DE2434827A1 - Verfahren zur energierueckgewinnung bei gaserzeugungsprozessen - Google Patents
Verfahren zur energierueckgewinnung bei gaserzeugungsprozessenInfo
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Description
.C2ÄTIINGER, Dhl.-Ing. Dipl.-Wirtith.-lng. v
813 STARN3ERG bei Münches
ALneaiaweg 12
Waagner-Biro Aktiengesellschaft
A-1051 Wien, Margaretenstraße 70
Verfahren zur Energierückgewinnung bei Gaserzeugungsprozessen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Energierückgewinnung
bei Gaserzeugungsprozessen, wie z.B. Kohlevergasungsanlagen oder Kohleverkokungsanlagen, zum Zweck der Trocknung
und Vorerhitzung des Einsatzstoffes, insbesondere der Peinkohle für den Kokereibetrieb.
Es sind Verfahren bekannt, bei denen der aus der Koksofenbatterie ausgestoßene Heißkoks zur Dampferzeugung herangezogen wird. Desgleichen sind Verfahren bekannt, bei denen
die Durchsatzkapazität von Hüttenöfen durch Trocknung und
Vorerhitzung der eingesetzten Stoffe, wie z.B. Schrott, wesentlich gesteigert wird.
Bei dem bekannten Verfahren wird die erforderliche Wärme in einem Verbrennungsprozess erzeugt, bei dem entweder ein Teil
des Gases oder des erzeugten Kokses verbrannt wird.
Die vorliegende Erfindung vermeidet die Verbrennung von Endprodukten und gestattet einen wirtschaftlichen Betrieb
der Vergasungsanlage.
Die Erfindung stellt es sich zur Aufgabe, die Kohletrocknung lind -vorerhitzung mittels der Abwärme, die beim Löschen des
Heißkokses anfällt, durchzuführen. Die Kohletrocknung und
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-vorerhitzung wird aus Sicherheitsgründen zur Vermeidung
von Kohlenstaubexplosionen mit einem inerten Medium durchgeführt. In Kokereien wird dabei hauptsächlich Rauchgas verwendet,
das aus der Beheizung von Koksöfen anfällt. Selbstverständlich kann auch Rauchgas aus einer Gichtgasverbrennung,
die in einem geschlossenen Hüttenwerk erfolgt, Verwendung finden. Eine ständige Versorgung mit großen Mengen von
frischem Rauchgas ermöglicht· den Betrieb in einem offenen
Kreis, sodaß Einrichtungen zur Trocknung des Rauchgases entfallen können.
Ein, weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß die rückgewonnene Energie ohne Energieumwandlung direkt in der kokereianlage
verwertet wirdj sodaß das Verfahren bei einem guten Wirkungsgrad vor sich geht.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknung und Vorerhitzung des Einsatzstoffes mittels Abwärme erfolgt,
die beim Abkühlen der festen Rückstände des Prozesses, beispielsweise beim Trockenlöschen des Kokses in einer Kokerei
in einem geschlossenen, mit einer Staubabscheidung ausgestatteten Primärkreislauf, gewonnen wird, und als Wärmetransport
und Trocknungsmedium ein Inertgas, wie z.B. Stickstoff, Rauchgas aus Koksöfen oder Rauchgas aus Gichtgasverbrennung, in
einem Sekundär-Gaskreislauf mit Staubabscheidung verwendet wird.
Ein wesentliches Erfindungsmerkmal ist dadurch gekennzeichnet, daß das Sekundärgas aus Luft hergestellt wird, die in einer
Heizfläche des Wärmetauschers mittels der Abwärme aus dem Primärkreis aufgeheizt und dann im Koksofen verbrannt und
inertiert wird, und nach dem Durchlaufen des Regenerativwärmetauschers des Koksofens der Trocknungs- und Vorerhitzeranlage zugeführt wird. Dieses Erfindungsmerkmal vermeidet den
Nachteil daß die für die Verbrennung notwendige Luft mit Umgebungstemperatur angesaugt und in einem Regenerativwärmetauscher
mit Hilfe der heißen Abgase des Koksofens aufgeheizt wird, wobei sich die Abgase stark abkühlen.
