DE3718434A1

DE3718434A1 - Verfahren zur erhoehung des waermetechnischen wirkungsgrades des verkokungsprozesses

Info

Publication number: DE3718434A1
Application number: DE19873718434
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl Ing Toll; Johannes Dipl Ing Dr Janicka
Original assignee: Krupp Koppers GmbH
Current assignee: Krupp Koppers GmbH
Priority date: 1987-06-02
Filing date: 1987-06-02
Publication date: 1988-12-15
Anticipated expiration: 2007-06-03
Also published as: DE3718434C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung des wärmetechnischen Wirkungsgrades des Verkokungsprozesses in Horizontalkammerverkokungsöfen, bei dem das Abgas aus den Verkokungsöfen zur Kohlevortrocknung genutzt wird.

Aus der DE-OS 27 15 536 ist ein Verfahren der gattungs gemäßen Art bekannt, bei dem das Abgas, das bei der Be heizung des Verkokungsofens anfällt, im Wärmerückgewin nungsteil desselben nur bis auf eine Temperatur von 400-800°C abgekühlt und danach in einer zweiten Stufe in einem gesonderten, vorzugsweise direkt wirkenden Wär meaustauscher weiter abgekühlt wird. Gemäß einer Aus führungsform dieses Verfahrens kann dabei in der zweiten Stufe eine Kohlevorerhitzungsanlage zur Anwendung gelan gen, in der die Wärme des heißen Abgases direkt auf die vorzuerhitzende Kohle übertragen wird. Nähere Einzelhei ten bezüglich der Verfahrensparameter und der Ausgestal tung der Kohlevorerhitzung sind der genannten Offenle gungsschrift allerdings nicht zu entnehmen.

Es trifft zwar zu, daß durch die vorgeschlagene Nutzung des heißen Abgases zur Kohlevortrocknung bzw. -vorer hitzung bereits eine Verbesserung des wärmetechnischen Wirkungsgrades des Verkokungsprozesses herbeigeführt wird, wobei der Einsatz von vorerhitzter Kohle bekannt lich nicht nur Auswirkungen auf die Produktionssteige rung, sondern auch auf die Verbreiterung der zu verar beitenden Kokskohlenpalette hat. Gleichwohl besteht das Bedürfnis nach einer weiteren Ausgestaltung und Optimierung dieser Arbeitsweise. Dabei ist insbeson dere damit zu rechnen, daß in Zukunft durch eine wei tere Verschärfung der Umweltschutzauflagen, insbesonde re im Hinblick auf den NO_X-Gehalt im Abgas, neue For derungen an die Erbauer von Kokereianlagen gestellt werden, die mit den herkömmlichen Mitteln nicht mehr zu erfüllen sind. Der Erfindung liegt deshalb die Auf gabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzuentwickeln, daß es den künftigen Forde rungen sowohl nach Verbesserung der Wirtschaftlichkeit als auch des Umweltschutzes gleichermaßen gerecht wird.

Das der Lösung dieser Aufgabe dienende Verfahren der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß dadurch ge kennzeichnet, daß das Abgas mit einer Temperatur von 350-400°C aus den Regeneratoren der Verkokungsöfen abgezogen und in der nachgeschalteten Kohletrocknungs anlage auf ca. 90-100°C abgekühlt und danach über ein Abgasgebläse dem Kamin zugeführt wird, wobei der NO_X-Gehalt des über den Kamin austretenden Abgases da durch auf einen gewünschten Wert reduziert und kon stant gehalten wird, daß ein Teilstrom des Abgases vor dem Eintritt in die Kohletrocknungsanlage durch eine Denox-Anlage geleitet wird, in der unter Zugabe von Ammoniak eine selektive katalytische Reduktion der im Gas enthaltenen Stickoxide erfolgt, worauf dieser Teil strom wieder mit dem Hauptstrom vereinigt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht dabei vor, das Abgas mit einer Temperatur aus den Regeneratoren der Verkokungsöfen abzuziehen, die für die katalytische Reduktion der Stickoxide optimal ist, so daß eine zu sätzliche Aufwärmung bzw. Abkühlung des Abgasstromes zum Zwecke der Entstickung nicht erforderlich ist. Das hierbei zur Anwendung gelangende Verfahren ist unter dem Namen SCR-Verfahren allgemein bekannt und in der Literatur vorbeschrieben worden. Dabei werden die Stickoxide in Gegenwart von Ammoniak und Sauer stoff unter dem Einfluß der verwendeten Katalysatoren selektiv zu Stickstoff und Wasser reduziert. Für die se selektive Reduktion haben sich neben anderen Ver bindungen vor allem Oxide und Mischoxide der Übergangs metalle als katalytisch wirksam erwiesen. Weit ver breitet ist hierbei insbesondere die Verwendung von TiO₂-Katalysatoren. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Katalysatoren im allgemeinen in dem engen Tempe raturbereich von 350-400°C betrieben werden müssen, um optimale Resultate erzielen zu können. Bei niedri geren Temperaturen geht der Grad der NO_X-Entfernung wesentlich zurück, und es erhöht sich gleichzeitig die Gefahr einer Abscheidung von Ammoniumsulfat bzw. -hydrogensulfat. Bei zu hohen Temperaturen läßt dage gen die Selektivität des Katalysators nach, und es werden auch andere Gasbestandteile katalytisch umge setzt. So steigt beispielsweise in diesem Falle die Konversionsrate von SO₂ zu SO₃ deutlich an, was zu Korrosionsproblemen in den nachgeschalteten Anlage teilen führt.

