DE1571676A1 - Verfahren zum Betreiben von Rostverkokungsanlagen,insbesondere zur Steuerung des Entgasungsteiles - Google Patents

Description

"Verfahren zum Betreiben von Rostver!iokungaanlag^n\ Insbesondere zur Steuerung des Entgasungstellest.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung der kontinuierlichen Verkokung von festen Brennstoffen bei der Rostverkokung, insbesondere die Steuerung des Teilve.Tbrennungsvorganges in der Entgasungszone.

Das Rostverkokungsverfahren, auch als autogene Verkokung^ bezeichnet, ist schon sehr lange bekannt 'HS-Patentschrift 2 3BO 930). Die Anlage dazu besteht aus einer Kammer, durch die eine auf einem Rost befindliche Kohlesehieht langsam hindurchwandert. Dabei wird Luft durch die !©stspalten voa unten nach oben durch die BrennstoffSchicht geblasen, wobei diese Luftmenge jedoch nicht zur vollständigen Verbrennung der Kohle, sondern nur zur Verbrennung des aus ü@r Kohle ausgetriebenen Gases ausreicht und die Verbrennung in oder über der Brennstoffschicht erfolgt. Die Durchsätze dieser ersten Anlage sind wegen der nur geringen Sefelohtliöh© klein, der Abbrand von fixem Kohlenstoff sehr Eiooh, dia Wärmeauenutzung unvollkommen, die Steuerung ües Tellirerbrennungspr^zesses nur sehr beschränkt möglich nnä der erzeugte Koks den an ihn zu stellenden Festlgkeiisaafordarungen nicht genügend.

Ea iüt auch bekannt (DAS 1 145 1^O), zwei RostverkokimgsJ-anlugen so au koppeln, daß in dor einen die ?/erkoSnm/i aaoh tlor vorgesiiinnten Waise durchgeführt und t!?iü nna ihr ,ma--

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tretende heiße Gas einer zweiten Verkokungsanlage zugeführt wird, dort von oben nach unten durch die Kohleschicht und den Rost strömend die fühlbare Wärme des Gases der ersten Verkokungsanlage auf deι Brennstoff der zweiten Anlage überträgt. Dadurch können in der zweiten Verkokungsanlage zwar Schwelgase höheren Heizwertes erzeugt werden, der in den Gasen enthaltene Teer und die übrigen kondensierbaren Bestandteile lagern sich jedoch bei der Abkühlung in den Rostspalten und Antriebsorgaasn des Rostes ab und führen zu Unterbrechungen des Betriebes, An den Koks können keine besonderen Featigkeitsensprüche gestellt werden, die Steuerung des Entgasungevorganges 1st nicht verbessert, der Abbrand des fixen Kohlöftstoff®s beträgt bis zu 10 %,

Die Weiterentwicklung dor Rostverkokung führte zu einem Verfahren (DBP 1 136 304), bei d-aas die aus dem Rostver^- koker austretenden Gase Bandverkokern derart zugeführt werden, daß sie eine auf ü?m Bandverkokor aufgebrachte Brennstoffschicht durch Überströmen und gegebenenfalls gleichzeitige Verbrennung des Gases von oben her aufheizen und entgasen, wobei zusätzlich unter der frischen Brennstoffschicht auf de as Bandvesrkaker eine heiße Koksschioht aus der Rostverkokungsanlage aufgebracht ist, Damit wird zwar eine Verheerung des Bandes uu6 -sin Kotilenstoffabbraiid des im Bandverkoker aufgebrachten frischen Brennstoffs» verhindert, jedoch wird auch hier kein genügend fester Koks erzeugt und der Verlust an fixem Kolileiißtoff im zugehörigen Rostvarkoker nicht verringert.

Zur besseren Wttrmeausnutssimg bei der Rostverkokung ist auch vorgeschlagen worden (DBP 1 IVa fi83), die vom Koks berührten Begrenzungsbake eisischlleßlioh des Auetragschachtes mit einem Rchrsyetssi auszukleiden, das mit der Dampferzeugung verbunden lat_s Nachteilig ist. dabei der WHrmeentzug aus der Verkokus?.^@kaminer, die KoksqaalitKt wird nicht verbessert, ebenso nicht die Steuerung des

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Es ist weiterhin bekannt (österreichisches Patent 119 482), dem aus einer Verkokungsanlage austretenden heißen Koks mittels eines durch ihn hindurchgeblasenen Inertgas β tr oute β die fühlbare Wärme zu entziehen und diese Wärme zur Dampferzeugung nutzbar zu machen.

