Patentanmeldung
der
Firma Carl Still GmDH & Co. KG, RecKlinghausen
Vorrichtung zur Trockenkühlung von glühendem KoKs
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur TrocKenjcühlung von glühendem
Koks in einer geschlossenen Kühlkammer tinter Rückgewinnung seiner tühibaren
wärme, wobei der Koks seine Wärme teils direkt an ein inertes Umwälzgas
und teils indirekt über Künlflachen an eine Kühlflüssigkeit abgibt.
hs sind eine Reihe von Kokstrockenkühlverfahren bekannt, bei denen die
fünlbare Wärme des KoKses in einem Kühlschacht durch im Kreislauf geführtes,
möglichst inertes Gas abgeführt wird, das die Warme in einem nachgeschalteten
Dampfkessel angibt.
Eine Zusammenstellung verschiedener nach diesem Prinzip arbeitender Verfahren
und der dazugehörigen Einrichtungen ist aus GlücJcaut 114 (1978J
Nr. 14, Seite 611 ff, zu entnehmen.
Bedeutung haben im Laufe der Janre TrockenkoksKühlungen erlangt, bei denen
der heiße Koks chargenweise zunächst in eine über der eigentlichen Kühlkammer
angeordnete Vorkammer gegeben wird, aus der er, - abhangig von der Austragsgeschwindigkeit
des vollständig gekühlten Kokses unten -, kontinuierlich abwärts m die Kuhlkammer gelangt (z. B. nach den DE AS 2 432 u2S und
ι 471 58y). Bei unregelmäßigem Koksanfall, z. B. aufgrund von btörungen beim
Transport, kann mit Hilfe der Vorkammer die Kokskühlung und die damit zusammenhängende
Dampferzeugung für eine gewisse Zeit konstant gehalten werden. Die Kühlung des Kokses in der Kühlkammer geschieht hierbei ausschließlich
durch direkten Wärmeaustausch mit im Gegenstrom durch die Koksschüttung geblasenem
inerten Umwälzgas, das die aufgenommene Warme anschließend wieder direkt oder indirekt an andere Medien abgibt. Bei dieser Art der Kühlung ist
es erforderlich, sehr hohe Kühlgasmengen durch die Koksschüttung zu blasen und umzuwälzen. Vor allem die hohen Kühlgasgeschwindigkeiten am oberen äußeren
Ende der Kühlkammer führen bei den bekannten Kühleinrichtungen dazu, daß
eine erhebliche Menge an Koksstaub abgeschieden werden muß, damit eine zu
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starke Abnutzung und Verschmutzung der Leitungen und binricntungen
vermieden wird.
Aus der UE AS Ί 471 589 ist vorbekannt, daß die Gasabzugseinrichtung
zwiscnen Vorkammer und Kühibenälter aus über den ganzen Umfang der
Kammer verteilten, schräg nach oben verlaufenden Kanälen und weiter oben aus einer rings um die Vorkammer angeordneten Ringleitung, in
die die Kanäle einmünden, besteht. Hierbei wird das Gas nach Austritt aus der Koksschüttung durch nur wenige, gemauerte kleine Kanäle sofort
mit honer Geschwindigkeit m den Ringkanal geführt. Eine Reinigungsmöglichkeit dieser Kanäle ist praktisch nicht gegeben.
Neben diesen Verfanren und Vorrichtungen zur Kokstrockenkühlung
mit direktem Wärmeaustausch von Koks und Umlaufgas ist nacn der DE PS
6u1 3y2 auch eine Vorrichtung zur irockenlöschung von Koks in einer
gescnlossenen Kammer bekannt, die von Kühlwasserleitungen umgeben ist.
Dabei werden die Kühiwasserleitungen von unten her durch Verteilungsrohre und einen Behälter gespeist, während sie oben über ein Rohr mit
der Atmosphäre in verbindung stehen, dessen Ablauf über einer Abflußrinne
angeordnet ist.
Bei diesen Verfahren kann der Koks nur chargenweise und nicht kontinuierlich
in die Kühlkammer gekühlt werden und die Kühlzeit beträgt in der Regel mindestens 3 bis 4 Stunden, so daß eine Vielzahl von KühlDehältern
pro Batterie erforderlich ist.
