DE1234187B - Verfahren zur Einstellung der aus der Schwelzone eines Spuelgasschwelofens abzuzweigenden Nutzgasmenge - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

ClOb

Deutsche KL: 10 a - 24/01

Nummer: 1234187

Aktenzeichen: M44262VIb/10a

Anmeldetag: 9. Februar 1960

Auslegetag: 16. Februar 1967

Spülgasöfen zur Schwelung bituminöser Brennstoffe wie Steinkohle, Braunkohle, Ölschiefer od. dgl. bestehen aus einem Schacht, der in eine obere Trockenzone, eine darunterliegende Schwelzone und gegebenenfalls eine untere Kokskühlzone unterteilt ist.

In der Trockenzone wandert die Schwelkohle abwärts einem heißen Inertgasstrom entgegen. Dieser Inertgasstrom wird im Kreislauf durch die Trockenzone geführt und durch direkte Zufuhr von heißen Verbrennungsgasen, die in einer Brennkammer erzeugt werden, aufgeheizt. Die entsprechende Menge abgekühlten und wasserdampfhaltigen Inertgases wird aus dem Kreislauf an der kältesten Stelle hinter der Trockenzone abgezweigt.

In der Schwelzone wird das Schwelgut durch einen zweiten Kreislauf heißer Spülgase auf Schweltemperatur gebracht. Das heiße Spülgas wird im unteren Teil der Schwelzone in die Kohleschicht eingeleitet und tritt am oberen Ende der Schwelzone, mit den flüchtigen Schwelprodukten — Teer, Wasser, Gas — beladen, wieder aus.

Nach Abscheidung der kondensierbaren Anteile wird ein Teil dieses Gases in einer Verbrennungskammer durch teilweise Verbrennung auf die Spülgaseintrittstemperatur erhitzt und in den unteren Teil der Schwelzone zurückgeführt. Der nicht in diesen Kreislauf zurückgeführte Anteil ist ein heizkräftiges Nutzgas, das nur durch die bei der im Kreislauf stattfindenden Teilverbrennung gebildete, geringe Rauchgasmenge verdünnt ist. Die Menge dieses Nutzgases richtet sich nach der Gasentwicklung des Schwelgutes, dem Wärmebedarf der Trocknung und der Schwelung sowie dem Durchsatz des Ofens.

Die Menge dieses aus dem Spülgaskreislauf abgezweigten Nutzgases unterliegt einer Regelung, um einen Übertritt des noch teerhaltigen Spülgases aus der Schwelzone in die darüberliegende Trockenzone zu verhindern. Das Entweichen von teerhaltigem Spülgas durch die Trockenzone bedeutet nicht nur einen Nutzgasverlust, sondern verursacht eine Verschmutzung des Trockners und die Verunreinigung der in die Atmosphäre abgestoßenen Trocknerschwaden mit brennbaren, übelriechenden und schädlichen Bestandteilen, wie z.B. Schwefelwasserstoff, Kohlenoxyd u. dgl. In den Trockner gelangende und dort kondensierende Teerstoffe bilden mit Kohlenstaub Verkrustungen, deren Entfernung häufig Betriebsunterbrechungen notwendig macht.

Es ist bekannt, die aus dem Spülgaskreislauf der Schwelzone abzuzweigende Nutzgasmenge dadurch einzustellen und zu überwachen, daß man den Ver-Verf ahren zur Einstellung der aus der Schwelzone eines Spülgasschwelofens abzuzweigenden Nutzgasmenge

Anmelder:

Metallgesellschaft Aktiengesellschaft, Frankfurt/M., Reuterweg 14

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Walter Schridde, Helmstedt

bindungskanälen zwischen Trockenzone und Schwelzone entnommene Gasproben auf ihren Gehalt an brennbaren Bestandteilen prüft. Eine primitive, aber seit langem gebräuchliche Prüfmethode besteht darin, an eine Öffnung der Verbindungskanäle eine glimmende Lunte zu halten, deren Aufflammen die Anwesenheit brennbarer Gase anzeigt. Diese Prüfmethode ist zeitlich wie örtlich diskontinuierlich. Die großen Spülgasschwelöfen der Industrie haben zwischen Trockenzone und Schwelzone bis zu acht Verbindungskanäle, in denen die Prüfung auf die Anwesenheit brennbarer Gase gleichzeitig erfolgen müßte. Da die Glimmprobe aber nur in größeren Zeitabständen, etwa alle 2 Stunden, vorgenommen werden kann, werden alle Betriebszustände, die zwischen diesen Proben eintreten, nicht einwandfrei erfaßt.

Es ist auch bekannt, die Gasströmung in den Verbindungskanälen durch Messung der Druckdifferenz zwischen Trockenzone und Schwelzone zu überwachen und die Gasbeschaffenheit in den Verbindungskanälen durch eine kontinuierliche Gasanalyse auf eine oder mehrere Gaskomponenten, z. B. Wasserstoff, zu prüfen. Der zeitweilige Teergehalt der in den Verbindungskanälen befindlichen Gase erschwert jedoch die Anwendung von Präzisionsgeräten, und die Einschaltung von Filtern oder dergleichen. Reinigungsanlagen in die Meßleitungen beeinträchtigt die Genauigkeit bis zur Untauglichkeit der Methoden. Die Schwelerei ist zudem ein rauher Betrieb, in welchem eine sorgfältige Pflege empfindlicher Meßgeräte nicht immer möglich ist. Deshalb ist bis heute die bereits erwähnte Prüfmethode mittels einer glimmenden Lunte trotz ihrer offensichtlichen Nachteile fast ausschließlich im Gebrauch.

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Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß Die Feinfühligkeit der erfindungsgemäßen Meßvon dem durch die Schwelzone kreisenden Spülgas, methode erlaubt jedoch auch, vom Gehalt des Inertdas etwa 16% CO, 16% H₂ und 10% CH₄ enthält, gaskreislaufes durch die Trockenzone an brennbaren schon kleine, in die Trockenzone übertretenden Gas- Bestandteilen her die Menge des aus dem Spülgasmengen im Inertgaskreislauf der Trockenzone nach- 5 kreislauf durch die Schwelzone zu entnehmenden weisbar sind, weil sie sich in diesem anreichern. Die überschüssigen Nuizgases automatisch zu steuern. Voraussetzung, daß Üer durch die Trockenzone um- Dazu wird das Analysengerät im Inertgaskreislauf in laufende Inertgasström frei von brennbaren Anteilen bekannter Weise mit der Drosselklappe in der Nutz- und von Sauerstoff ist, wird durch die Einstellung gasabzweigung derart gekoppelt, daß bei Unterschreides Brenners, in dem das Inertgas erzeugt wird, er- io tung eines Minimalwertes von etwa 0,2 bis 0,3% füllt. Der Brenner wird so eingestellt, daß weder un- Wasserstoff oder Kohlenoxyd im Inertgaskreislauf verbranntes Gas in die Atmosphäre noch Sauerstoff der Querschnitt der Nutzgasabzweigung weiter gein den Trockner gelangen. Eingehende Versuche drosselt wird, bis ein Maximalwert von etwa 0,4 bis haben gezeigt, daß 'bei Einstellung des durch die 0,5 Volumprozent Wasserstoff Oder Köhlenoxyd im Trockenzone umgewälzten Inertgases auf Reinheit 15 Inertgaskreislauf erreicht ist. Wird dieser Maximalbezüglich Sauerstoff und brennbarer Bestandteile ein wert überschritten, dann wird der Querschnitt der Durchbruch von Schwelgas aus dem Spülgaskreislauf Nutzgasabzweigung wieder erweitert, bis der Minider Schwelzone in-die Trockenzone innerhalb weni- malwert wieder erreicht ist. Durch die automatische ger Minuten am Auftreten typischer .Schwelgas- Regelung spielt sich ein-Dauerwert zwischen 0,3 und komponenten wie H₂, CO, CH₄ oder H₂S im Inert- 20 0,4 Volumprozent H₂ oder CO im Inertgaskreislauf gaskreislauf der .Trockenzone nachgewiesen werden ein. Der Gehalt der Trocknerabgase an brennbaren kann. Verdünnungen des Inertgases durch 1 bis 5% Anteilen liegt dann unter 1 Volumprozent.
Schwelgas sind ohne Schwierigkeiten auf diese Weise Die erfindungsgemäße Meßmethode und die damit meßbar. Gemessen' iwird zweckmäßig der Gehalt des verbundene automatische Steuerung der Nutzgas-Inertgases an Wasserstoff oder Kohlenoxyd. 25 entnahme ist vom Gehalt der Sehwelkohle an Feuch-