Noch nicht zum Stand der Technik gehört ein Verfahren (St 24 409 VIb/lOa), bei dem der heiße Koks aus der Rostverkokungskammer in eine nach unten durch einen Wanderrost abgeschlossene Kammer eingefüllt wird, bei der Luft oder Inertgas von unten nach oben durch den Wanderrost strömt und die fühlbare Warme des Kokses zur Nutzbarmachung abfUhrt. Die heißen Gase der Rostverkokungsanlage werden in einer nachgeschalteten Kesselheizfläche abgekühlt, unter Umständen zuvor noch verbrannt. Nachteilig ist die Verwendung von Luft als Kühlmittel, weil dadurch der Abbrand des fixen Kohlenstoffes erhöht wird und schließlich sind keine Maßnahmen getroffen, «Scm Koks sine größere Festigkeit als bisher SBögliels zu ν cvIqSäis*.-_o

Ebenfalls noch nicht zum Stand der TecSis:i'& ^ hb -em ¥s^f ren (l. Sch 29 5%9 \Ib/iOa_; 2, St 19 £98 VlWlöß, 3. St 19 856 VIb/lOa und 4. Si 2S 331 VIb/lSa) sin*· besserung der bei der Hostverkeirjmg ein \ Gib ar® η K tHt, insbesondere hinsichtlich der Festigfeeitswerte«, Bei dem erstgenannten Verfahren wird die Brennstoffschicht durch Pressung sit Hilfe von Walzen gegen den Rost oder durch Rütteln verdichtet und anschließend für die von unten nach oben strömende Luft mit vertikalen Durohflihrungskaisälen versehen« Eine ähnliche Arbeitsweise benutzen die unter 2. und 3. genannten Verfahren, Bei dem 4. Verfahren wird die Aufteilung der Brennstoffschicht in Reihen oder Bänder vorgeschlagen, wozu die Brennetoffschicht aber aucl^ vorher auf den Rost aufgepreßt werden muß.

Diese vier Verfahren haben zu Koksen mit wesentlich bosseren, aber noch nicht genügenden, Festigkeitewerten geführt,

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jedoch erfordert die auf dem Rost selbst stattfindende Verdichtung eine erhebliche Verstärkung des Rostgerüstes. Außerdem kann der Rost nur noch diskontinuierlich betrieben werden, das Problem des Abbrandes von fixem Kohlenstoff wird auch nicht gelöst.

Die neueste, noch nicht zum Stand der Technik gehörende Entwicklung sieht vor, den gemahlenen Brennstoff vor der Verkokungsanlage zu backsteinähnlichen Gebilden zu pressen und (tiese Körper so auf den ohne Unterbrechung laufenden Rost aufzusetzen, daß in Längsrichtung parallel zu den Seiten des Rostes Kohlenwände streifenartig in Höhen von mindestens 1 m und Breiten von 10 bis 20 cm aufgesetzt werden, wobei zwischen diesen KohlenwHnden Spalten zum Luftdurchtritt offen bleiben. Diese Maßnahme hat bewirkt, daß nunmehr Koks erzeugt werden kann, der in seinen Eigenschaften dem Hüttenkoks entspricht, allerdings mit dem Nachteil, daß ein immer noch zu hoher Abbrand an fixem Kohlenstoff entsteht.

Noch nicht zum Stand der Technik gehört der weitere Vorschlag, diesen Abbrand dadurch zu verhindern, daß die aus den einzelnen gepreßten Kohlekörpern bestehenden Brennstoff streifen nicht auf Roststäbe, sondern auf Platten gestellt werden, die etwas breiter als die Brennstoffreihen selbst und an den Seiten hochgebördelt sind. Der Abbrand konnte zwar dadurch vermindert werden, ist aber insbesondere wegen des mit dem Abbrand steigenden Aschengehaltes des Kokses immer noch zu hoch.

