absinken;
auch ist es nicht möglich, einzelne öfen zeitweise stillzulegen, um die Kapazität
einer Batterie herabzusetzen, ohne daß der Ofen wesentlichen Schaden erleidet.
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Bereits vor mehr als 20 Jahren wurde der Vorschlag gemacht und wurden
auch Versuche darüber angestellt, die Kohle in einem Kessel außerhalb des Destillationsofens
vorzuwärmen, um dadurch eine Herabsetzung der Verkokungsdauer in den teueren Destillationsöfen
zu erreichen und andererseits den Durchsatz dieser Öfen auf diese Weise elastischer
zu machen. Trotz vieler Anstrengungen ist man zu einer Lösung des Problems, Kohle
vor der Verkokung in Destillationsöfen vorzuwärmen, nicht gekommen, da bei der Vorwärmung
und der Zuführung der trockenen, heißen Kohle zu den Koksöfen große Schwierigkeiten
auftreten. Es besteht die Gefahr, daß eine Verkokung bereits beim Eintritt der trockenen
heißen Kohle in die Beschickungsöffnungen eintritt, so daß diese Beschickungsöffnungen
durch den gebildeten Koks versperrt würden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb
von Koksöfen mit heißer trockener Kohle zu schaffen, bei dem diese Gefahr beseitigt
ist.
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Ausgehend von-. einem Verfahren zum Betrieb von Verkokungsöfen, denen
die Kohle in trockenem und vorgewärmtem Zustand und in einem Inertgasstrom suspendiert
zugeführt und aus denen das von der Kohle wieder getrennte Inertgas abgeführt wird,
besteht der Erfindungsvorschlag darin, daß bereits vor der Einführung der in. dem
Inertgasstrom suspendierten Kohle die Einführungsstelle zum Zwecke der Kühlung mit
kohlefreiem Inertgas bespült wird und daß das Inertgas durch eine andere Öffnung
aus dem Ofen abgeführt wird.
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Bei der Zuführung kalter Kohle mittels eines Schneckenfördergerätes
in einen Verkokungsofen ist es bereits bekannt, an der unmittelbaren Einmündungsstelle
ein unter Druck stehendes Gas zu verwenden, um den Eintritt der Kohle in den Verkokungsofen
zu beschleunigen und um eine dichte Packung der Kohle in dem Verkokungsofen herbeizuführen.
Zum
Erfindungsvorschlag konnte dieses bekannte Verfahren eine Anregung nicht geben,
denn es bestanden bei diesem bekannten Verfahren die spezifischen Probleme, auf
welche die Erfindung abgestellt ist, nicht.
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Die beim Einbringen heißer Kohle in einen heißen Ofen bestehende Gefahr
der Feuer- und Rauchentwicklung, die auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zu
berücksichtigen ist, kann dadurch vermindert werden, daß der Kohle vor der Einführung
in den Ofen Schwerölrückstände oder Kohlenwasserstoffpech oder vorzugsweise beides
in einer Menge von 0,5 bis 5 % zugesetzt wird.
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Es ist bereits der Vorschlag gemacht worden, kalte Kohle in Pulverform
mit Hydriererzeugnissen zu vermischen, das Gemisch zu Briketts zu verpressen und
die Briketts sodann bei niederer Temperatur einer Verkokung zu unterwerfen. Es bestand
bei diesem bekannten Verfahren jedoch nicht das Problem, Feuer-, Rauch- und Explosionsgefahr
beim Einbringen heißer Kohle in einen heißen Ofen zu vermeiden, weil die Briketts
- wie gesagt - kalt waren. Zufolge dem bekannten Vorschlag sollten Kohle und deren
Hydriererzeugnisse in einem Mengenverhältnis von 1,0:0,8 vermischt werden; auch
insofern konnte dieser bekannte Vorschlag den erfindungsgemäßen Zusatz von Schwerölrückständen
und Kohlenwasserstoffpech nicht vorwegnehmen.
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Daneben ist es auch bekannt, ein flüchtige Bestandteile aufweisendes
Öl zu erhitzen, das erhitzte Öl in eine Kammer zu leiten, die flüchtigen Bestandteile
in dieser Kammer abzudestillieren und das Öl mit kalter Kohle zu vermischen, um
das entstehende Gemisch einer Verkokung bei niedriger Temperatur zu unterwerfen.
