DE3037601C2

DE3037601C2 - Verfahren und vorrichtung zur regulierung der starkgasbeheizung von koksoefen

Info

Publication number: DE3037601C2
Application number: DE3037601A
Authority: DE
Inventors: Ralf 5800 Hagen Schumacher; Carl-Heinz Dipl.-Chem. Dr. 4630 Bochum Struck
Original assignee: Dr C Otto & Co 4630 Bochum De GmbH; Dr C Otto & Co 4630 Bochum GmbH; Dr C Otto and Co GmbH
Current assignee: Thyssen Still Otto Anlagentechnik GmbH
Priority date: 1980-10-04
Filing date: 1980-10-04
Publication date: 1984-11-08
Also published as: DE3037601C3; IT8149093A0; GB2084708B; BE890606A; LU83655A1; JPS5763384A; GB2084708A; KR880001395B1; AR225228A1; BR8106271A; AU540449B2; FR2491489B1; FR2491489A1; IN153318B; DE3037601A1; AU7602081A; KR830007786A; IT1171455B; NL8103520A; ZA815124B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regulierung der Flammenlänge und Optimierung der vertikalen Temperaturverteilung in den mit Starkgas beheizten Heizzügen von Koksöfen, denen das Starkgas über Leitungen zugeführt wird, die vom Düsenkeller der Ofenbatterie aus durch die jeweils darüberliegende Regeneratortrennwand verlaufen und in einem Brennerkopf enden, der im unteren Abschnitt des Heizzuges angeordnet ist, während die in den Regeneratoren aufgeheizte Verbrennungsluft durch öffnungen am Fuß des Heizzuges in diesen eintritt

Aufgrund der Entwicklung im Koksofenbau zu Großraumöfen mit Kammeröfen bis zu 8 m sowie deren Betrieb mit kurzen Garungszeiten und den in einigen Ländern von den Umweltschutzbehörden festgelegten Grenzwerten für NOX-Anteile in den Verbrennungsabgasen ergeben sich für eine optimale Beheizungsregelung Probleme. Dies gilt insbesondere für die Starkgasbeheizung von Koksöfen, bei der es mit steigender Bauhöhe der öfen zunehmend schwieriger wird, die Beheizung so einzustellen, daß die vertikale Temperaturverteilung in den Heizzügen optimal ist. Ferner wird bei kurzen Garungszeiten und den damit verbundenen Heizzugtemperaturen mehr NOX gebildet, dessen Anteil in den Verbrennungsabgasen in zunehmendem Maße von den zuständigen Umweltschutzbehörden in immer mehr Ländern limitiert wird. Schließlich ist die Unterdrückung der Graphitbildung an den Brennerköpfen bei der Starkgasbeheizung bisher nur mit verhältnismäßig großem Aufwand gelungen.

Aus der DE-PS 9 14 728 ist ein Verfahren air Beheizung von Koksöfen mit Starkgas bekannt, dessen Heizgas infolge Zumischung von heizkräftigen Restgasen starken Schwankungen unterliegt. Zur Vermeidung von Heizungsschwierigkeiten, die dabei auftreten können, ist vorgesehen, dem Unterfeucrungsgas außerhalb des Ofens in einer besonderen Einrichtung Zwar^sluft zur Einstellung eines gleichbleibenden Hei/wertes zuzumischen. Durch diese Maßnahme können die aufgezeigten Probleme ebenso wenig gelöst werden wie durch das aus der GB-PS 1 04 368 bekannte Verfahren, bei dem insbesondere bei Einsatz von Brenngasen mit hohem Wasserstoffgehalt der Verbrennungsluft Rauchgas zugemischt wird. Dieses Rauchgas/Luftgcmisch wird dem Heizzug auf dem üblichen Wege durch die Regeneratoren und die Überführungskanäle zugeführt. Da die absolute Menge an Sauersioff durch die Zusammensetzung des Unterfeuerunghgases vorgegeben ist, führt die bekannte Zumischurig v»>n Rauchgas stets zu erhöhten Strömungsgeschwindigkeiten in den entsprechenden StrömungsquerschniUen und damit zu einer Verstärkung der Turbulenzen ün Bereich der Ofensohle und somit zu einer Verkürzung der Flamme.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend aufgezeigten Probleme in einfacherer Weise als bisher mit vertretbarem Aufwand zu lösen. Dabei geht es insbesondere darum, die vertikale Temperaturverteilung in den Heizzügen zu verbessern, den NOX-Gehalt in den Verbrennungsabgasen zu senken und die Graphitbildung an den Brennerköpfen zu vermeiden.