Aufgabe der Erfindung ist es, einmal durch genaue Anpassung der Zugabe des Oxydationsmittels, z.B. Luft, im Entgasungsbereich an die aus dem Brennstoff in der Zeiteinheit austretende Wärmemenge je kg Brennstoff über den ganzen Entgasungsweg die gleiche Verbrennungsziffer, bezogen auf die vollkommene Verbrennung der aus dem Brennstoff austretenden flüchtigen Bestandteile einhalten stu können, zum anderen durch eine direkte überführung der fühlbaren Kokswärme auf die zu Beginn der Entgasung vorzuwärmend·

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Brennstoffschicht zu Übertragen, ohne noch in der Kühl- oder schon in der Vorwärmzone feste Bestandteile des Kokses zu verbrennen.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in einer eigens dazu entwickelten Laboratoriumsapparatur der Verkokungsvorgang einer Kohle abhängig von der Transportgeschwindigkeit des Rostes und damit von der Aufenthaltszeit, der Temperatur und der Aufheizgeschwindigkeit nachgeahmt und dabei die aus der Kohle austretende Gasmenge, deren Heizwert und damit die Gaswertzahl bestimmt wird. Von der Kurve der Gaswertzahlen, abhängig von der Zeit, wird die erste Ableitung gebildet, womit die in der Zeiteinheit austretende Wärmemenge je kg Kohle festliegt. Aus ihr errechnet sich die in der jeweiligen Zeiteinheit erforderliche Sauerstoffmenge, die man zur Einhaltung einer bestimmten Verbrennungeziffer, immer kleiner als 1 und bezogen auf die vollkommene Verbrennung der ausgetretenen flüchtigen Bestandteile benötigt. Da die Verbrennungsziffer über dem Entgasungsweg konstant sein soll, ebenso die Strömungsgeschwindigkeit in den Spalten, stehen die Rauchgasuenge&^fast,die abhängig von ihren Og-Gehalt, in den einzelnen Zeitabschnitten zugegeben werden müssen. Die Senkung des Sauerstoffgehaltes durch die Rauchgaszugabe, verglichen mit des Sauerstoffgehalt an der Stelle der höchsten Gaswertzahlen je Zeiteinheit, z.B. 21 % bei der Verwendung von Luft, bewirkt ferner eine Verzögerung des Verbrennungevorganges und daralt eine Vergleichmäßigung der Wärmefreisetznmg auf de» Wog durch die Spalten. Die Übertragung der in der 3 iiaul tan-Anlage ermittelten günstigsten Werte auf die Betriebssnlage kann durch eine Programmsteuerung oder auefe von Hand erfolgen. Kontinuierlich durchgeführte, voIlaiatoiBatiaoh© Messungen der Gaszusanmensetzung und der Temperatur, in bestimmten Abständen über der Hostlänge am Austritt aus üen Spalten zwischen den Kohlereihen nach oben erlauben eis« Kontrolle des vorgegebenen Programms und gegebenenfalls notwendige Angleichungen. Auf diese Welse wird wQz-htm&oifi,,

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an irgendeiner Steile des Entgasungsweges mehr Sauerstoff zugegeben wird als zu einer bestimmten Teilverbrennung des aus dea Brennstoff austretenden Gases benötigt wird. Damit wird aber auch der geringstaugliche Abbrand an festen Kohlenstoff erreicht, der nach diesem Verfahren weniger al« 1 % beträgt, im Gegensatz zu den bisher bekannten Verfahren« wo im günstigsten Fall 3 %, in den meisten Fällen jedoch 5 bis 10 % fester Kohlenstoff abbrennen.

Ein weiterer Erfindungsgedanke ist der, den Abbrand des fixen Kohlenstoffes nosh weiter dadurch zu verringern, daß in der Vorwärtsone der zn verkokende Brennstoff mit einem inertem Gas bis zum Einsetzen des Entgasungsvorganges aufgeheizt und d@r heiße Koks nach der Entgasung duroh die gleichen Inertgase abgekühlt wird. Zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit des Verfalirens wird die Wärme des heißen Kokses durch daa Inertgas direkt auf ü&n vorzuwärmenden Brennstoff Übertragen* Ba der Wärmeinhalt des heißen Kokses den Bedarf des aufzuheisenden Brennstoffes im allgemeinen übertrifft, kann auch a©e!i auf das Oxydationsmittel für die Entgasungszosie unä gegebenenfalls noch eine gewisse Wärmemenge auf alien Frradkreislauf übertragen werden.