Neben den vorgenannten Verfahren ist auch ein Verfahren (P 2y52u65.8
vom 22.i2.1y79) vorgeschlagen worden, bei dem für die Trockenkühlung
direkt im Gegenstrom Umwälzgasf geführt werden und die Kühlung außerdem
mittels indirekter Kühlflächen vorgenommen wird. Dabei erfolgt die Kühlung
des Kokses in einer runden Kammer, der einer Vorkammer vorgelagert
ist, wobei der Koks durch eine öffnung in der Mitte des konischen Bodens
aus der Kammer austritt.
Dieses Verfahren und die dazu verwendete Einrichtung haben sich im
Großen und Ganzen bewahrt. Sie war jedoch noch verbesserungsbedürftig
in bezug auf den indirekten Wärmeübergang vom glühenden Koks auf das
Kühlmittel. Das hing unter anderem in einem gewissen Umfang zusammen
mit einem randgängigen Absinken des Kokses in der Vorrichtung bis zum
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Austritt aus ihr.
Die Aufgabe, die der Erfindung zugrundeliegt, ist die Beseitigung dieser
Mangel. Gelöst wurde diese Aufgabe durch die Ausbildung der Kühlkammer als
rechteckiger Kasten, der je nach Beschaffenheit des KoKses im Abstand von
6Ou - 1Z00 mm durch parallele, von Kühlmitteln durchzogene Kühlwände in
Zellen unterteilt ist, wobei unter jeder Kühlzeile eine KoKsabzugsemricntung
angeordnet ist, die den geKühlten Koks in eine Nachkammer entläßt
und alle Koksaustrittseinrichtungen gleich ausgebildet sind, so daß sie pro Flächeneinheit die gleiche KoKsmenge austragen und sie über einen
oder mehrere synchrone Antriebe antreibbar sind und auf diese Weise auch
pro Zeiteinheit die gleiche Koksmenge austragen.
Die Kühlwände können dabei ihrerseits im ganzen von Kühlmitteln durchtließbar
sein. Sie können aber auch ihrerseits in Zellen unterteilt sein oder auch im ganzen aus Rohren bestehen.
Erfindungsgemaß wird borge dafür getragen, daß der Koks über den ganzen
Querschnitt eine gleichmäßige SinKgeschwindigKeit erhält, was dadurch erreicht
wird, indem am unteren-Ende eines jeden Teilschachtes, der durch die
parallelen Kühlwände und senKrecht dazu stehenden Wände begrenzt ist, eine dosierende Aozugsemrichtung sich befindet. Bei einer besonderen Ausbildung
ist dies eine Ablaufschurre, die am vorderen Ende Kammförmig ausläuft. Mit
Hilfe eines sich drehenden Gabelsystems werden von jeder Schurre gleiche Koksraengen
abgehoben und m die nachgeschaltete NachKaniner abgeworfen. Alle Gabeln
drehen sich synchron, wodurch erreicht wird, daß über den gesamten Kammerquerschnitt
ein gleichmäßiges AbsinKen der Koksschicht eintritt.
Obernalb des Austragssystems sind quer durch die Kammern Kühlgaskanäle angeordnet.
Über kalibrierte Schlitze, die sich in den Kühlgaskanalen befinden,
wird das Künlgas gleichmäßig über den gesamten Querschnitt des Schachtes und auf die Zellen verteilt.
Mit dieser KonstruKtion wurde erreicht, daß die Kühlung des Kokses sich so
starK verbessert, daß die wirKsame Kuhlhöhe verkleinert werden konnte. Das
erforderliche spezifische Kühlvolumen vermindert sich um ca. 22 "& (von
4,5 m3/t Koks auf 3,5 m3/t Koksj.