Ausgehend von einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art besieht die Erfindung darin, den Heizzügen einen regulierbaren Anteil der insgesamt für die Verbrennung des Unterfeuerungsgases benötigten Verbrennungsluft als Zwangsluft mittels eines Gebläses in unmittelbarer Nähe der Mündung des Brennerkopfes zuzuführen. Vorzugsweise erfolgt die Zuführung der Zwangsluft über einen die Brennermündung umgebenden Ringraum. Der als Zwangsluft zugeführte Teil der Verbrennungsluft pro Heizzug soll erfindungsgemäß weniger als 30 Vol.-%, vorzugsweise 5 bis 15Vol.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Verbrennungsluft, betragen. Die Erfindung sieht ferner vor, zusammen mit der Zwangsluft kalte Verbrennungsabgase zuzuführen, wobei das Mischungsverhältnis von Zwangsluft und Verbrennungsabgasen maximal 1 :2, vorzugsweise 2 :1 bis 1 :1 beträgt.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die die Ausbildung des Brennerrohres als Doppelmantelrohr vorsieht und deren Merkmale sich aus den auf die Vorrichtung gerichteten Ansprüchen ergeben.

Bekanntlich sind die bei der konventionellen Luftverteilung in die einzelnen Heizzüge einströmenden Luftmengen niemals völlig gleich; vielmehr ergibt sich aus unterschiedlichen Gründen eine gewisse Streubreite. Dieser Nachteil wird bei dem Verfahren gemäß vorlie-3ii gender Erfindung dadurch überwunden, daß die Hauptmenge der Verbrennungsluft in herkömmlicher Weise als in den Regeneratoren aufgeheizte Verbrennungsluft durch öffnungen am Fuß des Heizzuges eingeleitet, jedoch insgesamt so bemessen wird, daß die bei dieser Verteilung am meisten benachteiligten Heizzüge einen knappen Luflmangel zu verzeichnen haben und ohne weitere Maßnahmen mit leicht rußender Flamme brennen würden. Diesen Heizzügen wird nun besonders viel und den übrigen, mit ansteigendem Sauerstoffanteil im Verbrennungsabgas, weniger Zwangsluft zugeführt. Auf diese Weise kann der Luftüberschuß insgesamt gesehen so gering gehalten werden, daß im Verbrennungsabgas ein Sauerstoffanieil von weniger als 3% eingehalten werden kann. Dadurch wird die Abgasmenge kleiner und als Folge davon der Unterfeuerungsbedarf gesenkt. Gleichzeitig wird die NOX-Bildung infolge des geringeren Sauerstoffüberschusses zurückgedrängt. In noch stärkerem Maße wird die NOX-Bildung durch die gegenüber dem herkömmlichen Betrieb geringere Ein-'■>") Strömtemperatur des Brenngases unterdrückt, das durch das weniger heiße innere Rohr des Doppelmantelrohrbrenners in den Heizzug gelangt. Auen durch die anfänglich langsamere Durchmischung des Brenngases mit Luftsauerstoff infolge der etwa gleichen Ausströmbo geschwindigkeit der Zwangsluft, die den Austrittsstrahl des Starkgases ringförmig umhüllt, wird die Verbrennun_bsgeschwindigkeit verlangsamt, damit die örtliche Flammentcmperatur gesenkt und schließlich die NOX-Bildung zusätzlich gemindert. Die Starkgasflamme in h5 den Heizzügen wird durch die Verfahrensweise gemäß vorliegender Erfindung verlängert und damit die Temperaturverteilung verbessert, insbesondere wenn der Zwangsluft kaltes Rauchgas zugemischt wird.

Es gelingt auf diese Weise ferner, die Graphitbildung am Brennerkopf weitgehend zu vermeiden, da dieser an der Mündung des Brenngases kälter ist als bei der bisherigen Arbeitsweise und weil diese Stelle ständig von Zwangsluft und gegebenenfalls kälterem Verbrennungsabgas umspült wird.

