DE2223423C3

DE2223423C3 - Verfahren zum Betrieb von Koksöfen

Info

Publication number: DE2223423C3
Application number: DE19722223423
Authority: DE
Inventors: Kurt-Guenther Dipl.-Chem.Dr. Beck; Heinrich 4300 Essen Echterhoff; Wolfgang Dipl.-Ing.Dr. Rohde; Wolfgang Dr. 4390 Gladbeck Simonis
Original assignee: Bergwerksverband GmbH
Current assignee: Bergwerksverband GmbH
Priority date: 1971-09-20
Filing date: 1972-05-13
Publication date: 1974-08-01
Also published as: BE789020A; JPS4839502A; FR2153289A1; FR2153289B1; IT991531B; GB1411263A; NL7212547A; DE2223423A1; DE2223423B2; CA975320A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb von Koksöfen durch Regelung ihrer Beheizung mittels verstellbarer Gas- und Luftzufuhr zu jeder Heizwand und Anpassung der Beheizung an den Garungszustand der Ofenfüllung.

Die Kokserzeugung erfolgt im allgemeinen in Horizontalkammeröfen, die indirekt über die Heizzüge mit Stark- oder Schwachgasen beheizt werden, wobei die durch die Verbrennung in den Heizzügen gebildete Wärme durch die Wände derselben in die einzelnen öfen und somit in die zu verkokende Kohle übertritt. Die in den öfen stattfindende Verkokung der Kohle ist beendet, sobald der gebildete Koks einen Gehalt an flüchtigen Bestandteiicn von etwa unter 1,0% besitzt. Der Fachmann erkennt das Ende dieser Garungszeit z. B. an der Färbung der aus den öfen durch das geöffnete Steigrohr abziehenden Gase.

Es ist bekannt, daß es möglich ist, gegen Ende der Garungszeit mit dem Wärmeangebot stark zurückzugehen, ohne daß dadurch die Garungszeit wesentlich verlängert werden muß. Die Ausgarung der Charge erfolgt dann nur noch durch die Exothermic der Verkokungsreaktion. Im allgemeinen wird jedoch der gesamte Verkokungsprozeß von Beginn bis zum Schluß unter gleichmäßigem Wärmeangebot durchgeführt. Das bedeutet für die Praxis, daß in den Heizzügen von Beginn der Verkokung an bis zum Schluß eine annähernd konstante Düsensteintemperatur aufrecbterhalten wird.

Es ist auch schon vorgeschlagen worden, bei der Regelung der Beheizung von Verkokungsöfen durch Verstellung der Gas- und Luftzufuhr zur Anpassung der Beheizung die in verschiedenen Höhen einer Heizwand gemessenen Temperaturen mit bestimmten Temperatur-Sollwerten für das vertikale Temperaturprofil einer einzelneu Ofenkammer zu vergleichen (deutsche Patentschrift 1771688). Durch den SoIl-Tst-Temperaturvergieicb über die Höhe jeder einzelnen Heizwand soll bei dem älteren Vorschlag eine temperaturabhängige, über die Höhe der Heizwand veränderliche Beheizung der Verkokungsöfen erreicht werden, so daß weiter vorgeschlagen wird, für den Soll-Ist-Temperaturvergleich rine Vielzahl von verschiedenen vertikalen Modelltemperaturprofi'en in einem Rechner zu speichern. Es ist daher ein zwingendes Erfordernis dieses Verfahrens, daß an den einzelnen Heizwänden fortlaufend in verschiedenen Höhen Temperaturmessungen vorgenommen werden. Dagegen sieht der ältere Vorsch'ag keine Angleichung des Wärmeangebots über die Garungszeit der Beschickung der Verkokungsöfen vor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verkürzung der bisherigen üblichen Garungszeiten und somit eine Steigerung des Ausnutzungsgrades der Ofenkammern sowie die Durchführung der Verkokung unter geringerem Gesamtwärmeaufwand zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgsmäß dadurcn gelöst, daß das Wärmeangebot nach einer mathematisch als optimal ermittelten und in einem Programmwerk gespeicherten Funktion nach der Garungszeit Tür jeden einzelnen Ofen oder eine Gruppe von öfen gesteuert wird.

