DE19619902C2 - Heizzugkonstruktion für ein Einzelkammerverkokungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizzugkonstruktion für ein Einzelkammerverkokungssystem, bestehend aus Läufern und Bindern. Einzelkammerverkokungssysteme sind z. B. aus der DE-PS 36 43 919 bekannt und gegenüber Vielkammerverkokungssystemen dadurch gekennzeichnet, daß die von oben beschickten und horizontal gedrückten Kammern/Reaktoren einzeln und unabhängig voneinander betreibbar sind. Das wird dadurch ermöglicht, daß die Einzelkammer/Reaktor aus zwei zusammengehörigen Heizwänden gebildet wird, die durch wärmedämmende starre Seitenwände eingespannt werden. Besonders vorteilhaft sind Seiteneinspannungen aus Stahl. In diesem Sinne haben sich T-Träger bewährt. Zu dem Reaktor gehören wie bei der Kammer des Vielkammersystems noch Sohle, Decken und Ofentüren.

Einzelkammerverkokungsreaktoren sind leicht daran zu erkennen, daß zwei zusammengehörige, die Verkokungskammer/Reaktor bildende Heizwände jeweils nur eine Charge beheizen, was dazu führt, daß sie als Baumodule eine eigene selbständige Einheit bilden, die einzeln und unabhängig betrieben werden können. Demgegenüber wirkt bei Vielkammerverkokungssystemen jede Heizwand auf zwei nebeneinander liegende und durch die Heizwand voneinander getrennte Kammerhälften. Damit können Vielkammerverkokungssysteme nur batterieweise (bis zu 70 Kammern) betrieben und gesteuert werden. Gleichwohl lassen sich Einzelkammern/Reaktoren batterieweise zusammenfassen. Die Unabhängigkeit der Einzelkammern wird dadurch nicht beeinträchtigt.

Die besondere Funktion der Einzelkammerverkokungssysteme schließt nicht aus, daß die verschiedenen Einzelkammern/Reaktoren in Reihen nebeneinander angeordnet werden, wie das für Vielkammerverkokungssysteme üblich ist.

Beim Vielkammerverkokungssystem wird die Stabilität der Heizwand durch die Breite der Heizzüge und die Deckenauflast erreicht. Aufgrund des hohen Schlankheitsgrades der Heizwand und der begrenzten Deckenauflast ist die Stabilität der Heizwand gegen seitlich wirkenden Verkokungsdruck relativ gering. Wegen dieses konstruktiven Nachteils und wegen der Wärmeabgabe der Heizwand nach beiden Seiten ist eine Abstimmung des Druckrhythmus zwingend erforderlich. Bewährt haben sich die Druckrhythmen 1,3,5/2,4,8 und 1,6,11/3,8,13/5,10,15/2,7,12/4,9,14. Hierdurch wird vermieden, daß

• a) während einer Treibdruckspitze ein benachbarter Koksofen ausgedrückt werden muß und
• b) eine zu starke Wärmeentspeicherung einer Heizwand einsetzt, wenn zwei benachbarte Koksöfen in zu kurzen Zeitabständen chargiert werden.

Die notwendige Einhaltung eines bestimmten Druckrhythmus macht das Vielkammerverkokungssystem unflexibel und störungsanfällig, denn in manchen Fällen muß gegen die Regel verstoßen werden, um betrieblichen Erfordernissen - z. B. Reparaturfällen - gerecht werden zu können.

Bei dem Einzelkammerverkokungssystem sind in Batteriebauweisen zwischen je zwei benachbarten Reaktoren in einer bekannten Ausführungsform zwei Seitenwände vorgesehen. D.h. jedem Reaktor ist eine separate Seitenwand zugeordnet. Ferner sind beide Seitenwände - beispielsweise durch T-Träger - so versteift, daß trotz schlanker Bauweise im Feuerfestbereich eine beliebig vorzugebende Steifigkeit gegeben ist, um beide Reaktoren unabhängig voneinander betreiben zu können. Dies erlaubt folgende für Vielkammerverkokungssysteme nicht durchführbare Reparaturmaßnahmen: an einzelnen Reaktoren Stillsetzen, Erneuern.

Das Einzelkammerverkokungssystem erlaubt auch eine von der Deckenauflast unabhängige Konstruktion der Heizzüge zur Optimierung der Flammenführung und der Verbrennung.

Das Einzelkammerverkokungssystem gibt eine extrem große Unabhängigkeit gegenüber der Kohlengrundlage bei gleichzeitig hohem Koksausbringen durch den Einsatz niederflüchtiger Kohle. Die Verwendung vorerhitzter Kohle in Kombination mit Kokstrockenkühlung und programmgesteuerter Beheizung führen zu einer beträchtlichen Steigerung des energetischen Wirkungsgrades.

