DE2810415A1

DE2810415A1 - Verfahren und vorrichtung zur vorkuehlung von koksofengas

Info

Publication number: DE2810415A1
Application number: DE19782810415
Authority: DE
Inventors: Friedrich-Paul Austermuehle
Original assignee: Krupp Koppers GmbH
Current assignee: Krupp Koppers GmbH
Priority date: 1978-03-10
Filing date: 1978-03-10
Publication date: 1979-09-13
Also published as: GB2016134B; GB2016134A

Description

«-ν Essen, den 8. März 1978

-J" N 47 55/7 a Dr. Ha/Wi.

KRUPP-KOPPERS GMBH, 4300 Essen, Moltkestrasse 29

Verfahren und Vorrichtung zur Vorkühlung von Koksofengas .

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtung zur Vorkühlung von Koksofengas in indirekten Kühlern .

Es ist bekannt, das von der Vorlage der Koksofenbatterie kommende rohe Koksofengas, welches eine Temperatur von etwa 70 - 90 ^β C aufweist, in der sogen. Vorkühlung mindestens bis auf die niedrigste in den nachgeschalteten Reinigungsanlagen vorkommende Temperatur zu kühlen, damit sich im späteren Gasweg kein Naphthalin mehr abscheidet. Diese Vorkühlung des rohen Koksofengases bis auf eine Endtemperatur von etwa 20 - 25 * C wird heute fast ausschliesslich in indirekten Kühlern durchgeführt. Je nach der Lage der vom Kühlmittel, vorzugsweise Wasser, durchflossenen Kühlrohre unterscheidet man dabei zwischen sogen. Querrohrkühlern und sogen. Langrohrkühlern. Beiden Querrohrkühlern sind die Kühlrohre in horizontaler oder annähernd horizontaler Lage und bei den Langrohr kühlem in vertikaler oder annähernd vertikaler Lage angeordnet.

Eine Eigenart des zu kühlenden rohen Koksofengases besteht darin, dass es einen verhältnismässig hohen Anteil an kondensierbaren Be-

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standteilen enthält, welche sich während der Vorkühlung niederschlagen und so zu einer ganz erheblichen Volumens verringerung des Gases führen. Dies zeigt auch die nachfolgende Tabelle, in der die bei der Vorkühlung dee Koksofengases auftretende Veränderung des Durchs atz volu-

mens ( m /h) in Abhängigkeit von der Gas temperatur in einem Zahlenbeispiel wiedergegeben wird.

Tabelle 1 :	Durchs atz volumen in /h
Gas temperatur * C	79 020
82	72 870
80	67 770
78	63 540
76	60 030
74	57 030
72	54 420
70	49 320
65	45 540
60	40 440
50	37 080
40	34 740
30	33 780
25

Die Tabelle lässt erkennen, dass das rohe Koksofengas bei der Abkühlung von 82* C auf 25 ^β C eine Volumens verminderung auf weniger als die Hälfte seines ursprünglichen Volumens erfährt. Dadurch bedingt tritt in den sogenannten Vorkühlern ein Druckverlust auf, der in der Praxis etwa in der

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Grössenordnung zwischen 10 und 100 mm WS liegt. Dieser Druckverlust muss jedoch in der Regel im Gassauger, der hinter der Gasvorkühlung angeordnet ist, ausgeglichen werden. Entsprechend der Volumensverminderung tritt ausserdem eine Verringerung der Gasgeschwindigkeit zwischen den Kühlrohren ein, die den Wärmeübergang beeinflusst.

Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Vorkühlung von Koksofengas in indirekten Kühlern zu schaffen, bei dem entweder unter Beibehaltung der Gasgeschwindigkeit während des gesamten Kühlvorganges der Gesamtdruckverlust im Kühler verringert werden kann oder unter Vorgabe eines maximalen Druckverlustes die für den Wärmeübergang optimale Gasgeschwindigkeit während des gesamten Kühlvorganges, das heisst vom Eintritt des Gases in den Kühler bis zu dessen Austritt aus dem Kühler, eingehalten werden kann.

Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Vorkühlung in Kühlern erfolgt, bei denen bei konstanter Kühlerbreite die Zahl der Kühlrohre pro Rohrreihe von Gaseintrittsseite hin zur Gasaustrittsseite zunimmt.