Durch das ZusammenwirKen von indirekten Kühlwänden und den Kühlgasen ergibt
sicn ein besonders intensiver Kühleffekt, so daß mittels der kühlenden als
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Verdampfer ausgebildeten Wände ca. bO % der abzuführenden Kokswärme bereits
im Künlschacht in Dampf verwandelt wird. Dies hat zur Folge, daß der Künlgasbedarf auf ca. 5u % zurückgeht. Obwonl
infolge der geringen Strömungsgeschwindigkeit im Koksbett die Wärmeübergangszahl
zwar absinkt, ergibt sich insgesamt gesehen unter Einbeziehung der indirekten Kühlflächen eine verstärkte Künlung. Dadurch, daß die Kühlgasmenge
auf ca. die Hälfte zurückgeht, vermindert sicn der gesamte Widerstand für das umzuwälzende Kühlgas auf ca. 30 %. Die Leistungsaufnanme des
Motors, der das Umwälzgebläse antreibt, gent auf ca. 2U % gegenüber reinem
Spülgasbetrieb zurück. Dadurch, daß im Kühiscnacnt bereits ein sehr noher
Anteil der Kokswärme in Dampf übergeführt wird und die Kühlgasmenge auf ca. 50 ι abfällt, ist es möglich den Abhitzekessel vergleichsweise kleiner
und einfacher zu bauen, im Extremfall besteht er nur nocn aus einem Überhitzer
und Speisewasservorwärmer. Dadurch, daß die Künlgasmenge stark zurückgeht,
sind die Gasgeschwindigkeiten im KoksDett niedrig. Die Folge davon
ist, daß nur noch geringe Staubmengen aus dem Koksbett ausgetragen werden. Die Austrittsgeschwindigkeiten, auf den freien Austrittsquerschnitt bezogen,
liegen bei 1,5 m/sec. Damit können lediglich nur nocn Körner von der Größe ca. 5u0 my ausgetragen werden. Für die Entstaubung des Umwälzgases ist
lediglich noch ein Zyklon vor dem Umwälzgebläse erforderlich.
Die Erfindung ermöglicht eine wesentliche Reduzierung der Höhe des Kokskühiers,
Verminderung der Druckverluste und damit eine Verminderung der Anlagenkosten und Betriebskosten.
Dadurch, daß dem Kühlschacht eine Nacnkammer, in der der gekühlte Koks angesammelt
werden kann, nachgeschaltet ist, ist auch bei Stillstand der Koksabfuhr die Dampferzeugung im Kessel noch eine stunde und langer je nach
Größe einer eventuellen Vorkammer und der Nachxammer voll autrecht zu halten.
In keinem der bisher bekannten verfahren ist das möglicn.
Durch die parallele Anordnung der ebenen Membranwände der Verdampferfläche
ist es möglich, weitgehendst gleiche Elemente für größere Leistungseinheiten
zu benutzen.
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Die neue Bauweise erlaubt auch eine einfache Erweiterung des Kühlkastens durch
Anbau von zusätzlichen Kühlwänden, so daß eine ganze Batterie von Kühlzellen entsteht. Man kann so die ursprüngliche Kapazität der Kühlvorrichtung durch
Anbau der entsprechenden Anzahl von Kühlwänden verdoppeln und verdreifachen.
In einem solchen Fall wird der Kühlschacht mit zwei oder drei Einfüllöffnungen
versehen. Die Nachka-mer wird unterhalb des Kühlschachtes angeordnet. Sie erhält in der Mitte ein tiefliegendes Kratzband, womit der auszutragende
Koks seitwärts abgeführt werden kann. Die Seitenwände der Nachkammer haben eine Schräge, so daß der Koks jederzeit zu dem Band rutschen kann.
Besonders vorteilhaft ist es, daß der Auftrieb in diesen Kühlwänden so
stark ist, daß man sie mit natürlichem Umlauf betreiben kann. Eine Umwälzpumpe ist nicht erforderlich. Zum Schutz der Kühlflächen müssen diese nur
stets einen Wasserfilm tragen, wofür eine besondere Dampftrommel installiert
ist, die lediglich diese Kühlflächen versorgt. Sie steht mit einer zweiten Dampftrommel in Verbindung, die höher gelegen ist, als die erste Dampftrommel
und den Abhitzekessel mit Wasser versorgt. Durch diese Schaltungsweise ist gewährleistet, daß der gesamte Wasserinhalt des Kessels und der der zweiten
Dampftrommel für die Kokskühlung im Kühlkasten zur Verfügung steht.
Die Erfindung wird durch die beiliegenden Figuren 1 bis 7 beispielsweise
näher erläutert.
Figur 1 ist ein Schnitt durch die Kühlkammer einschließließlich Vor- und Nachkammer
längs der Linie A-B von Figur 3.
Figur 2 ist ein Schnitt durch die Kühlkammer einschließlich Vor- und Nachkanmer
längs der Linie C-D von Figur 3.
Figur 3 ist die Aufsicht auf die Vorkammer und Kühlkammer.
Figur 4 ist ein waagerechter Schnitt durch die Kühlkammer in Höhe der
Linie Ji-F.