Weitere erfindungswesentliche Merkmale sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Bei der Erfindung wird die Verbrennungsluft zunächst mit
Abwärme aus dem Trockenlöschvorgang durch den Primärgaskreis aufgeheizt, sodaß im Regenerativwärmetauscher nur mehr eine
geringe Wärme zugeführt werden muß. Dadurch werden die inertisierten Abgase des Koksofens weniger stark abgekühlt und
können ohne weitere Aufheizung für die Trocknung und Vorerhitzung des Einsatzstoffes Kohle verwendet werden.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung leiten sich im wesentlichen
davon ab, daß Luft und Umgebungstemperatur als Kühlmittel für das Primärgas herangezogen wird.
1. Der Primär-Gaskreislauf wird wesentlich stärker abgekühlt,
in der Folge kann auch der Koks stärker abgekühlt und da-
• . mit mehr Wärme rückgewonnen werden.
2. Diese zusätzliche Wärmekann, obwohl sie auf niedrigem Energieniveau liegt, für die Trocknung und Vorerhitzung
des Einsatzstoffes herangezogen werden, sodaß höherwertige Wärme für andere Zwecke, wie z.B. Dampferzeugung, frei wird.
3. Bedingt durch die niedrigen Heizflächentemperaturen im Lufterhitzer kann er aus niederlegierten Werkstoffen erstellt werden.
4. Die niedrige Kokstemperatur am Austritt aus dem Primärkreis
erlaubt den Abtransport des gekühlten Kokses mit einem normalen Förderband.
Die Erfindung ist in den Figuren 1 bis 4 beispielsweise und
schematisch dargestellt.
Fig. 1 zeigt ein Schaltbild einer Energierückgewinnungsanlage, wie sie in Kokereien verwendet werden kann. Fig.2
zeigt ein ähnliches Schaltbild. Fig.3 zeigt ein Schaltbild mit zwei hintereinander geschalteten Wirbelbettwärmeübertragern.
Fig.4 zeigt ein weiteres Schaltbild.
Fig. 1 zeigt ein Schaltbild mit zwei Stromtrocknern 12 und 14, die kohlenseitig und gasseitig hintereinander geschaltet sind.
Bei einer Trockenkokskühlanlage wird der heiße Koks aus den
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Verkokungskammern in einen Kühlbunker 2 eingebracht, der
durch ein inertes Gas im Primär-Gaskreislauf gekühlt wird, sodaß der Koks darin trockengelöscht wird, Der gekühlte Koks
gelangt auf die Austragrinne 3, in der der Peinkoksanteil 4
abgetrennt wird. Das Primärgas wird durch das Gebläse 5 in
den Kühlbunker 2 gedrückt. Das austretende heiße Primärgas gelangt über einen Staubgrobabscheider 6 in einen Wärmetauscher
7. Das aus.diesem Wärmetauscher austretende gekühlte
Gas wird über einen Staubfeinabscheider 8 dem Gebläse 5 gereinigt zugeführt. An dem Wärmetauscher 7 ist der Sekundär-Gaskreislauf
angeschlossen. Das Inertgas für diesen Sekundär-Gaskreis ist Rauchgas, das entweder aus dem Regenerativwärmetauscher
der Koksofenbatterie entnommen oder aus der Verbrennung von Gichtgas stammt. Das Inertgas strömt über die Leitungen
9 und 10 in die Heizfläche 11 des Wärmetauschers 7, wo es erhitzt wird. Das heiße Sekundärgas durchströmt den Stromtrockner
12, der als Kohlevorerhitzer ausgebildet ist. Nach
dem Stromtrockner 12 ist ein Zyklonabscheider 13 geschaltet, von dem die vorerhitzte Kohle in den Kohlenbehälter 22 geführt
wird. Das teilweise abgekühlte Inertgas des Sekundärgasstromes verläßt den Zyklonabscheider 13 über die Leitung
zu einem weiteren Stromtrockner 14, der als Kohletrockner ausgebildet ist. Nach dem Kohletrockner ist wieder ein Zyklonabscheider 15 vorgesehen, von dem über die Leitung 21 die abge-Bchiedene
trockene Kohle dem Stromtrockner 12 zugeführt wird. Das abgekühlte und gee inigte Inertgas wird nun einem Fördergebläse 16 sowie einem Peinabscheider 17 zugeführt und verläßt
über die Leitung 18 die Anlage. Ein Teil des Sekundärgases wird
über die Leitung 19 in die Leitung 10 rückgeführt. Mit den Ventilen 38, 39 und 40 in den Leitungen 9, 18 und 19 wird das
Verhältnis des über die Leitung 18 abgegebenen Teilstromes an den Kamin zum über die Leitung 19 rezirkulierten Teilstrom
geregelt.