Der Mehrbedarf an Unterfeucrung durch die weniger vorgewärmte Zwangsluft und dadurch kälter eintretendes Brenngas beträgt maximal 4%. Die Leistungsaufnahme für das Zwangsluftgebläse beträgt, bezogen auf den Unterfeuerungsbedarf, weniger als 0,1%. Wenn man berücksichtigt, daß eine Verminderung des Sauerstoffanteils im Abgas um 1% eine Senkung des Unterfeuerungsbedarfs um mehr als 5% bewirkt, so ergibt sich insgesamt bei der Durchführung des Verfahrens vorliegender Erfindung zusätzlich ein energetischer Gewinn.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch die Regeneratortrennwand mit einem Teil des darüberliegenden Heizzuges und dem in der Trennwand verlaufenden Doppelmantelbrenner,

F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie A-A der F i g. 1, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie ß-Sder Fig. 1, F i g. 4 einen Schnitt nach der Linie C-Cder F i g. 1,

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie D-D der Fig. 1 und

Fig.6 ein Schema des Verteilungssystems für die Zwangsluft.

Auf Fig. 1 ist schemalisch ein Schnitt durch eine Regeneratortrennwand 1 mit dem darüber angeordneten Heizzug 2 dargestellt, in dessen unterem Abschnitt der Brenner 3 für das Starkgas mündet. Erfindungsgemäß ist die Brennerrohrleitung als Doppelmantelrohr ausgebildet und erstreckt sich von der Sohlkanaldecke 4 aus durch die Regeneratortrennwand 1 und die Heizzugsohle 5 in den Heizzug 2. Der Mantelrohrbrenner besteht aus äußeren Mantelrohrsteinen 6 mit einer mittleren zylindrischen Bohrung 7 und einem in der Bohrung angeordneten, im wesentlichen ringförmigen Ringstein 8, dessen Außendurchmesser kleiner als der Durchmesser der Bohrung 7 ist.

Die unterschiedliche Ausbildung des Mantelrohrbrenners in den einzelnen Höhenlagen ergibt sich aus den F i g. 2 bis 4. F i g. 2 ist ein Schnitt nach der Linie A-A der Fig. 1. In dem Abschnitt des Brenners, der in den Heizzug hineinragt (bei der dargestellten Ausführungsform sind dies die vier oberen Lagen) besteht der innere Ringstein 8 aus einem einfachen Hohlzylinder, dessen Außenwand mil der die Bohrung 7 begrenzenden Wandung einen Ringraum 9 bildet. Bei den darunter befindlichen Lagen sind die inneren Ringsieine 8 mit drei Ansätzen 10 (F i g. 3) versehen, die sich radial bis zur Wandung der Bohrung des äußeren Mantelrohrsteines 6 erstrecken und an diesen anliegen, so daß drei symmetrisch angeordnete Mantelrohrkanäle 11 gebildet werden. Bei den ausgehend von der Sohlkanaldecke 4 unteren vier oder fünf Lagen der Brennersteine sind die Ansätze 10 aus Stabilisationsgründen mit Zapfen 12 versehen, die in die Mantelrohrsteine 6 hineinragen.

Die Zuführung des Starkgases zu dem durch den Ringstein 8 gebildeten Innenrohr 13 erfolgt in bekannter Weise über Stichleitungen 14, die von nicht dargestellten Sammelleitungen abzweigen (Bild 1). Die Leitungen 14 sind in Höhe der Sohlkanaldecke mit einem Stützkragen 15 versehen, der als Auflage für den untersten Ringstein 8 jedes Brenners dient. Unterhalb des Stützkragens 15 ist die Stichleitung 14 von einem ringförmigen Anschlußraum 16 zur Zufuhr der Zwangsluft umgeben, der mit den Mantelrohrkanälen 11 in Verbindung steht.

Wie sich aus Fig. 5 ergibt, ist der Anschlußraum 16 mit einem tangential angebrachten Stutzen 17 versehen, der über ein Regulierventil 18 und eine Stichleitung 19 mit der Sammelleitung 20 für die Zwangsluft verbunden ist.

Aus Fig. 1 ergibt sich, daß der Mantelrohrstein und der Ringstein, aus denen der Mantelrohrbrenner aufgebaut ist, in der Höhe versetzt zueinander angeordnet sind. Die Steine bestehen vorzugsweise aus feuerfestem Material. Die einzelnen übereinander angeordneten Lagen der Steine greifen mit Nut und Feder ineinander.