Die Erfindung beruht im wesentlichen auf der Erkenntnis, daß zu Beginn der Verkokung von der Charge ein weit höheres Wärmeangtbot für den Verkokungsprozeß akzeptiert wird als bisher angenommen wurde und daß es vorteilhaft ist. dieses Wärmeangebot nach einer mathematisch als optimal ermittelten Funktion zeitlich Für jeden einzelnen Ofen oder eine Gruppe von öfen zu steuern, wobei die Funktion in einem Programmwerk gespeichert ist. Die Erfindung geht demnach unter Verzicht auf jegliche Temperaturmessung von einer vorgegebenen Temperatur-Zeit-Funktion aus, die in Abhängigkeit von dem jeweils bekannten mittleren Wärmeangebot und der jeweiligen Garungszeit eine optimale Beheizung von Verkokungsöfen ermöglicht. Dadurch wird erreicht, daß im Gegensatz zu den bekannten Betriebsweisen eine für die Verkokung der Kohle nicht erforderliche hohe Wärmespeicherung und -entspcicherung in den Läufer- und Bindersteinen vermieden wird. Außerdem wird durch die kontrollierte, d. h. gesteuerte Beheizung über den Garungsverlauf eine gleichmäßige Abgasung und Koksqualität erzielt.

Für die praktische Durchführung der Verkokung wird also die Gas- und Luftzufuhr zu den Heizzügen ständig über eine Regeltcchnik verändert. Es wäre nicht zweckmäßig, die an Hand von Temperaturmessungen an den Läufersteinen einzelner Heizzüge durchzuführen. Es genügt vielmehr, diese Regelung der Beheizung der einzelnen Heizzüge über den

zeitlichen Ablauf tier Verkokung nach dem als vorteilhaft ermittelten erfindungsgemäßen Programm zu steuern.

Es wurde ferner erkannt, daß es bei dieser Regelung _Von Vorteil ist, wenn das Wänneangebot unmittelbar nach dem Füllen der öfen etwa 260 bis 280% des für die betreffende Kohle bekannten erforderlichen mittleren Wärmeangebots beträgt, dann bis zur Hälfte der Garungszeit zunächst auf 100 bis 120% absinkt und bis zum Ende der Garungszeit auf Null fällt.

Es wurde weiterhin erkannt, daß es von Vorteil ist, daß das Wänneangebot, wenn 90 bis 95% der Garungszeit erreicht ist und das Wänneangebot nur noch etwa 10% beträgt, bis zum Ende der Garungszeit bis auf 260 bis 280% des mittleren Wärmeangebots gesteigert wird. Durch diese Maßnahme wird er reicht, daß die einzelnra öfen für die Verkokung der nachfolgenden Charge in Wärmetechnischer Hinsicht günstig vorbereitet sind.

Die erfindungsgemäße Beheizung der Charge während der Garungszeit veranschaulicht die Zeichnung.

Auf der Abszisse sind die Garungszeiten in Prozent angegeben. Die 100% der Abszisse repräsentieren vorab festgelegte Garungszeiten zwischen i0 und 26 Stunden.

Die auf der Ordinate angegebenen, in Prozenten ausgedrückten Wärmemengen beziehen sich auf das dem Betriebsmann bekannte, entsprechend der vorab vorgesehenen Garungszeit erforderliche mittlere Wärmeangebot, welches bekanntlich von den Qualitätsmerkmalen — insbesondere dem Inkohlungsgrad — der zu verkokenden Kohle abhängig ist. Die Ziffer 100 der Ordinate repräsentiert das mittlere Wärme-,ingebot, das bei einer vorab festgelegten Garungszeit zwischen 10 und 26 Stunden zugeführt wird. Im einzelnen beträgt das bekannte mittlere Wärme angebot:

Garungszeil	Minieres Wärmeangebot
Stunden)	(kcal nrh ± 10)
26,1	2670
24,7	2V2O
22,4	3200
19,9	3695
19,8	3800
18,2	4170
16,2	5160
14,1	6070
12,3	7000
10,1	7950

Wärmeangebot gegenüber btsher Üblichen 3 bis 6000 kcal/nVb stark erhöht wird und nach Durchschreiten des mittleren Wfirmeangebots aui praktisch Null abfällt, _1O , „... ,

Im einzelnen kann erfindwgs^mäß des Wänneangebot in Abhängigkeit von der GarungsseU wie folgt geregelt werden; wobei Abweichungen nach oben und unten nicht bereits ein Abweichen von der fcrfindung bedeuten.

Garungszeit (%)	15	Wärraeangebot (%)
0	25	+ 280 bis + 260
5 bis	35	+ 230 bis + 160
15 bis	45	+ 160 bis + 140
25 bis	55	+ 140 bis + 130
35 bis	65	+ 130 bis + 120
45 bis	75	+ 120 bis + 100
55 bis	85	+ 100 bis + 80
65 bis	90	μ 80 bis + 60
75 bis	95	+ 60 bis + 30
85 bis	100	+ 30 bis + 10
90 bis	+ 10 bis + 0
95 bis	± 0