Der Vorteil der Erfindung ist, daß mit der Unterstützung duroh die unmittelbare Übertragung der Wärme bei den KUhI- und Aufwärmvorgängen rsit IiIfe sauerstoff-freier Gase der Abbrand des fixen Kohlenstoffes nahezu vollkommen verhindert wird. Das Koksaus'&yiagen erreicht einen Höchst-, der Wärmevorlust sind die Ablagekasten einen Niedrigstwert.

Fig. 1 zeigt abhängig'von <&sr Rostlänge L eine priüilpiellt Darstellung der aus $e® Iran» s ta· ff austretenden ßasmengen (ft), der zugehörigem Gaebeiiwtrta (b) unü Gaswartzahlen (c), wie sie allgemein b@i ftäten BreiiEatoffen festgestellt werden -können.

Fig. 2 stellt die Ableitung der G&swertzahl-Kurve (o) aus Flg. 1 nach der Zeit dar und macht deutlioh, daß die Geschwindigkeit des Eiitgaeisiigsvorgafigee über de» Rostweg sehr

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große Unterschiede aufweist. Sinngemäß verläuft die Kurve für die von. der Anlage benötigte Sauerstoffmenge zur Teilverbrennung des Gases, wenn stets die gleiche Verbrennungsziffer eingehalten wird (Fig. 3).

Zur Tel!verbrennung der aus dem Brennstoff austretender Gase strömt das Oxydationsmittel durch die Spalten zwischen den aufgesetzten Brennstoff-Formling-Reihen von unten nach oben. Die gleiche Richtung hat das Kühlgas in der KUhIzone, während in der Vorwärmzone vom Heizgas eine umgekehrte Strömungsrichtung eingehalten wird. Im Entgasungsbereich kann die nach Fig. 3 festgelegte Sauerstoffmenge in einem beliebigen gasförmigen Oxydationsmittel zugegeben werden. Erfolgt die Zugabe z.B. mit Luft (21 fe Sauerstoff) und gibt man in den einzelnen Abschnitten der Entgasungszone jeweils nur den benötigten Sauerstoffbetrag zu, so strömt dies© Luft abschnittsweise mit verschiedenen Geschwindigkeiten dure!» «Je Spalten«, Da aber mit der Geschwindigkeit der Bruc&verlusv, aioiSÄi, <?r stellt sieh dann der Luftstrom euf die Zonen genajercL ^rv_;-, .i-a^küst®®, so daß eine genaue· Doeiei'üB.^ des Sar.ers4of:ilsci~> y-ss mehr eingehalten wird.

Es ist ein weiterer Erf indungegeöanke, Knit©? Eis der gleichen Verbrennungsziffer über dem Entgasungsweg in den Spalten eine annähernd gleichgroße Geschwindigkeit einzustellen, was bedeutet, daß z.B. bei Verwendung von Luft an der höchsten Stelle der Kurve in Bild 3 diese Luft mit 21 $ Sauerstoff, in den übrigen Bereichen mit Sauerstoffwerten weniger als 21 % zugegeben wird. Letzteres kann durch Zugabe von Rauchgas, Inertgas oder ähnlichem erreicht werden. Zweckmäßigerweise wird Rauchgas &us der Verbrennung von dem in der Rostverkokungeanlag© erstug-» ten Gas, z.B. in einen angeschlossenen Dampfkessel, verwendet.

Zur Anwendung des Verfahrens wird als weiterer Erfiadusigsgedanke vorgeschlagen, die Vorwärmung, Entgasung und Küiilung

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auf einen durchgehenden Rost durchzuführen, wobei die einzelnen Bereiche durch in der Form an die Brennstoffaufgabe und bis zum Rostboden reichende Zwischenwände voneinander abgegrenzt werden. Diese Zwischenwände brauchen den übergang von Gasen der einen zur anderen Zone nicht vollkommen abzusperren. Es genügt eine Abdichtung, die den übertritt von weniger als 10 # der an dieser Stelle vorhandenen Gasmengen verhindert.