F i g. 6 ist eine schematische Darstellung des Verteilungssystems für die Zwangsluft, die Mengenregelung und die Regelung für das Verhältnis von Luft und Unterfeucrungsabgas, das im Bedarfsfall zusammen mit der Zwangsluft eingeleitet wird am Beispiel einer Zwillingszugbeheizung. Auf der Zeichnung sind fünf Heizwände mit Zwillingszügen dargestellt, wobei zur Kennzeichnung des sich in je einer Hälfte des Zwillingszuges befindlichen Brenners gerade und ungerade Zahlen benutzt werden. Bei dem dargestellten Beheizungsschema werden während einer Umstellperiode entweder die mit geraden Zahlen versehenen Brenner oder die ungeradzahligen Brenner aller Heizwände beaufschlagt. Alternativ kann jedoch auch eine von Heizwand zu Heizwand wechselnde Schaltung von geraden und ungeraden Brennern installiert werden.

Die Sammelleitungen 20a und 2Oi sind in zwei voneinander getrennte Leitungssysteme aufgeteilt, von denen das eine die Brenner mit ungeraden Nummern und das andere die Brenner mit geraden Nummern versorgt. Mit Hilfe der Umsiellventile 21a und 21έ> kann die Zwangsluftzufuhr synchron und im Rhythmus der Beheizung umgestellt werden. Mit 22 ist das Gebläse bezeichnet, mit dem die Zwangsluft aus der Leitung 23, gegebenenfalls zusammen mit Unterfeuerungsabgas, in die Sammelleitungen 20a und 20fc gedrückt wird. Die Unterfeuerungsabgase werden über die Leitung 24 in den Kamin 25 geleitet: ein Teilstrom kann im Bedarfsfall über die Leitung 26 abgezogen werden. Die Verhältnisregelung erfolgt mit den Ventilen 27, die Mengeneinstellung in Abhängigkeit vom Sauerstoffgehalt in den Unterfeucrungsabgasen durch Bypass-Regelung mittels Ventil 28. das in dem Bypass 29 angeordnet ist.
Selbstverständlich ist das beschriebene Verfahren auch auf andere Beheizungssysteme sinngemäß anwendbar.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Regulierung der Flammenlänge und zur Optimierung der vertikalen Temperaturverteilung in den mit Starkgas beheizten Heizzügen von Koksöfen, denen das Starkgas über Leitungen zugeführt wird, die vom Düsenkeller der Ofenbatterie aus durch die jeweils darüberliegende Regeneratortrennwand verlaufen und in einem Brennerkopf enden, der im unteren Abschnitt des Heizzuges angeordnet ist, während die in den Regeneratoren aufgeheizte Verbrennungsluft durch öffnungen am Fuß des Heizzuges in diesen eintritt, dadurch gekennzeichnet, daß den einzelnen Heizzügen ein regulierbarer Teil der für d:e Verkokung benötigten Verbrennungsluft als Zwangsluft mittels eines Gebläses in unmittelbarer Nähe der Mündung des Brennerkopfes zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung der Zwangsluft über einen die Brennermündung umgebenden Ringraum erfolgt

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der als Zwangsluft zügeführte Teil der Verbrennungsluft pro Heizzug weniger als 30 Vol.-%, vorzugsweise 5 bis 15 Mol.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Verbrennungsluft, beträgt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen t bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusammen mit der Zwangsluft kalte Verbrennungsabgase zugeführt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischungsverhältnis von Zwangsluft und Verbrennungsabgasen maximal 1 :2, vorzugsweise 2 :1 bis 1 : 1 beträgt.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung zur Zufuhr des Starkgases und der Zwangsluft aus einem aus Ringsteinen aufgebauten Doppelmantelrohr besteht, das sich von der Sohlkanaldecke (4) dutch die Regeneratortrennwand (1) erstreckt und in einen als Doppclmantelbrenner ausgebildeten Brennerkopf (3) mündet, wobei das Innenrohr (13) an die Starkgasleitung und ein dieses umgebender Ringraum (9, U) an eine Leitung zur Zufuhr der Zwangsluft und gegebenenfalls von Verbrennungsabgas angeschlossen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung zur Zufuhr des Starkgases und der Zwangsluft aus einzelnen übereinander angeordneten äußeren Mantelrohrsteinen (6) mit einer im wesentlichen kreisförmigen zentralen Bohrung (7) und inneren ringförmigen Steinen (8) besteht, die innerhalb der zentralen Bohrung jedes Mantelrohrsteines unter Bildung freier Durchgänge (9, Jl) zwischen der Innenwandung des Mantelrohrsteines und der Außenwandung des ringförmigen Steins angeordnet sind. M)