Während es bei den bisher für die Vor kühlung von Koksofengas eingesetzten indirekten Kühlern üblich war, die Zahl der Kühlrohre pro Rohrreihe von der Gaseintrittsseite bis zur Gasaustrittsseite, das heisst über die 'ganze Kühlerlänge, konstant zu halten, sieht das erfindungsgemässe Ver-

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fahren die Anwendung von solchen indirekten Kühlern vor, bei denen im Bereich der Gaseintrittsseite die Zahl der Kühlrohre pro Rohrreihe geringer ist als im Bereich der Gasaustrittsseite. Hierbei sind folgende Modifikationen des zur Anwendung gelangenden indirekten Kühlers möglich :

1.) Man lässt in den im Bezug auf den Gaseintritt ersten Rohrreihen in der Art einige Kühlrohre entfallen, dass die Stellen, an denen Kühlrohre entfallen sind, gegenüber den benachbarten Rohrreihen versetzt liegen .

2.) Man lässt in den im Bezug auf den Gaseintritt ersten Rohrreihen in der Art einige Kühlrohre entfallen, dass in Strömungsrichtung des Gases Gassen entstehen.

3.) Man lässt in den im Bezug auf den Gaseintritt ersten Rohrreihen einige Kühlrohre entfallen und vergrössert dabei generell den Abstand zwischen den einzelnen Kühlrohren .

Generell muss jedoch in allen Fällen die Kühlerbreite für die maximale Rohrzahl der im Bereich des Gasaustritts liegenden letzten Rohrreihen bemessen werden. Dabei sollten vorteilhafterweise mindestens 20 % der Rohrreihen die maximale Rohrzahl der letzten Rohrreihen aufweisen. Selbstverständlich muss dafür gesorgt werden, dass die für die Abkühlung des Gases erforderliche Kühlfläche insgesamt gesehen erhalten bleibt. Die erfindungsgemäss angewandten Massnahmen sollen also nicht zu einer Verringerung der Anzahl der Kühlrohre im indirekten Kühler führen, sondern es soll vielmehr deren Verteilung innerhalb des Kühlern geändert werden ·

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Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens können sowohl Querrohr- als auch Langrohr kühler eingesetzt werden, wobei in der Praxis allerdings den Querrohrkühlern wegen des besseren Wärmeübergangs vielfach der Vorzug gegeben wird.

Die Abbildungen dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung und zeigen

Fig. 1 einen Querrohrkühles·,, der zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens besonders geeignet ist,

Fig. 2 eine Seitenansicht des in Fig. 1 dargestellten Quer rohr kühler s

s owie

Fig. 3 ein Diagramm, welches den Einfluss der Rohrzahl auf die Gasgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Temperatur verdeutlicht .

Bei dem in Fig. 1 als Ausführungsbeispiel dargestellten Kühler handelt es sich um einen Querrohrkühler üblicher Bauart, bei dem das heisse Koksofengas von oben durch den Stutzen 1 in den Kühler eintritt und diesen unten durch den Stutzen 3 wieder verlässt. Innerhalb des Kühlergehäuses 2 liegen dabei die leicht geneigt angeordneten Kühlrohre 4 quer zum Gasstrom. Die Kühlrohre 4 sind in den Seitenwänden 5 eingelassen und werden, wie die Abbildung erkennen lässt, lagenweise in sogenannten Wasserkammern oder Kasetten zusammengefasst. Die in der Abbildung