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur - tigkeit und flüchtigen Bestandteilen unabhängig und

Einstellung der aus dem Spülgaskreislauf der Schwel- stellt deshalb stets die optimale Menge des abzuzwei-

zone abzuzweigenden Nutzgasmenge eines Spülgas- genden Nutzgases ein, während der Nutzgasverlust

schwelofens mit voneinander unabhängigen Gaskreis- mit den Abschwaden, der bisher schwer zu kontrol-

läufen für die Trocknung,· die Schwelung "und die 30 Heren war, ein definiertes Minimum wird. Außerdem

Kühlung des Schwelgutes. wird die Verschmutzung des Trockners durch Teer-

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch ge- stoffe fast ganz verhindert, so daß die Betriebszeiten

kennzeichnet, daß die abzuzweigende Nutzgasmenge zwischen zwei Reinigungen des Trockners auf ein

nach dem in bekannter Weise kontinuierlich gemes- Vielfaches der bisher möglichen Betriebszeiten ver-

senen Gehalt an einer oder mehreren typischen 35 längert werden.

Schwelgaskomponenten (H₂; CO; CH₄; H₂S) in dem Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch dann durch die Trocknungszone umgewälzten Inertgas- anwendbar, wenn die Trockenzone eines Schwelstrom geregelt wird. ofens, insbesondere eines Spülgasschwelofens, als

Als Meßgröße wird vorzugsweise der Wasserstoff- Sperrgaszone, z. B. Gasschleuse, ausgebildet ist, wie

gehalt des Inertgasstromes der Trocknungszone be- 40 es bei trockenen Brennstoffen, die keiner Trocknung,

nutzt. sondern nur einer Vorwärmung bedürfen, üblich ist.

Zweckmäßig wird der Gehalt an brennbaren Be- Eine weitere Anwendungsmöglichkeit ergibt sich, standteilen in dem in der Vortrocknerbrennkammer wenn der Schwelzone eine darunterliegende Kokshergestellten Rauchgas bei der Regelung der Nutz- kühlzone folgt, in welcher entsprechend dem Inertgasentnahme als Vorgabewert zur regelnden Meß- 45 gaskreislauf durch den Vortrockner ein Kühlgasgröße berücksichtigt, kreislauf angewendet wird. Das erfindungsgemäße

Da die Analysenprobe nicht mehr aus den Verbin- Verfahren verhindert dann einen Durchbruch von

dungskanälen zwischen Trockenzone und Schwelzone heißem Spülgas in die Kühlzone, der einen Verlust

entnommen werden muß, sondern an einer kalten an Gasausbeute und Wärme bedeuten würde, und

Stelle des Inertgaskreislaufes entnommen werden 50 einen Durchbruch von Kühlgas in den Spülgaskreis-

kann, ist die Gewinnung teer- und staubfreier lauf, der einen Temperaturabfall und eine Verdün-