Die Größe des Teilstromes, der durch die Denox-Anlage geleitet wird, richtet sich selbstverständlich nach dem jeweils zulässigen Grenzwert für den NO_X-Gehalt des über den Kamin in die Atmosphäre austretenden Ab gases. Dieser Teilstrom wird dabei in Abhängigkeit von dem am Austritt des Kamins gemessenen NO_X-Wert so einreguliert, daß der vorgegebene Grenzwert für den NO_X-Gehalt nicht überschritten wird. Hierbei gilt selbstverständlich die Faustregel, daß der Teilstrom des Abgases, der durch die Denox-Anlage geschickt wird, um so größer sein muß, je niedriger der geforderte NO_X-Grenzwert ist. Derzeit liegt dieser Grenzwert in der Bundesrepublik Deutschland bei 500 mg NO_X/m³ Ab gas, gerechnet auf 5% O₂ im Abgas. Eine weitere Herab setzung dieses Grenzwertes ist jedoch für die Zukunft nicht auszuschließen.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es zweckmäßig, die Einsatzkohle bis auf eine Restfeuchte von 2-4%, vorzugsweise 3%, vorzutrocknen, wodurch der Kohlebesatz der Ofenkammern im Vergleich zur Be schickung mit feuchter Kohle hinsichtlich seiner Schütt dichteverteilung wesentlich vergleichmäßigt und zu gleich die durchschnittliche Schüttdichte erhöht wird. Außerdem weist die entsprechend vorgetrocknete Kohle wesentlich bessere Rieseleigenschaften auf als feuchte Kohle, so daß die Schüttdichteschwankungen im Kohlebe satz kleiner werden. Sogenannte Nester mit erhöhter Feuchtekonzentration sind beim Einsatz von vorgetrock neter Kohle mit konstanter Restfeuchte von 2-4% ebenfalls praktisch ausgeschlossen. Das Beheizungssy stem des Verkokungsofens kann deshalb viel gleichmäßi ger eingestellt und die mittlere Kohletemperatur am Ende der Garungszeit erniedrigt werden. Beides führt zu einem geringeren Bedarf an Unterfeuerungsgas.

Selbstverständlich ist es im Interesse einer Vergleich mäßigung der Betriebsbedingungen des Verkokungsprozes ses zweckmäßig, daß die Restfeuchte der Trockenkohle unabhängig von der Anfangsfeuchte der Einsatzkohle konstant gehalten wird. Schwankungen von Feuchte und Temperatur der nassen Einsatzkohle können dabei gege benenfalls durch eine Bypass-Regelung ausgeglichen wer den, bei der ein Teilstrom des heißen Abgases um die Kohletrocknungsanlage herumgeführt wird. Hierbei kann der Sollwert der Restfeuchte der Trockenkohle als Steuerungsgröße für die Bypass-Regelung benutzt werden.

In Fällen, in denen die Einsatzkohle einen ungewöhnlich hohen Feuchtegehalt aufweist, kann der Wärmebedarf für die Kohletrocknnung so hoch werden, daß er durch das aus den Regeneratoren abgezogene 350-400°C heiße Abgas nicht allein gedeckt werden kann. In diesem Falle wird in einer separaten Brennkammer zusätzliches heißes Rauchgas erzeugt, welches dem von den Regeneratoren der Verkokungsöfen kommenden Abgasstrom zugemischt wird.