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dargestellte Konstruktion .weist für den Ober- und den Unterteil einen getrennten Kühlwasser zufluss und -abfluss auf. Das Kühlwasser wird dabei durch die Leitungen 6 und 7 zugeführt und durch die Leitungen 8 und 9 abgeführt. Die in den einzelnen Kammern übereinander angeordneten Kühlrohre 4 stehen über die Wasserkammer η 10 miteinander in Verbindung, so dass das Kühlwasser die Kühlrohre 4 im Gegenstrom zum Gas von unten nach oben durchflies sen kann . Durch die Leitungen 11 und 12 kann gegebenenfalls warmes Kondensat zugeführt werden, welches sich mit dem im Kühler abscheidenden Gaskondensat vermischt und von aussen an den Kühlrohren 4 herabflies st. Dadurch werden die Kühlrohre frei von Naphthalinansätzen und anderen Ablagerungen gehalten . Die am Boden des Kühlers sich ansammelnde Flüssigkeit, welche aus dem sich aus dem Gas abscheidenden Kondensat und dem eventuell von aussen zugeführten Kondensat besteht, wird durch die Leitung 13 abgezogen und ihrer weiteren Aufarbeitung zugeführt. In verschiedenen Höhenlagen des Kühlers sind ausserdem die sogenannten Handlöcher 14 angebracht, durch die sich Krusten auf den Kühlrohren 4 entfernen lassen. Im Unterteil des Kühlers ist schliesslich die verschliessbare öffnung 15 vorgesehen, durch die Naphthalinablagerungen entfernt werden können.

In Fig. 2 ist eine Seitenansicht des vorstehend beschriebenen Kühlers dargestellt. Zusätzlich ist hier die Kühlerbreite 16 eingezeichnet worden, .während die übrigen Bezugs zeichen in ihrer Bedeutung mit den Bezugs-

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zeichen der Fig. 1 übereinstimmen. Bisher wurde die Vorkühlung des Koksofengases jedoch in Kühlern vorgenommen, bei denen die Zahl der Kühlrohre 4, die in Rohrreihen nebeneinander liegend über die gesamte Kühlerbreite 16 verteilt waren, von Rohrreihe zu Rohrreihe konstant blieb. Erfindungsgemäss ist nun jedoch die Anwendung eines Kühlers vorgesehen, bei dem die Zahl der Kühlrohre pro Rohrreihe von der Gaseintrittsseite hin zur Gasaustrittsseite zunimmt.

Zur Verdeutlichung dieses Sachverhaltes ist neben (fern in Fig. 1 als Ausführungsbeispiel dargestellten Kühler eine Skala eingezeichnet, durch die der Kühler im Bezug auf seine Höhe in die Bereiche I - Γ/ unterteilt wird. Beträgt beispielsweise die Kühlerbreite 16 ca. 2800 mm und der Durchmesser der Kühlrohre 4 ca. 60 mm, so kann beispielsweise die in der Tabelle 2 wieder gegebene Rohrverteilung zur Anwendung gelangen:

Tabelle 2 :

Bereich : Anzahl der Kühlrohre

pro Rohrreihe :

Anteil der Rohrreihen an der Gesamtzahl der Rohrreihen in % :

IV
IE Π I

25 28 31 33

25 25 40

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Die Tabelle lässt erkennen, dass in diesem Falle die Zahl der Kühlrohre pro Rohrreihe in Richtung von der Gaseintrittsseite zur Gasaustrittsseite stufenweise von 25 auf 33 steigt, wobei in der unteren Hälfte des Kühlers 40 % der Rohrreihen die volle Kühlrohrzahl (33 Stück) der letzten an der Gasaustrittsseite gelegenen Rohrreihe aufweisen .

Selbstverständlich wird man bei anderen Kühlerbreiten zu anderen Rohrverteilungszahlen gelangen, wobei diese natürlich auch von der Zusammensetzung des zu kühlenden Koksofengases abhängen. In vielen Fällen wird es auch genügen, wenn der Kühler statt in vier nur in drei Bereiche unterteilt wird.

Das Diagramm in Fig. 3 verdeutlicht den Einfluss der Anzahl der Kühlrohre pro Rohrreihe auf die Gasgeschwindigkeit. In einem Kühler mit einer Kühlerbreite von ca. 3 100 mm erfolgte dabei die Abkühlung des von der Vorlage kommenden Koksofengases von einer Temperatur von ca. 82 ° C bis auf ca. 76 ° C im oberen Teil des Kühlers, dessen Rohrreihen jeweils 33 Kühlrohre aufweisen. Anschliessend wurde die weitere Abkühlung des Gases bis auf eine Temperatur von etwa 70 * C an den darunter liegenden R ohr reihen mit jeweils 35 Kühlrohren durchgeführt. Die restliche Abkühlung bis zur Ga saus tr itts temperatur von ca. 25 * C erfolgte dann an Rohrreihen mit jeweils 37 Kühlrohren . In dem Diagamm ist die Gasgeschwindigkeit zwischen den Kühlrohren (m/sec.) in