Eine andere Möglichkeit zur Durchführung des Verfahrens ist die treppenförmige Hintereinanderschaltung von zwei Rosten, wobei der erste Rost die Vorwärm- und Entgasungszone, der zweite die Klihlzone enthält. Auch hier muß zwischen den einzelnen Zonen eine Abdichtung vorgesehen werden, die einen nur begrenzten Übergang der Gasmengen erlaubt. Die . Abdichtung zum Kühlrost kann auch durch eine KoksschUttung z.B. in einem kleinen Schacht oder ähnlichem erfolgen, wobei der Druckverlust zum Durchströmen dieser Schüttung größer sein muß als der Druckverlust der dem tiefer gelegenen Kühl teil nachgeschalteten Anlageteile.

-Patentaneprüche-

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Claims (7)

■fS71676 - 9 - 25.1.66 Pa 6605 Soh/Bo Patentansprüche

1.) Verfahren zur kontinuierlichen Verkokung von feiten Brennstoffen beliebiger Formgebung und Aufbereitungeart auf Rosten, bei des die Entgasungswärme durch Teilverbrennung des aus dee Brennstoff austretenden Gases gedeckt und die Oxydationsmittel von unten nach oben duroh die Brennstoff schicht geführt werden, während die Kühlung und Vorwärmung des Brennstoffes bzw. Kokses durch Inertgas erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß in der aus der Vorwäre-, Entgasungs- und Kühlzone bestehenden Rostverkokungsanlage in der Entgasungszone soviel Sauerstoff in Form von Rauchgas, Luft, sauerstoffangereicherter Luft, reinem Sauerstoff oder sonstigen gasförmigen Sauerstoff trägern zugegeben wird, daß während des ganzen Förderweges des Brennstoffes durch die Entgasungezone eine annähernd gleichmäßige Verbrennungsziffer (Λ ^s 0,2 - 0,8), bezogen auf dl· vollständige Verbrennung des aus der Kohle in den einzelnen Abschnitten der Entgasungszone austretenden Gases eingehalten wird, während die Vorwärmung des Brennstoffes duroh von oben nach unten duroh die Brennstoff schioht strömende heiße Inertgase, die Kühlung in der Kühlzone durch von unten nach oben durch die heiße Kokssohicht strömende kalte Inertgase erfolgt, wobei die in der KUhlzone aufgeheizten Inertgase direkt als Vorwärmmittel zur Vorwärmzone, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines weiteren Wärmetauschers, geleitet werden.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in den drei Hauptsoaen zugegebenen oder entstehenden gasförmigen Mittel zonenweise getrennt voneinander aus der Rostverkokungsanlage abgezogen, die Oase aus dem Entgasungebereloh weiteren Verwendungszwecken, i.B. lur Vorwärmung benötigter Mittel, die Kühlgase aus

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der Kühlaone ie Kreislauf der Vorwärmzone als Heizgas und τόη dort wieder zur Kühlzone zurückgeführt werden.

3.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Wärme des Kühlgases der Kühlzone ganz oder teilweise zur Aufheizung des Oxydationsmittels der Entgasungszone benutzt wird.

4.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Wärmebedarf zur Vorwärmung des Oxydationsmittels für die Entgasungszone und/oder des Heizgases für die Vorwärmzone aus der fühlbaren Wärme des aus der Entgasungezone austretenden Gases und/oder durch Verbrennung oder Teilverbrennung dieses Gases gedeckt wird.

5.) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruoh 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmung, Entgasung und Kühlung auf einem gemeinsamen Host erfolgt und die einzelnen Zonen duroh Zwischenwände voneinander getrennt und mit eigenen Gasauetritten versehen sind, wobei die Zwischenwände an die Form der Brennstoffaufgabe auf den Rost angepaßt sind,

6.) Vorrichtung naoh Anspruch 5, daduroh gekennzeichnet, daß für jede Zone ein eigener Rost erstellt wird und diese Roste so hintereinander angeordnet sind, daß sich die Roetoborflachen auf gleicher Höhe befinden und die »wischen den Rosten eingebauten, als GleitflHohen ausgebildeten Verbindungsstücke gleichzeitig die unter· Begrenzung der Abdichtung zu den Naohbarzonen bilden.

7.) Vorrichtung naob den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, duo tür dl· Vorwärm- und Entgasungezone tin gemeinsamer und fUr dl· Kühlzone ein eigener, mit der BoetoberflHohe in gleicher oder geringerer Höhe stehender Rost erstellt und der direkt· Übergang ▼on einem Rost ium anderen so gestaltet let, daß er gleichzeitig «la Absohlußorgan gegen die Machbarzone dient.

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