Durch die Addition der verschiedenen erfindungsgemäßen Verbesserungen des Verkokungsprozesses, nämlich

- weitestgehende Rückgewinnung der Abgaswärme durch Abkühlung der Abgastemperatur auf 90-100°C,
- Verdampfung des größten Teils der Kohlefeuchte auf niedrigem Temperaturniveau außerhalb der Ofenkammer,
- weitgehender Wegfall der Aufheizung des Dampfes aus dem Kohlewasser in der Ofenkammer auf ca. 800°C,
- Reduzierung der Schüttgewichtsschwankungen im Koh lebesatz aufgrund der besseren Rieselfähigkeit der vorgetrockneten Kohle,
- Erhöhung der mittleren trockenen Schüttdichte der vorgetrocknenten Kohle gegenüber Naßkohle,
- gleichmäßigere Einstellung der Beheizung,
- Reduzierung der mittleren Koksendtemperatur,

ergibt sich eine Reduzierung des Unterfeuerungsbedarfs von 10-12%, wobei der Energiebedarf für das Abgas gebläse bereits in Abzug gebracht ist.

Gleichzeitig gestattet das erfindungsgemäße Verfahren eine sichere Einhaltung der gesetzlichen Auflagen zur Begrenzung des NO_X-Gehaltes im Abgas. Da das Abgas hierbei in einem Temperaturbereich aus den Regenerato ren der Verkokungsöfen abgezogen wird, bei dem die Denox-Anlage optimal arbeitet, ist eine zusätzliche Aufheizung oder Abkühlung des durch die Denox-Anlage geleiteten Teilstromes das Abgases nicht erforderlich. Das erfindungsgemäße Verfahren eröffnet dabei außer dem die Möglichkeit, die Heizzugtemperaturen zu erhöhen und damit die Durchsatzleistung der Verkokungsöfen zu steigern. Zwar wird durch die Erhöhung der Heizzugtem peraturen der NO_X-Gehalt im Abgas heraufgesetzt. Die ser erhöhte NO_X-Gehalt kann jedoch durch die Denox- Anlage soweit unschädlich gemacht werden, daß der ge forderte Grenzwert trotzdem nicht überschritten wird. Die erfindungsgemäße Arbeitsweise kann hierbei beson ders vorteilhaft bei Verkokungsöfen mit breiten Ofen kammern eingesetzt werden, da der für den Verkokungs fortschritt wichtige Exponent n gemäß der Formel

t _G = m · B ⁿ,

wobei

t _G = Garungszeit m = Faktor B = Kammerbreite n = Exponent

ist, mit steigender Heizzugtemperatur sinkt, so daß die Garungszeit kleiner und damit die Durchsatzleistung größer wird. Andererseits kann bei gleicher Garungszeit die Kammerbreite weiter erhöht werden. Hierdurch ge winnt die Verkokung in der breiten Ofenkammer zusätz lich an Wirtschaftlichkeit.

Nachfolgend soll das erfindungsgemäße Verfahren an Hand des in der Abbildung dargestellten Fließschemas weiter erläutert werden.

Hierbei wird das bei der Beheizung der Koksofenbatte rie 1 anfallende Abgas aus den in der Abbildung nicht dargestellten Regeneratoren mit einer Temperatur von 350-400°C über den Abgaskanal 2 in die Kohletrock nungsanlage 3 geführt und von dort über den Staubab scheider 4 und die Abgasleitung 5 mit einer Temper tur von 90-100°C dem Kamin 6 zugeführt. In der Ab gasleitung 5 ist dabei das Abgasgebläse 7 installiert, durch welches der Druckverlust des Abgases, der beim Passieren der verschiedenen Verfahrensstufen auftritt, ausgeglichen wird. Der Saugzug im nicht in der Abbil dung dargestellten Rauchgaskanal der Koksofenbatterie 1 wird über die Regelklappe 8, die von dem im Druckmesser 9 ermittelten Druck gesteuert wird, konstant gehalten. Im Abgaskanal 2 ist vor dem Eintritt in die Kohletrock nungsanlage 3 die Bypass-Leitung 10 vorgesehen, durch die ein Teilstrom des heißen Abgases durch die Denox- Anlage 11 geleitet werden kann. Diese arbeitet nach dem weiter oben beschriebenen SCR-Verfahren, wobei das für die NO_X-Reduktion erforderliche Ammoniak über die Leitung 12 zugeführt wird. Der entstickte Teilstrom des Abgases wird nach Passieren der Denox-Anlage 11 wieder mit dem Hauptstrom im Abgaskanal 2 vereinigt. Die mengenmäßige Aufteilung dieser beiden Ströme wird dabei durch den am Austritt des Kamins 6 ermittelten NO_X-Gehalt des Abgases gesteuert. Dieser wird durch das Meßgerät 13 erfaßt, wobei der dort ermittelte Meß wert die Stellung der Regelklappe 14 im Abgaskanal 2 in dem Sinne steuert, daß die Regelklappe 14 umso wei ter geöffnet ist, je niedriger der durch das Meßgerät 13 ermittelte NO_X-Wert ist und umgekehrt.