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Abhängigkeit von der Gas temperatur (° C) dargestellt worden . Die Kurve A lässt dabei den Einfluss der Zahl der Kühlrohre pro Rohrreihe auf die Gasgeschwindigkeit klar erkennen. An den Stellen, an denen eine Änderung der Zahl der Kühlrohre pro Rohrreihe auftritt^ weist die Kurve einen deutlichen Sprung auf. Das heisst_s durch die Vergrösserung der Zahl der Kühlrohre wird die bei fallender Gärtemperatur sinkende Gas geschwindigkeit jeweils wieder auf ein höheres Niveau angehoben. In der Kurve B ist als unterbrochene Linie schliesslich die Gasgeschwindigkeit eingezeichnet worden,, die sich einstellt» wenn auch in dem Temperaturbereich zwischen 70 und 82° C die Abkühlung des Gases an Rohrreihen mit jeweils 37 Kühlrohren erfolgt, das heisst, wenn ein Kühler zur Anwendung gelangt, bei dem die Zahl der Kühlrohre pro Rohrreihe von der Gaseintritts- bis zur Gasaustrittsseite konstant bleibt. Das Diagramm lässt erkennen, dass eg durch die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens gelingt, die Differenz zwischen der Gaseintritts- und Gasaustrittsgeschwindigkeit herabzusetzen. Dadurch ist es möglich, die Gasgeschwindigkeit während des gesamten Kühlvorganges in einem Bereich zu halten, der für den Wärmeübergang besonders günstig ist.

Der andere wesentliche Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens ist in der Verringerung des strömungsabhängigen Druckverlustes während . der Vorkühlung des Koksofengases zu sehen. Da dieser Druckverlust

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im Normalfall in dem der Gasvorkühlung nachgeschalteten Gassauger ausgeglichen werden muss, kann dessen Leistung bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens entsprechend verringert werden. Dadurch ergibt sich für den Betrieb des Gassaugers eine Stromer sparnis und infolge verringerter Drehzahl eine geringere mechanische Beanspruchung und damit längere Lebensdauer. Wird dagegen der Gassauger weiter mit der ursprünglichen vollen Leistung gefahren, so steht der bei der Vorkühlung erfxndungsgemäss ersparte Druckverlust als Sicherheitsreserve für die Anlage zur Verfügung.

Selbstverständlich ist die Anwendbarkeit des erfindungsgemässen Verfahrens nicht auf das rohe Koksofengas beschränkt. Es kann vielmehr auch bei anderen Gasen zur Anwendung gelangen, die einen ähnlich hohen Anteil an kondensierbaren Bestandteilen aufweisen, der bei der Abkühlung zu einem entsprechend hohen Druckverlust führt.

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-ft-

Leerseite

Claims

- §4*- 8. 3. 1978 N 4755/7 a 28Ί0415 Patentansprüche :

1.) Verfahren zur Vorkühlung von Koksofengas in indirekten Kühlern, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorkühlung in Kühlern erfolgt, bei denen bei konstanter Kühlerbreite die Zahl der Kühlrohre pro Rohrreihe von der Gaseintrittsseite hin zur Gasaustrittsseite zunimmt .

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorkühlung in Kühlern erfolgt, bei denen mindestens ZO % der Rohrreihen die volle Kühler rohr zahl der letzten an der Gasaustrittsseite gelegenen Rohrreihe aufweisen.

3·) Verfahrennach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorkühlung vorzugsweise in sogen. Querr ohr kühler η erfolgt.

4.) Indirekter Kühler zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei konstanter Kühlerbreite (16) die Zahl der Kühlrohre (4) pro Rohrreihe stufenweise von der Gaseintrittsseite hin zur Gasaustrittsseite zunimmt, wobei mindestens 20 % der Rohrreihen die volle Kühlrohrzahl der letzten an der Gasaustrittsseite gelegenen Rohrrsihe aufweisen.

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ORIGINAL INSPECTED

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5.) Indirekter Kühler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass derselbe als Querrohr- oder als Langrohrkühler ausgebildet ist.

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