40 Nach einer bereits erwähnten Variante wird gegen Ende der Ausgarung das Wärmeangebot intensiv gesteigert, so daß etwa die gleiche Wärmemenge dem Ofen zugeführt wird wie zu Beginn der Verkokung. Das Ausstoßen der Charge und Einfüllen frischer Kühle erfolgt demnach unter hoher Wärmezufuhr, so daß bei Neubeginn der Verkokung praktisch wenig Zeit für das Aufheizen der Kokskohle benötigt wird. Die für diese Verfahrensweise beim Aus- und Einfüllprozeß erhöhte Wärmeabstrahlung der Ofenkammer fallt, wie festgestellt wurde, in der Gesamtwärmebilanz des Verkokungsprozesses nicht in Gewicht. Im einzelnen kann nach dieser Variante des Verfahrens das Wärmeangebot ab 85% erfolgter Garungszeit etwa wie folgt geregelt werden:

Garun^s/eil 1%)	90	W	irmcangtbot (%)	+	10
85 bis	95	+ 30	bis		60
90 bis	100	- 10	bis	+	260
95 bis		^60	bis	280

Eine vorab festgelegte Garungszeit von 16 Stunden erfordert demnach ein konstantes mittleres Wärmeangebot von 5300 kcal/m²h

Ein Angebot an 160% heißt danach, daß der Kokskohle bei einem mittleren Wärmeangebot von etwa 5300 kcal/m² erfindungsgemäß zu dem besagten Zeitpunkt über 8000 kcal/m h zugeführt werden müssen. Im einzelnen zeigt das jeweils günstigste Wärmeangebot in Abhängigkeit vom zeitlichen Ablauf der Verkokung bei einer bestimmten festgelegten Garungszeit das Kurvenband.

Aus der Zeichnung ist im übrigen mit einem Blick zu erkennen, daß zu Beginn der Verkokung das Ein bekanntes konstantes Wärmeangebot von /.. B. 50(X) kcal m²h erreicht eine Verkokung der Charge mit einem Wärmeverhrauch. der bereits etwa 15% über dem '/erbrauch liegt wie er bei der rrfindungsgemäßen Arbeitsweise benötigt wird. Ein noch höheres gleichmäßiges Wärmeangebot von 7000 kcal/m²h von Anfang bis zum linde der Verkokung würde sogar einen Wärmeverbrauch erfordere, der um etwa 25% über dem Verbrauch gtmäß der erfindungsgemäßcn Verkokung liegt.

Um die programmiert gesteuerte Beheizung der Koksöfen möglichst vorteilhaft zu gestalten, ist es zweckmäßig, in Abweichung der zur Zeit üblichen

Füll- und Druckfolge der öfen einer Koksofenbatterie 1; 6; II; 16 usw. eine Füll- und Druckfolge wie 1; 2: 3 usw. also hintereinander, vorzunehmen. Dadurch befinden sich benachbarte Chargen in nahezu gleichem Garungszustand, so daß der Wärmebedarf mehrerer benachbarter Ofenchargen gleichartig ist und die Wärmezufuhr von dem zwischen diesen liegenden Heizzügen nach einem gemeinsamen Zeitprogramm erfolgen kann.

Für die praktische Durchführung der Druckfolge 1, 2, 3 usw. mit programmgesteuerter Beheizung erweist es sich daher als zweckmäßig, mehrere öfen, vorzugsweise 5 bis 8 öfen, zu einer Gruppe zusammenzufassen, nach dem gleichen Programm zu beheizen und in möglichst rascher Folge zu drücken und zu füllen.

Um die folgenden Gruppen wärmetechnisch zu trennen — denn das Beheizungsprogramm läuft in den einzelnen Gruppen zeitlich verschoben ab — empfiehlt es sich darüber hinaus, in den Heizzügen und Regeneratoren angrenzender Gruppen isolierende Trennwände vorzusehen.

Beim Einsatz sehr feuchter Kohlen können zu Beginn der Garung höhere Temperaturschwankungen im Mauerwerk der öfen auftreten. In diesem Fall empfiehlt sich für eine einzelne Gruppe die Druckfolge 1, 3. 5, 2, 4 oder 1, 3. 5, 7, 2, 4, 6, 8, um die Temperaturwellen zu kompensieren.

Insbesondere bei Einsatz treibgefährlicher Kohlen erweist sich das gruppenweise Drücken und Füllen der Koksöfen von Vorteil, da Kräfte auf den Wandverband gleichzeitig und entgegengesetzt auftreten, so daß sie sich aufheben. Dabei soll der zeitliche Abstand zwischen zwei Druck vorgängen 30 Minuten nicht übersteigen und vorzugsweise 6 bis 15 Minuten is betragen.