Analysenproben einfach, und die Verwendung der nung des Nutzgases verursachen würde,

bekannten, kontinuierlich arbeitenden Analysengeräte In der Abbildung ist eine Ausführungsform der

bereitet keine Schwierigkeiten mehr. Die Bestimmung Erfindung beispielsweise und schematisch dargestellt,

des Wasserstoffgehaltes im Inertgas hat dabei den 55 Der dargestellte Spülgasschwelofen besteht aus

Vorteil, daß hierzu die Messung der Wärmeleit- einem Trockner 1 und einem Schweler 2, an den sich

fähigkeit des kontrollierten Gases herangezogen wer- eine Kokskühlzone 3 anschließt. Die aus der Schwel-

den kann, die besonders einfach durchzuführen ist. zone 2 austretenden Spülgase werden durch die Lei-

Durch Einstellung der überschüssigen Nutzgas- tung 11 einer Kondensationsanlage 4 zugeführt, in menge nach einem Minimum der typischen Schwel- 60 der die Gase gekühlt und die kondensierbaren Begaskomponente im Inertgaskreislauf der Trocken- standteile niedergeschlagen werden. Das Kreislaufzone werden Schwelgasdurchbrüche aus der Schwel- gebläse 8 führt einen Teil des gekühlten und gereizone in die Trockenzone verhindert und außerdem nigten Gases durch die Leitung 17 zur Brennkamwird das Optimum der Schwelgasausbeute erreicht. mer 9, wo dieser durch Teilverbrennung auf die er-Diese Einstellung der Überschußgasmenge kann vom 65 forderliche Temperatur, z. B. auf 700° C, gebracht Bedienungsstand des Schwelofens aus mit Hilfe eines wird und dann als heißes Spülgas durch die Kanäle kontinuierlich arbeitenden Meßgerätes überwacht und 10 in die Schwelzone zurückkehrt. Ein weiterer Teilvon Hand korrigiert werden. strom wird durch die Leitung 18 abgezweigt und in

Claims (3)