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren ringförmigen Steine (8) am Brennerkopf (3). vorzugsweise in dem Bereich, in dem die Leitung in den Heizzug (2) hineinragt, rohrförmig ausgebildet sind und zwischen μ der Innenwand des äußeren Mantelrohrsteincs (6) und der Außenwand des ringförmigen Steins ein ringförmiger Kanal (9) freibleibt.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Steine (8) im Bereich der Regeneratortrennwand (1) mit mehreren, vorzugsweise drei symmetrisch angebrachten Ansätzen (10) versehen sind, die die Innenwand der Mantelrohrsteine berühren, wobei zwischen den Ansätzen Durchströmkanäle (11) freibleiben.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansätze der unteren, vorzugsweise der unteren vier bis fünf Lagen der ringförmigen Steine, die sich an die Sohlkanaldecke (4) anschließen, mit Zapfen (12) in die äußeren Mantelrohrsteine (6) eingelassen sind.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Querschnittsflächen des Zwangsluft führenden Ringraumes (9, U) und des Brenngas führenden Innenrohres (13) so gewählt wird, daß die Austrittsgeschwindigkeilen beider Medien bei mittlerer Beaufschlagung mit Zwangsluft etwa gleich groß sind.

12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Mantelrohrsteine (6) gegenüber den innen angeordneten ringförmigen Steinen (8) in unterschiedlichen Höhen versetzt zueinander angeordnet sind.

13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußleitung (14) für das Starkgas im Bereich der Sohlkanaldecke (4) mit einem Stützkragen (15) versehen ist, der als Auflage für den untersten inneren ringförmigen Stein dient und daß die Anschlußleitung für das Starkgas unterhalb des Stützkragens von einem ringförmigen Anschlußraum (16) zur Zufuhr der Zwangsluft und gegebenenfalls des Verbrennungsabgases versehen ist, der mit den Durchströmkanälen (11) in Verbindungsteht.

14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Anschlußraum (16) mit einem tangential anschließenden Anschlußslutzcn (17) versehen ist, der mit der Sammelleitung (20) für die Zufuhr der Zwangsluft und gegebenenfalls von Verbrennungsabgasen in Verbindung steht.

15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Anschlußstutzen (17) des ringförmigen Anschlußraumes und der Sammelleitung (20) für die Zufuhr der Zwangsluft und der Verbrennungsabgase eine Lochblende oder ein Regulierventil (18) angeordnet ist. mit dem die dem entsprechenden Brenner zugeführte Menge dosierbar ist.

16. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilung und die Zufuhr der Zwangsluft, gegebenenfalls in Mischung mit Verbrennungsabgasen in der für die Starkgasverteilung bekannten Weise unter der Ofendecke im Düsenkeller über Sammelleitungen (20) und von diesen abzweigende Stichleitungen (19) erfolgt, die zu den Doppelmantelrohren führen.

17. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 16. dadurch gekennzeichnet, daß die die Zwangsluft und gegebenenfalls damit vermischte Verbrennungsabgase führenden Sammelleitungen (20) in zwei getrennte Leitungssysteme (20a. 20b) aufgeteilt sind, von denen das eine mit den Brennern mit den ungeraden Nummern und das andere mit den Brennern mil geraden Nummern angeschlossen ist, wobei die

Umstellung synchron und im Rhythmus der Beheizung durch zwei in die Leitungssysteme eingebaute Umstellventile (21a, 21 b) erfolgt

18. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Gebläse (22) für die Zwangsluft eine Verhältnisregelung (27) vorgesehen ist die das Verhältnis von Luft zu Verbrennungsabgas regelt, während die Mengenregelung für die gegebenenfalls mit Verbrennungsabgasen gemischte Zwangsluft über den Bypass (29) mit Ventil (28) erfolgt