Beispiel 1

In einer Keksofenkammer mit einer mittleren Kammerbreite von 450 mm und Läufersteinen aus Silika in einer Stärke von 100 mm (Wärmeleitfähigkeit = 1,6 kca1/m²h° C) wird eine Kohle mit 25% flüchtigen Bestandteilen innerhalb von 15 Stunden verkokt. Hierbei wird ein Wärmeangebot in Abhängigkeit von der Garungszeit gemäß der nachfolgenden Tabelle aufrechterhalten:

Oarungsdauer
(Stunden)

13
14
15

Wärmeangebot
(kca|/m^!h)

1325

3710

14800

Erfolgt die Verkokung der gleichen Kohle in dei gleichen Koksofenkammer unter Anwendung einei Beheizung mit 5300 kcal/m^h hei gleichbleibenden-Wärmeangebot, so wird für die Ausgarung der Charge eine Garungszeit von 17 Stunden benötigt. Der Ge samtaufwand an Wärme liegt dann um 15% höher is Erfolgt die Verkokung der gleichen Kohle in dei gleichen Koksofenkammer unter Anwendung einei Beheizung von 6500 kcal/m²h bei gleichmäßigen Wärmeangebot, so wird für die Ausgarung der Charg< eine Garungszeit von ebenfalls 15 Stunden benötigt Der Gesamtaufwand an Wärme liegt dann jedocl etwa 25% über dem Wärmeaufwand für die er findungsgemäße Verkokung.

Beispiel 2

In oiner Koksofenkammer mit einer mittlerer Kammerbreite von 400 mm und Läufersteinen au; Silika in einer Stärke von 100 mm (Wärmeleitfähig keit = l,6kcal/m²h°C) wird eine Kohle mit 25°/i Flüchtigen Bestandteilen innerhalb von 12 Stunder verkokt. Hierbei wird ein Wärmeangebot in Ab hängigkeit von der Garungszeit gemäß der nach folgenden Tabelle aufrechterhalten:

Garungsdauer	Wärmeangebot
(Stunden)	(kcalm²h)
0	14800
1	11130
2	8960
3	7950
4	7310
5	6890
6	6630
7	6150
8	5565
9	4875
10	4240
11	3445
12	2385

Garlingsdauer	kcal/m²h
(Stunden)
0	14800
1	10254
2	8246
3	7400
4	6924
5	6501
6	5814
7	4969
8	4229
9	3171
10	1903
11	2960
12	14800

Erfolgt die Verkokung der gleichen Kohle in de gleichen Koksofenkammer unter Anwendung eine Beheizung von 4900kcal/m²h bei gleichbleibenden Wärmeangebot, so wird für die Ausgarung der Charge eine Garungszeit von 15 Stunden benötigt. Der Ge samtaufwand an Wärme liegt dann um 15% höhei

Erfolgt die Verkokung der gleichen Kohle in de gleichen Koksofenkammer unter Anwendung eine Beheizung von 6900kcal/m²h bei gleichmäßigen Wärmeangebot, so wird für die Ausgarung de Charge eine Garungszeit von 12 Stunden benötig) Der Gesamtaufwand an Wärme liegt dann jedocl 30% über dem Wärmeaufwand für die erfindungs gemäße Verkokung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Betrieb von Koksöfen durch Regelung ihrer Beheizung mittels verstellbarer Gas- und Luftzufuhr zu jeder Heizwand und Anpassung der Beheizung an den Garungszustand der Ofenfüllung, dadurch gekennzeichn e t, daß das Wärmeangebot nach einer mathematisch als optimal ermittelten und in einem Programmwerk gespeicherten Funktion nach der Garungszeit für jeden einzelnen Ofen oder eine Gruppe von öfen gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeangebot unmittelbar nach dem Füllen der öfen etwa 260 bis 280% des für die betreffende Kohle bekannten erforderlichen mittleren Wärmeangebots beträgt, dann bis zur Hälfte der Garungszeit zunächst auf 100 bis 120% absinkt und bis zum Ende der Garungszeit auf jo Null fällt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dass Wärmeangebot, wenn 90 bis 95% der Garungszeit erreicht ist und das Wärmeangebot nur noch etwa 10% beträgt, bis zum Ende der Garungszeit bis auf 260 bis 280% des mittleren Wärmeangebots gesteigert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daö bei Anwendung der Druckfolge 1,2,3. 4,5 mehrere, vorzugsweise 5 bis 8 öfen yo zu einer nach dem gleichen Programm beheizten Gruppe zusammengefaßt νηά durch isolierende Trennwände in der He'zwand und im Regenerator beheizungstechnisch voiri benachbarten Gruppen getrennt werden. .«s

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein zeitlicher Abstand zwischen 2 Druckvorgängen von 30 Minuten nicht überschritten wird und dieser vorzugsweise 6 bis 15 Minuten beträgt.