Figur 5 ist ein Schnitt durch die Kühlkammer mit zwei Füllöffnungen einschließlich
Vor- und Nachkammer längs der Linie G-H von Figur 6.
Figur 6 ist ein Schnitt durch die Kühlkammer einschließlich Vor- und Nachkammer
längs der Linie I-J von Figur 5.
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Figur 7 ist ein Schaltbild der Kühlkammer im Zusammenhang mit dem Abhitzekessel.
Die Kokskühleinrichtung besteht aus einer mit feuerfestem Isoliermaterial (1)
ausgekleideten Vorkammer (2) mit Einfüllöffnung (3) für den heißen Koks und den parallel und horizontal verlaufenden Abzugskanälen (4) für das erhitzte
inerte Umwälzgas, dem Sammelkanal (5) und dem Gasaustrittskanal (6).
Unter der Vorkammer ist die vertikale Kühlkanmer (7) mit quadratischem bzw.
rechteckigem Querschnitt angeordnet, deren Außenwände (8) im oberen Teil als wassergekühlte Membranwände, z. B. in Rohr-Rohr-, Rohr-Steg-Rohr oder Flossenrohr-Weise
ausgeführt sind. Um Verformungen der Membranwände zu vermeiden, ist außen ein umlaufendes Stützgerüst (9) angebracht. Zur Vergrößerung der Kühlflächen
sind parallel zu einer Außenfläche weitere wassergekühlte ebene Membranwände (10) mit Verteilerrohren (11) und Samnelrohr (12) in einem Abstand
von ca. 600 - 1200 mm je nach Kokskörnung angeordnet. Die Verteiler
der Membranwände sind auf senkrecht dazu verlaufenden Tragwänden (13) aus
Stahl "gelagert. Nach oben setzen die Tragwände sich als Schottenwände (.14) aus feuerfestem Material fort und dienen zur Koks- und Gasführung sowie zur
Stabilisierung der Membranwände (8 und 10). Auf den Schottenwänden (14) sind
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stützen (14 a), die zum Tragen der Vorkammer herangezogen werden. Entlang
dem unteren Bereich der Tragwände (.13J ist der Kühlgaszuführungskanal
(.15J mit dreieckigem Querschnitt angeordnet. Der Künlschacht 1.7)
wird durch die Memoranwände (.1Oj und der Schottenwände (14) m vertikale
Einzelschächte (1b) von gleichem Querschnitt aufgeteilt. Am Fuße der Einzelschächte (1o) wird das Kühlgas dosiert über kalibrierte öffnungen
(i7) m den Kühlgaszutührungskanälen (15j in die Koksschüttung der Einzelschächte
(1b) eingeleitet. Die Schräge (18) des Kühlgaszuführungs-Kanals
(15j fängt den vertikalen KoKsschüttungsdruck auf und ermöglicht die Wiricsamkeit der Schurre (J 9j, auf der der KoKsfluß umgelengt wird
und au± deren vorderem Ende, das als Kamm (20) ausgebildet ist, zum Stehen Kommt. Durch die Zähne des Kammes (20) greifen die Zinken einer
rotierenden Abwurfgabel (^1) hindurch und werfen vom vorderen Ende der
Schurre (19) mit jedem Eingriff eine konstante Koksmenge in die Nach-Kammer
(22j ab. Die AbwurfgaDeln unterhalb eines Kühlgaszutührungskanals
sitzen alle auf einer gemeinsamen Welle (23j. Alle Wellen sind nach außen
geführt und besitzen einen gemeinsamen, jedoch nicht dargestellten Antrieb". Der Antrieb ist stufenlos regulierbar, wodurch die Kokssinkgeschwindigkeit
in allen Einzeischächten (16) die gleiche ist und leicht der jeweiligen optionalen Kühlleistung oder der jeweiligen KoKsdurcnsatzleistung
angepaßt werden Kann. Die NachKamner (22j besitzt schräge Seitenflächen
entlang denen der Koks zur tiefsten Stelle rutscht, wo ein Kratzband
(2.5), dessen. Geschwindigkeit stufenlos regulierbar ist, den Koks zur
Auss.cnleusung fördert. In der Nachkammer (.22j läßt sich aucn der Koks bei
Ausfall der Koksschleusen oder des Koksabtransportes fur beispielsweise eine Stunde ansammeln. Das Schutzdach (2b) verhindert, daß das Kratzband (.23;
überfüllt wird. Die Abstreifeinricntung (25a) gibt den Koks dosiert auf das
Kratzband auf.