Die Naßkohle 20 tritt zuerst in den Stromtrockner 14 ein, der ale Trocknungsanlage ausgebildet ist, und wird von dort zum
Stromtrockner 12 geführt, der als Kohlevorerhitzer ausgebildet ist· Die Naßkohle 20 wird dabei durch den Gasstrom des Inertgases
im Sekundärkreis, insbesondere im Stromtrockner, gefördert,
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indem sie im Gleichstrom mit dem Sekundärkreis geführt wird. Der Peinkoksanteil 4 von der Austragrinne 3 sowie der Koksaustrag
aus den Abscheidern 6 und 8 und dem Wärmetauscher 7 wird gesammelt und mit dem Kohlestaubaustrag aus den Abscheidern
13 und 15 vermischt, wobei eventuell ein Bindemittel hinzugeführt wird. Dieser gemischte Kokskohlestaub wir dem Kohlebunker
22 beigefügt, sodaß kein Koksverlust auftritt.
Im Wärmetauscher 7 ist weiters eine Heizfläche 23 eingebaut,
in der Dampf für Prozeßwärme oder auch für die Stromerzeugung hergestellt wird. Diese Dampferzeugung stellt jedoch nur ein
Nebenprodukt dar.
Der Sekundär-Gaskreis in Fig.1 kann durch Schließen des Ventiles
39 und durch Öffnen der Ventile 38 und 40 als offener Kreis gefahren werden. Durch das Öffnen des Ventiles 39 und Schließen
der Ventile 38 und 40 fährt die Anlage in geschlossenem Kreis,
doch muß zu diesem Zweck noch ein Wasserabscheider eingebaut werden.
Die Pig.2 zeigt primärgasseitig eine ähnliche Anordnung wie in
Fig.1, doch sind hier im Wärmetauscher 7 drei Heiflächen 11,
und 32 angeordnet. Das in der Heizfläche 11 erhitzte Sekundärgas durchströmt den Stromtrockner 12, den Zyklonabscheider 13 und
wird dann über das Elektrofilter 24 zur Heizfläche 25 geführt, wo das Sekundärgas wieder erhitzt wird. Das wiedererhitzte
Sekundärgas strömt nun in den Wirbelschichtapparat 26, wo die Kohle getrocknet wird. Hierauf wird das Sekundärgas im Naßabscheider
27 gereinigt und einem Kondensator 28 zugeführt, wo die aufgenommene Feuchtigkeit ausgeschieden wird. Das getrocknete
Sekundärgas kann nun über das Gebläse 16 wieder in die Heizfläche 11 rückgeführt werden.
Die Naßkohle 20 wird im Wirbelschichtapparat getrocknet und über die Leitung 21 dem Stromtrockner 12 zur Erhitzung zugeführt.
Im Wirbelschichtapparat 26 befindet sich eine Heizfläche 29
zur indirekten Wärmeeinbringung, z.B. mittels eines Thermalb'les.
Diese Wärme wird in einem geschlossenen Kreislauf mittels der Pumpe 30 und dem Wärmetauscher 31 übertragen, der
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über die Heizfläche 32 im Wärmetauscher 7 beheizt wird, wobei zwecks Aufrechterhaltung der Zirkulation eine Speisepumpe
33 vorgesehen ist·
In Fig. 3 ist primärseitig eine ähnliche Schaltung wie in Pig.1 dargestellt. Im Wärmetauscher 7 sind wie in Fig.2 drei
Heizflächen angeordnet, wobei die Heizfläche 11 für den offenen Sekundärkreislauf als Wärmequelle dient. Die
Heizfläche 37 dient zur indirekten Wärmeeinbringung in den Wirbelschichtapparat 34 über die Heizfläche 35» wobei auch
hier eine Zirkulationspumpe 36 vorgesehen ist..