In den bisherigen Planungen wurde davon ausgegangen, daß für eine Jahreskapazität von z. B. 2 Millionen Tonnen Koks mit einer aus Einzelkammerverkokungsreaktoren bestehenden Kokerei benötigt werden. Die Planungen basieren auf den Abmessungen eines seit einiger Zeit in der Erprobung befindlichen Einzelkammerverkokungsreaktors (Demonstrationsreaktor) mit einer Kammerbreite von 850 mm und einer Kammerhöhe von 12,5 m und einer Kammerlänge bis 25 m.

Die Kammerbreite von 850 mm zeigt den Endpunkt bisheriger Koksofenentwicklung. Seit 25 Jahren sind die Kammerbreiten größer geworden. Die größeren Kammerbreiten waren das Ergebnis industrieller Bemühungen um Wirtschaftlichkeit, Arbeits- und Umweltschutz. Ein wesentlicher Wirtschaftlichkeitsfaktor war die Anzahl der Maschinenspiele für die Druckmaschinen, mit denen die Kokskuchen nach ausreichender Garung aus den Koksöfen gedrückt werden. Jede Druckmaschine hat eine natürliche Kapazitätsgrenze. Im Sinne wirtschaftlicher und umwelttechnischer Optimierung wurden die Kammerbreiten zur Erhöhung des Ofenvolumens vergrößert, um einen Ofenbetrieb mit einer minimalen Anzahl von Druckmaschinen unter möglichst großer Auslastung der Druckmaschinen bei Aufrechterhaltung ausreichender Wartungsmaßnahmen (optimales Maschinenspiel) zu erreichen. Wegen der oben beschriebenen beschränkten Belastbarkeit der Ofenwände und wegen wärmetechnischer Grenzen muß die Volumensänderung dabei vorrangig durch die Vergrößerung der Kammerbreite erfolgen. Kammerabmessungen von 600 mm bei 7,5 bis 8 m Höhe und 18 m Länge wurden bisher als Grenzwerte gesehen.

Das Einzelkammersystem ist in seiner Kammerhöhe unabhängig von der Kammerbreite.

Der letzte auf Basis des Einzelkammerverkokungssystems durchgeführte Entwicklungsschritt zur Kammerbreite von 850 mm sollte darüber hinaus eine Garungszeit von 24 h ermöglichen. Damit kann ein Zwei-Schichten-Betrieb anstelle eines bisherigen Drei-Schichten-Betriebes verwirklicht werden. Das führt zu beträchtlichen Personalkosteneinsparungen.

Auf der anderen Seite ist die Bauweise des Einzelkammerverkokungsreaktors mit der Seiteneinspannung und notwendigen seitlichen Wärmedämmung aufwendiger als die Bauweise herkömmlicher Koksöfen. Die bisherigen Planungen für einen Kokereineubau auf Basis der Ergebnisse aus dem Demonstrationsreaktor gingen deshalb davon aus, daß trotz der sehr viel geringeren Anzahl von Reaktoren immer noch ein Investitionsmehraufwand durch andere wirtschaftliche Vorteile zu kompensieren ist.

Ein wesentlicher Teil des Investitionsaufwandes der bekannten Reaktoren wird durch den Feuerfestteil des Einzelkammerverkokungsreaktors gebildet. Der Feuerfestteil wird durch die Heizwand und die Isolierung gebildet. Die Heizwand besteht aus klassischen Bauteilen, nämlich Läufer-, Binder- und Binderkopfsteinen. Die Heizwand wir aus den in Reihe angeordneten Heizzügen gebildet.

Das Carree aus zwei Läufern und zwei Bindersteinen bildet den Heizzugquerschnitt. Zwischen dem außenseitigen Läufer und der Versteifung, z. B. den T-Trägern, ist die Isolierung vorgesehen. Die bekannten Läufer besitzen einen massiven, gleichbleibenden Querschnitt.

Im Hinblick auf den hier angesprochenen Investitionsaufwand besteht die Aufgabe in einer konstruktiven Optimierung des Feuerfestteiles. Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nach der Erfindung wird eine wesentliche Verbesserung dadurch erreicht, daß die Binderfortsätze nach außen hin eine Verdickung aufweisen und/oder der außenseitige Läufer als Hohlläufer und/oder als Isolierläufer ausgebildet ist. Der Hohlläufer hat nicht nur eine besondere Isolierungswirkung. Er kann auch zur Vorwärmung der Medien genutzt werden. Günstig ist die Durchführung von Verbrennungsluft. Die Verbrennungsluft kann in bekannter Weise in verschiedenen Höhen in den Heizzug eingespeist werden, um die Flamme im Heizug zu strecken und die Beheizung zu vergleichmäßigen.

Zwar ist es bekannt, bei üblichen Heizwänden des Vielkammerverkokungssystems die Verbrennungsluft durch hohl ausgebildete Bindersteine zu führen. In den Bindern findet zwar auch eine weitere Erwärmung der Verbrennungsluft statt, eine Kühlwirkung auf die außenliegenden Läufer ist damit jedoch noch nicht verbunden, auch nicht beabsichtigt, weil es im Vielkammerverkokungssystem keine außenliegenden Binder gibt. Jeder Binder hat im Vielkammerverkokungssystem die Aufgabe, die ihm benachbarte Ofenkammer zu beheizen.