Auch bei diesem bekannten Verfahren bestanden somit nicht die spezifischen Probleme,
auf welche die Erfindung abgestellt ist, nämlich beim Einbringen von heißer Kohle
in einen heißen Ofen Feuer- und Rauchbildung zu unterdrücken.
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Der Grund für die bemerkenswerte Herabsetzung der Feuergefahr durch
die erfindungsgemäßen Zusätze von Schwerölrückständen und/oder Kohlenwasserstoffpech
ist nicht voll verständlich. Anscheinend bewirkt das Öl durch Oberflächenspannungseffekte
eine Anhäufung der Kohleteile, so daß die pro Gewichtseinheit Beschickungskohle
auftretende freie Oberfläche herabgesetzt ist. Es kann angenommen werden, daß die
Herabsetzung der freien Oberfläche zunächst eine Herabsetzung des Wärmeübergangs
auf die Kohle bewirkt, da der Wärmeübergang durch Strahlung und Konvektion - diese
beiden Arten des Wärmeübergangs sind von der Größe der freien Oberfläche, welche
Wärme aufzunehmen in der Lage ist, direkt abhängig - auf ein Minimum reduziert ist
und nur noch die Wärmeleitung übrigbleibt, welche verhältnismäßig langsam vor sich
geht. Anscheinend ist die ansammelnde Wirkung des Öls viel wichtiger als der geringfügige
Anstieg des Gehalts an flüchtigen Stoffen in dem Beschickungsgut, wenigstens was
die Feuergefahr und die Entzündbarkeit anbelangt.
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Der Zusatz von Ölrückständen zur Kohle wirkte sich besonders günstig
für die Herabsetzung der Flammenentwicklung während des ersten Teils der Beschickungsperiode
aus, war aber für die Herabsetzung der Flammenbildung im späteren Verlauf der Beschickungsperiode
weniger wirksam. Dagegen lag die Wirksamkeit eines Pechzusatzes vor allem in der
Herabsetzung der Rauch- und Flammenentwicklung während des späteren Verlaufs der
Beschickungsperiode. Versuche haben gezeigt, daß eine Kombination von Pech- und
Ölzusätzen zu der Kohlefüllung die Feuergefahr in den Öfen praktisch vollständig
aussohließt, wenn heiße. trockene Kohle in Koksöfen eingefüllt wird.
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Die Kohlenwasserstoffpeche sollen einen Schmelzpunkt zwischen 120
und 240° C, vorzugsweise zwischen 150 und 180° C haben. Ein Gemisch von Schwerölrückständen
und Kohlenwasserstoffpechen eignet sich als Zusatz bei der Einführung von Kohle
in Koksöfen am besten.
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Eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht aus einer Koksofenbatterie und einem von einer Trocken- und Vorwärmeeinrichtung
zur Koksofenbatterie führenden Beschickungsrohr mit Abzweigungen zu den einzelnen
Verkokungsöfen der Batterie mit dem Kennzeichen, daß zunächst den Einmündungen der
Abzweigungen des Beschickungsrohres in die Verkokungsöfen Kühlgaszuführungen, vorzugsweise
mit Absperrventilen, vorgesehen sind.
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Die Figuren erläutern die Erfindung; es stellt dar F i g. 1 die Draufsicht
auf eine Koksofenbatterie samt Trocknungs- und Vorwärmeinrichtung mit einer pneumatischen
Beschickungsvorrichtung der Koksöfen, F i g. 2 einen Aufriß zu F i g. 1, F i g.
3 eine Teilansicht zu F i g. 1.
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In F i g. 1 ist eine pneumatische Förderanlage für die Beschickung
der Destillationsöfen mit vorgewärmter Kohle dargestellt. Auf der linken Seite der
F i g. 1 erkennt man eine typische Batterie von Koksöfen. Diese Batterie ist mit
44 bezeichnet; auf der rechten Seite befindet sich eine zweite Batterie 45
von Koksöfen. Zwischen den beiden Batterien sind Kohlebunker 46, und zwar
über den Batterien 44 und 45
angebracht. In der Nähe der Kohlebunker
befindet sich eine Kohletrocknungs- und Vorwärmungseinrichtung 47. Vom Boden
dieser Einrichtung 47 führt ein Kohlebeschickungsrohr 48 zu den Koksöfen;
durch dieses Kohlebeschickungsrohr wird die getrockriete und vorgewärmte Kohle in
die Koksöfen eingeführt. Auf der anderen Seite der Batterie 44 erkennt man Steigrohre
49, und zwar für jeden Ofen eins. Durch diese Steigrohre 49 ziehen die bei der Verkokung
der Kohle frei werdenden gas- und dampfförmigen Bestandteile in die Sammelleitung
51. Die Steigrohre und die Sammelleitung dienen auch der Abführung derjenigen Gase,
welche zum Zwecke der pneumatischen Beförderung der vorgewärmten Kohle zu den Koksöfen
durch die Leitung 48 gelangen.