Das Kühlgas wird durch die Verteilerleitung (^6), die Stichleitungen (15a)
zu den KühlgasZuführungskanälen (1b) geführt. In jeder Stichleitung ist zur
Gasmengenabstiinnung eine hinstellklappe (15 bj angebracht, so daß eine gleichmäßige
Kühlgasverteilung über den gesamten Querschnitt des Kühlschacntes (7j
stattfindet.
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Die ertindungsgemäße Einrichtung arbeitet folgendermaßen.(siehe dazu
Figur 7):
Der Koks wird durch die Einfüllöffnungen (3 J in die vorkammer (2) aufgegeben.
Nach einer Verweilzelt von ca. 1 btunde gelangt er in die Kühlkammer (7).
Dort gibt er einmal seine wärme an die Verdampferflachen (10J und zum anderen
an das Künlgas, das durch die Leitung [26J zugeführt wird, ab. Aus der
Kühlkammer wird der gekühlte Koks über den gesamten Querschnitt in gleichmäßig
kleinen Mengen in die NachKammer (22j abgelassen. Das heiße Wasser
fließt den Verdampfer!lachen (1U) durch die Leitung (27) von der Kesseltrommei
I (28) im Naturumlauf zu. Der in den Verdampferflachen (10) entstehende
battdampf strömt durch die Leitungen (29) zur Kesseltrommel I (28),
die durch die Leitung (30) mit auf etwa battdampftemperatur vorgewärmtem
Wasser gespeist wird. In der Regel ist das ein leilstrom, der aus der Leitung
(31) vom Speisewasservorwärmer (32) des Abhitzekessels (33) kommend,
abgezweigt wird. Der zweite Teiistrom wird von der Kesselspeisewasserpumpe (34j
über die Leitungen (35 und 31 a) m die Kesseltrommel II (36) gedrückt. Von
hier strömt das Kesseiwasser durch die Leitung (37), den verdampfer (38) und
'als Dampf durch die Leitung (39) zur Kesseltrommel II (.56). Der Dampf der
Kesseltrommel ι (28) und der der Kesseltrommel il (56) strömt über die Leitungen
(40, 41 und 42J durch den Überhitzer (43) temperaturgeregelt durch
Leitung (.44j zum Verbraucher. Das Kesselspeisewasser wird durch die Leitung
(45) und hrwärmer (46j zum Entgaserdom (47J des Entgasers (48) gedrückt.
Der hntgaser (48) wird mittels Dampf über die Leitungen (49 und 50j erwärmt,
tr wird unter einem Vakuum, ausreichend für eine Vollentgasung bei b0 0C
Wassertemperatur, betrieben. Das Vakuum wird von der Vakuumpumpe (51) über
die Leitung (52) hergestellt. Aus dem Entgaser(48) wird das entgaste Wasser
mit einer Temperatur von 50 0C über die Leitung (52) von der Pumpe (34)abgesaugt
und zum Speisewasservorwärmer (32j gedrückt. Das vom Koks in die Kühlkammer (7) auf ca. 8uO 0C erwärmte Künlgas strömt durch die Leitung (53)
zum Abhitzekessel (33j und gibt dort seine fühlbare wärme an die Kühlflächen
(43, 38 und 32j ab. Es wird mit einer Temperatur von ca. 150 0C über die
Leitung (.54J dem Zyklon (55) und Leitung (56) vom Gebläse (57) abgesaugt und
durch die Leitung (.26 J zum KoKskühler (7) gedrückt. Der Kühlgaskreislaut wird
druckmäJiig so betrieben, daß an der Einfüllöffnung eine Druckdifferenz zum atmosphärischen Druck von ca. + 0 mm Wassersäule besteht. Dies bedeutet, daß
von der VorKammer (2) über den Abhitzekessel (33) und Zyklon (55j bis zum
Gebläse (57j Unterdruck besteht. Die vom Kühlgasstrom beim Austritt aus der
Künlkamner (7) über Leitung (53j mitgerissenen Stäube werden zum Teil bereits
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am Fuße des Abnitzekessels (.33j abgeschieden. Diese werden über das
Zellrad (.58j ausgeschleust und gelangen durch die Leitung (59) ins
Freie. Der andere btaubanteil wird vom Zyklon (S5j abgeschieden und
gelangt üoer das Zellrad (60) und Leitung (61) ins Freie.
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