Der Wirbelschichtapparat 26 wird ähnlich wie in Fig. 2 über
die Heizfläche 32 mittels Heißwasser oder Dampf beheizt·»
Die Naßkohle 20 wird im Wirbelschichtapparat 26 getrocknet und im Wirbelschichtapparat 34 erhitzt, sowie im erhitzten
Zustand dem Kohlebunker 22 zugeführt.
Nach Fig.4 wird der heiße Koks 1 aus den Verkokungskammern in
einen Kühlbunker 2 eingebracht, der durch ein Inertgas im Primär—Gaskreislauf gekühlt wird, sodaß der Koks darin trockengelöscht
wird. Das Primärgas wird durch das' Gebläse 5 in den Kühlbunker 2 gedrückt. Das austretende heiße Primärgas gelangt
über einen Staubgrobabscheider 6 in einen Wärmetauscher 7. Das
aus diesem Wärmetauscher austretende gekühlte Gas wird über einen Staubfeinabscheider 8 dem Gebläse 5 gereinigt zugeführt.
An dem Wärmetauscher 7 ist der Sekundärkreislauf angeschlossen.
Das Gebläse 44 entnimmt Luft aus der Umgebung und fördert sie
in die Heizfläche 11, wo sie aufgeheizt wird. Die heiße Luft wird in den Regenerativwärmetauscher 45 des Koksofens 46 geleitet,
dort weiter erhitzt und mit Koksofengas 50 verbrannt und inertisiert. Die im Koksofen 46 anfallenden Abgase werden
im Regenerativwärmetauscher 45 für die Erhitzung der Verbrennungsluft wie erwähnt verwendet und über die Leitung 47 dem
Stromtrockner 12 zugeleitet, der als Kohlevorerhitzer ausgebildet ist. Nach dem Stromtrockner 12 ist ein Zyklonabscheider
13 geschaltet, von dem die vorerhitzte Kohle in den Kohlenbe-
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hälter 22 geführt wird. Das teilweise abgekühlte Inertgas
des Sekundärgasstromes verläßt den Zyklonabscheider 13 über die Leitung 43 zu einem weiteren Stromtrockner 14, der als
Kohletrockner ausgebildet ist. Nach dem Kohletrockner ist wieder ein Zyk(ölabscheider 15 vorgesehen, von dem über die
Leitung 21 die abgeschiedene trockene Kohle dem Stromtrockner 12 zugeführt wird. Das abgekühlte und gereinigte Inertgas
wird nun einem Fördergebläse 16 sowie einem Feinabscheider 17 zugeführt und verläßt über die Leitung 18 die Anlage.
Ein Teil des Sekundärgases wird über die Leitung 48 rückgeführt und dem Sekundärgas vor oder im Koksofen 46 bzw. Regenerativwärmetauscher
45 zugemischt. Ein anderer Teil des Sekundärgases wird über die Leitung 49 rückgeführt und dem Sekundärgas
zwischen Koksofen und Trocknungs- bzw. Vorerhitzungsanlage-zugemischt. Mit den Ventilen 38 und 39 wird das Verhältnis
des über die Leitung 18 an den Kamin abgegebenen Teilstromes zu den über die Leitungen 48 und/oder 49 rückgeführten Teilströmen
geregelt.
Die Naßkohle 20 tritt in den Stromtrockner 14 ein, der als Trocknungsanlage ausgebildet ist, und wird von dort zum Stromtrockner 12 geführt, der als Kohlevorerhitzer ausgebildet ist.
Die Naßkohle 20 wird dabei durch den Gasstrom des Inertgases im Sekundärkreis, insbesondere im Stromtrockner, gefördert,
indem sie im Gleichstrom mit dem Sekundärkreis geführt wird, wie durch Pfeile in den Stromtrocknersymbolen angedeutet ist.
Die Stromtrockner sind kohleseitig hintereinander im Gegenstrom zum Sekundärgäs geschaltet. Aus dem Behälter 22 wird
die Heißkohle in den Koksofen 46 eingesetzt.
Im Wärmetauscher 7 ist weiters eine Heizfläche 23 eingebaut, in der Dampf für Prozesswärme oder auch für die Stromerzeugung
hergestellt wird. Diese Dampferzeugung stellt jedoch nur ein Nebenprodukt dar.