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F i g. 2 ist der Aufriß zu F i g. 1 und zeigt die Kohlebunker
46 zwischen den beiden Batterien 44
und 45. Die Kohle wird am Boden
des Kohlebunkers aus diesem entnommen und durch einen Aufzug 52 in den oberen Teil
der Trocknungs- und Vorwärmungseinrichtung 47 eingeführt. Die getrocknete, vorgewärmte,
am Boden der Einrichtung 47 entnommene Kohle tritt in das Kohlebeschickungsrohr
48 ein und wird in diesem unter Einführung von Gas, etwa Kohlegas, pneumatisch befördert.
Für die Einführung des Gases ist ein Anschluß 53 vorgesehen. Für die Beförderung
der Kohle ist ein erstaunlich geringer Gasdurchsatz erforderlich. Gewöhnlich genügen
0,45 kg Gas unter einem Druck von 0,7 bis 2,1 kg/cmQ, um 90 bis 180 kg vorgewärmter
Kohle
in den Koksofen zu befördern. Wenn bei diesem Verfahren Inertgase
für die pneumatische Beförderung verwendet werden, so braucht man kein Öl und kein
Pech für die Herabsetzung der Feuer- und Explosionsgefahr anzuwenden, da weder der
Koksofen noch die Beschickungsanlage der Luft Zutritt gewähren und daher eine Verbrennung
nicht eintreten kann. Brennbare Gase, Rauch, Staub und Rauchgase, welche normalerweise
eine große Belästigung darstellen, wenn sie während der Beschickungsperiode entstehen,
und auch die durch die Leitung 53 zum Zwecke der Beförderung der Kohle eingeführten
Gase werden durch die Steigleitungen 49 und die Sammelleitung 51 abgeführt. Da man
in der Praxis die Koksöfen :einer Batterie in einer bestimmten Reihenfolge mit Kohle
belädt, ist die Reihe von Zweigleitungen 54 vorgesehen, welche von dem Kohlenbeschickungsrohr
48 nach den einzelnen Öfen hin abzweigen. In jeder Zweigleitung 54 ist ein Ventil
55 vorgesehen, welches die Kohlenförderung nach den einzelnen Öfen der Batterie
einzustellen gestattet.
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Eine Anlage nach F i g. 1 und 2 kann man durch Umbau bestehender Koksöfen
erhalten. Die Koksofenbatterie 1 wird hierbei mit einer Trocknungs-und Vorwärmungseinrichtung
und einer pneumatischen Förderanlage für die heiße, getrocknete Kohle ausgerüstet.
Die andere Batterie kann in herkömmlicher Weise weiter betrieben werden, d. h.,
Kohle wird aus dem Bunker 46 in Füllwagen 56 verladen und auf Schienen zu den Öfen
45 der zweiten Batterie gebracht.
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F i g. 3 zeigt in vergrößertem Maßstab die Kohleeintrittsöffnung eines
Koksofens. Am oberen Ende des Koksofens mündet in diesen eine Zweigleitung 54, welche
mit dem Kohlebeschickungsrohr 48 verbunden ist. Die Zweigleitung 54 enthält
ein Einstellventil 55. Die Kohleeintrittsöffnung des Koksofens ist gegen Atmosphäre
durch eine Dichtmanschette 81 abgedichtet. Vor der Einführung der Kohle wird die
Kohleeintrittsöffnung des Koksofens gekühlt. Es wird dadurch verhindert, daß die
Kohle bereits an dieser Stelle verkokt wird, sich als Koks ansetzt und den Zutritt
weiterer Kohle zu dem Koksofen verhindert. Zu diesem Zweck sind eine Leitung 82
und ein Ventil 83 vorgesehen, durch welche ein Kühlmedium, etwa ein Dampf oder ein
kühles Inertgas, zugeführt werden kann. Gewöhnlich genügt ein Temperaturabfall von
275 bis 335° C zwischen der Kohle und dem Kühlmedium, um ein Verkrusten der Zufiußleitung
zu verhindern. Die inerten Gase strömen durch die Steigrohre 49 und deren Sammelleitung
51 ab.