einer Brennkammer 6 zu einem Rauchgas, das weder Sauerstoff noch brennbare Bestandteile enthält, verbrannt. Dieses Inertgas wird durch die Leitung 19 in den Gaskreislauf durch den Trockner 1 eingeführt, in dem es seine fühlbare Wärme an den Brennstoff ab- S gibt. Die Umwälzung der Gase erfolgt mit Hilfe des Kreislaufgebläses 5. Der ausgetriebene Wasserdampf und ein der zugeführten Heißgasmenge entsprechender Gasüberschuß werden aus dem Kreislauf abgezweigt und über den Kamin 7 ins Freie abgeführt. ία Der im Spülgaskreislauf U, 4, 8, Yl, 2 sich bildende Schwelgasüberschuß wird durch die Leitung 12 zur Verwendung abgeleitet. Der Spülgaskreislauf wird mittels eines Schiebers 13 in der Leitung 12 durch Veränderung der abgezweigten überschüssigen ig Schwelgasmenge so eingestellt, daß durch die Verbindungsschächte 14 zwischen Trockner 1 und Schweler 2 weder Schwelgas von unten nach oben, noch Trocknerkreislauf von oben nach unten strömt. Erfindungsgemäß erfolgt diese Einstellung dadurch, daß die Kreislaufgase des Trockners mit Hilfe eines kontinuierlich arbeitenden Gasprüfers 15 laufend auf ihren Gehalt an typischen Schwelgasbestandteilen, z.B. Kohlenoxyd, Wasserstoff, Methan, Schwefelwasserstoff, gemessen werden. Bei der richtigen Einstellung des Ofens beträgt dann der Gehalt der Kreislaufgase des Vortrockners an der gemessenen Gaskomponente H2; CO beispielsweise 0,4 Volumprozent. Vergrößert sich nun die Uberschußgasmenge, z. B. durch stärkere Entgasung oder höheren Durchsatz, so steigt bei der zur Zeit gegebenen Einstellung des Schiebers 13 die zusätzlich erzeugte Schwelgasmenge in den Trockner auf und bewirkt dort eine Anreicherung des Kreislaufgases an der gemessenen Gaskomponente auf etwa 1 Volumprozent. Diese Anreicherung wird von dem Meßgerät 15 innerhalb von 2 bis 4 Minuten angezeigt, so daß auf Grund der veränderten Anzeige die Überschußgasmenge aus Leitung 12 mittels Schieber 13 vergrößert und so eingestellt werden kann, daß der normale Wert an der gemessenen Gaskomponente im Trocknerkreislaufgas wieder hergestellt wird. Wenn eine Überschußgasmenge erzeugt wird und der angezeigte Wert an brennbaren Bestandteilen im Trocknerkreislaufgas unterschritten wird, dann wird sinngemäß durch eine Verringerung der Überschußgasmenge aus Leitung 12 der normale Wert wieder eingestellt. Die Übertragung der Meßwerte auf den Schieber 13 zur Einstellung der Überschußgasmenge kann zweckmäßig automatisch dadurch erfolgen, daß die Meßwerte des Analysengerätes 15 über das Relais 16 auf den Schieber zur Regelung der Überschußgasmenge in bekannter Weise übertragen werden. Bei einem Ansteigen der Meßwerte wird der Schieber geöffnet und bei einem Absinken der Werte des Gebers gedrosselt. Auf diese Weise können sowohl die Qualität als auch die Menge der aus dem Schweler abgezogenen Gase automatisch auf einer bestimmten gewünschten Höhe gehalten werden, wodurch die Bedienung des Ofens außerordentlich vereinfacht und wesentlich verbessert wird. Voraussetzung für ein einwandfreies Arbeiten des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Reinheit des in der Brennkammer 6 erzeugten Inertgases bezüglich Sauerstoff und brennbarer Schwelgasbestandteile. Die letzteren würden den Grundwert der Regelung zwischen dem Analysengerät 15 und dem Schieber 13 verändern. Deshalb kann es von Vorteil sein, die Sauerstoffzufuhr für Brennkammer 6 durch die Leitung 20 vom Gehalt des Inertgases in der Leitung 19 an brennbarem Schwelgasanteilen her in analoger Weise zu steuern. Im allgemeinen genügt es jedoch, das Analysengerät 15 zeitweilig aus dem Regelkreis zwischen Trocknergaskreislauf und Schieber 13 herauszuschalten und zur Messung des Schwelgasgehaltes im Inertgas (Leitung 19) zu verwenden. Der gemessene Schwelgasgehalt, insbesondere Wasserstoffgehalt, des Inertgases wird dann bei Wiederumschaltung des Analysengerätes in den Regelkreis als Vorgabewert berücksichtigt. Patentansprüche:

1. Verfahren zur Einstellung der aus dem Spülgaskreislauf der Schwelzone abzuzweigenden Nutzgasmenge eines Spülgasschwelofens mit voneinander unabhängigen Gaskreisläufen für die Trocknung, die Schwelung und die Kühlung des Schwelgutes, dadurch gekennzeichnet, daß die abzuzweigende Nutzgasmenge nach dem in bekannter Weise kontinuierlich gemessenen Gehalt an einer oder mehreren typischen Schwelgaskomponenten (H₂; CO; CH₄; H₂S) in dem durch die Trocknungszone umgewälzten Inertgasstrom geregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßgröße der Wasserstoffgehalt des Inertgasstromes der Trocknungszone benutzt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an brennbaren Bestandteilen in dem in der Vortrocknerbrennkammer hergestellten Rauchgas bei der Regelung der Nutzgasentnahme als Vorgabewert zur regelnden Meßgröße berücksichtigt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Alb er ti, »Schwelfibel«, 1956, S. 91 und 92;
»Bergbautechnik«, 4, 1954, Heft 9, S. 483 bis 488.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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