Der in den verschiedenen Abscheidern anfallende Koks und Kohlestaub wird in einer Sammeleinrichtung 41 (Fig.1) unter
Zumischung eines Bindemittels 42 gesammelt und wieder dem zu
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verkokenden Material beigefügt. Diese Maßnahme verhindert Materialverluste und wirkt sich somit in einer höheren Wirtschaftlichkeit
aus.
In allen vier Schaltbildern ist der Primärkreislauf stark vereinfacht und identisch dargestellt. Hier sind innerhalb
der Erfindung verschiedene Varianten und Ausführungsformen
möglich.
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Claims (15)
1. Verfahren zur Energierückgewinnung bei Gaserzeugungsprozessen,
wie z.B. Kohlevergasungsanlagen oder Kohleverkokungsanlagen, zum Zweck der Trocknung oder Vorerhitzung des Einsatzstoffes, insbesondere der Feinkohle
für den Kokereibetrieb, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknung und Vorerhitzung des Einsatzstoffes mittels
Abwärme erfolgt, die beim Abkühlen der festen Rückstände des Prozesses, beispielsweise beim Trockenlöschen des
Kokses in einer Kokerei in einem geschlossenen, mit einer Staubabscheidung ausgestatteten Primär-Gaskreislauf, gewonnen
wird und daß als Wärmetransport- und Trocknungsmedium ein Inertgas, wie z.B. Stickstoff, Rauchgas aus
Koksöfen oder Rauchgas aus Gichtgasverbrennung in einem Sekundär-Gaskreislauf mit Staubabscheidung verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Staubabscheidung im Primär-Gaskreislauf druch Schwerkraft- bzw. Fliehkraftabscheider erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Staubabscheidung im Sekundär—Gaskreislauf durch Elektrofilter erfolgt.
4· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Staubabscheidung im Sekundär-Gaskreislauf durch Naßabscheider
erfolgt.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Feinkoksanteil des
ausgetragenen Kokses und der im Primär-Gaskreislauf der
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Kokstrockenkühlanlage anfallende Koksstaub als auch der im Sekundär-Gaskreislauf anfallende Kohlestaub aus der
Kohletrocknungs- und Vorerhitzungsanlage gesammelt und mit einem Bindemittel benetzt der zu verkokenden Peinkohle
beigemischt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Sekundär-Gaskreislauf ein Teil, insbesondere 50 Prozent,
des aus der Kohletrocknungs— und Vorerhitzungsanlage austretenden Gases dem. eintretenden Frischgas zugemischt wird,
wodurch ein halboffener Kreis entsteht.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kohletrocknung und die Kohlevorerhitzung in zwei
voneinander unabhängigen, Jedoch gasseitig und kohleseitig hintereinander im Gegenstrom geschalteten Wärmeübertragern
erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß dem Sekundärgas zwischen den beiden Wärmeübertragern zusätzlich
Wärme, vorzugsweise aus dem Primär—Gaskreis, zugeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wärmeübertrager nach dem Gleichstromprinzip arbeiten.
10. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübertrager nach dem Wirbelschichtprinzip arbeiten.
11. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Wärmeübertrager nach dem Gleichstromprinzip,
und der andere nach dem Wirbelschichtprinzip arbeitet, wobei der Wärmeübertrager nach dem Gleichstromprinzip die
Vertikalförderung übernimmt.
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12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der aus dem Primärkreis übertragenen
Wärme mittels Heizflächen in die Wirbelschicht des Trocknungskreises eingebracht wird.
13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sekundärgas aus Luft hergestellt wird, die in einer Heizfläche
des Wärmetauschers mittels der Abwärme aus dem Primärkreis aufgeheizt und dann im Koksofen verbrannt wird,
und nach dem Durchlaufen des Regenerativwärmetauschers des
Koksofens der Trocknungs- und Vorerhitzungsanlage zugeführt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Sekundärgases nach Passieren der Trocknungs- und/
oder Vorerhitzungsanlage rückgeführt und dem Sekundärgas vor oder im Koksofen bzw. Regenerativwärmetauscher des
Koksofens zugemischt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch· gekennzeichnet, daß
ein Teil des Sekundärgases nach Passieren der Trocknungs- und/oder Vorerhitzungsanlage rückgeführt und dem Sekundärgas
zwischen Koksofen und Trocknungs- bzw. Vorerhitzungsanlage
zugemischt wird.
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