Die Ausbildung des außenseitigen Läufers als Isolierungsläufer äußert sich vorzugswiese in der Dicke des Läufers. Nach der Erfindung beträgt die Läuferdicke bei vergleichbarem Material mindestens 110 mm.

Die erfindungsgemäße Verdickung der Binderfortsätze senkt die Flächenpressung zwischen den Bindern und den Binderköpfen und den außenseitigen Läufern in der Heizwand. Bei den Isolierstoffen gilt die Erfahrung, daß sie mit zunehmender Wärmebelastbarkeit bzw. Druckfestigkeit unter Wärmeeinwirkung ihre Isolierfähigkeit einbüßen. Trotz gleichbleibender Wärmebelastung erlaubt die geringere Flächenpressung den Einsatz besser isolierender Stoffe.

Von Vorteil ist eine Vergrößerung durch stetige Verdickung. Die Verdickung kann einen Kurvenverlauf beschreiben, aber auch eine gerade, schräg verlaufende Fläche bilden. Im Extremfall kann sich dadurch ein dreieckiger Querschnitt für den Heizzug ergeben.

Überraschenderweise ist der mögliche Heizzugquerschnitt trotz der Querschnittsverengung, die mit der Verdickung der Binder verknüpft ist, für die Beheizung ausreichend. Das ist auf die Besonderheit des Einzelkammerverkokungssystems zurückzuführen.

Wahlweise wird die Verbreiterung der Binder/Binderköpfe durch eine einteile oder mehrteilige Konstruktion umgesetzt. Bei einteiliger Konstruktion ist die Verbreiterung mit den Bindern/Binderköpfen einteilig. Bei mehrteiliger Konstruktion wird die Verbreiterung wahlweise durch separate Feuerfeststeine gebildet. Es ist von Vorteil, wenn alle Steine miteinander verklammert sind.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt:

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Einzelkammerverkokungsreaktor. Mit 1 ist eine Heizwand bezeichnet. 3 bezeichnet eine schematisch erkennbare Hälfte der Verkokungskammer, 2 die vorgesehene Isolierung an der gegenüberliegenden Seite der Heizwand. Die Heizwand besteht aus Silika-Material mit

• * innenseitigen Läufern 4
• * außenseitigen Läufern 5 und 8
• * sowie Bindern 7.

Die zwischen den außenseitigen Läufern 5 bzw. 6 und den innenseitigen Läufern 4 in regelmäßigen Abständen angeordneten Binder 7 unterteilen die Heizwand 1 in verschiedene Heizzüge. Der durch die Läufer 4 und 5 sowie die Binder 7 gebildete Heizzug ist gegenüber bekannten Heizzügen neu, weil die außenseitigen Läufer 6 hohl ausgebildet sind und die Verbrennungsluft nicht mehr durch die Binder sondern durch die hohl ausgebildeten Läufer geführt wird. Der Luftaustritt erfolgt jedoch an gleichen Stellen wie bei herkömmlicher Luftzuführung.

In dem Einzelkammerverkokungsreaktor des Ausführungsbeispiels wird Schwachgas in den Heizzügen verbrannt. Das Schwachgas wird durch eine Sohlöffnung zugeführt.

In Fig. 2 sind die innenseitigen Läufer mit 14, die außenseitigen Läufer mit 15 und 16 und die Binder mit 17 bezeichnet. Binder und Läufer sind in gleicher Weise wie nach Fig. 1 angeordnet, jedoch anders ausgebildet. Die Binder 17 sind außenseitig am Kopf mit einer Verdickung versehen. Die Verdickung trägt die Bezeichnung 19 und bewirkt eine Verringerung der Flächenpressung. Die Binderfortsätze bilden die Verlängerung der Binder durch die außenseitige Isolierung hindurch bis zur seitlichen Einspannung des Reaktors. Die Binderfortsätze tragen in Fig. 2 die Bezeichnung 18 und sind gleichfalls mit einer Verdickung versehen. Die Verdickung 18 hat die gleiche Wirkung wie die Verdickung 19. Im Ausführungsbeispiel besitzt die Verdickung 18 Schrägflächen, in anderen Ausführungsbeispielen andere Formen, auch Kurvenformen.

Claims (5)

1. Heizzugkonstruktion für Einzelkammerverkokungsreaktoren, bestehend aus Läufern und Bindern, dadurch gekennzeichnet, daß der außenseitige Läufer

• a) als Hohlläufer (6) ausgebildet ist
• b) und/oder als Isolierläufer ausgebildet ist
• c) und/oder außenseitig mit einer Verdickung (19) versehen ist
• d) und/oder mit einem sich verdickenden Binderfortsatz (18) versehen ist.

2. Konstruktion nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen verringerten Heizzugquerschnitt.

3. Konstruktion nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch schräg oder kurvenförmig verlaufende Verdickungen.

4. Konstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Luftvorwärmung im Hohlläufer (6).

5. Konstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Verklammerung der Verdickungen (19) mit den Läufern (16).