Die feuchte Einsatzkohle wird über die Aufgabevorrich tung 15 in die Kohletrocknungsanlage 3 eingeleitet, in der sie bis auf eine Restfeuchte von 2-4% vorge trocknet wird. Bei der in der Abbildung dargestellten Ausführungsform der Kohletrocknungsanlage 3 ist ein direkter Wärmeaustausch zwischen der feuchten Einsatz kohle und dem heißen Abgas vorgesehen, wobei vorzugs weise ein Trommeltrockner zur Anwendung gelangt. Ge gebenenfalls könnte hier aber auch eine Ausführungs form des Trockners zur Anwendung gelangen, bei der ein indirekter Wärmeaustausch stattfindet. Die entsprechend vorgetrocknete Kohle wird unten aus der Kohletrocknungs anlage 3 abgezogen und gelangt über den Transportweg 16 in den Trockenkohlebunker 17. Von hier aus wird die Kohle über den Transportweg 18 der Koksofenbatterie 1 zugeführt. Die im Staubabscheider 4 abgeschiedene feinkörnige bis staubförmige Kohle wird über die Lei tung 19 aus diesem abgezogen und der Trockenkohle auf dem Transportweg 16 zugemischt. Damit die Endfeuchte der Trockenkohle innerhalb des angegebenen Bereiches konstant gehalten werden kann, ist zwischen dem Abgas kanal 2 und der Abgasleitung 5 die Bypass-Leitung 20 vorgesehen, innerhalb derer die Regelklappe 21 ange ordnet ist. Der über die Bypass-Leitung 20 geführte Teilstrom des heißen Abgases wird mit Hilfe der Regel klappe 21 so bemessen, daß der über die Kohletrocknungs anlage 3 geführte Hauptstrom des Abgases die Kohle auf den gewünschten konstanten Feuchtegehalt vortrocknet. Dabei erhält die Regelklappe 21 ihren Steuerimpuls vom Meßgerät 22, das die Feuchte der über den Trans portweg 16 abgezogenen Kohle ermittelt.

Für den Fall, daß der Wärmeinhalt des von der Koksofen batterie 1 kommenden heißen Abgases nicht ausreicht, um die Einsatzkohle auf die vorgesehene Restfeuchte ab zutrocknen, ist zusätzlich die Brennkammer 23 vorge sehen, in der Brenngas, welches über die Leitung 24 zu geführt wird, verbrannt wird. Das hierbei anfallende heiße Rauchgas wird über die Leitung 25 in den Abgas strom im Abgaskanal 2 eingespeist, so daß damit die Wärmebilanz ausgeglichen werden kann.

Die in der Abbildung unterbrochen eingezeichneten Li nien stellen die Impulsleitungen dar, durch die die von den Meßgeräten ermittelten Werte als Steuergrößen auf die dazugehörigen Regelklappen übertragen werden.

Claims

1. Verfahren zur Erhöhung des wärmetechnischen Wir kungsgrades des Verkokungsprozesses in Horizon talkammerverkokungsöfen, bei dem das Abgas aus den Verkokungsöfen zur Kohlevortrocknung genutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas mit einer Temperatur von 350-400°C aus den Regene ratoren der Verkokungsöfen abgezogen und in der nachgeschalteten Kohletrocknungsanlage auf ca. 90-100°C abgekühlt und danach über ein Ab gasgebläse dem Kamin zugeführt wird, wobei der NO_X-Gehalt des über den Kamin austretenden Abga ses dadurch auf einen gewünschten Wert reduziert und konstant gehalten wird, daß ein Teilstrom des Abgases vor dem Eintritt in die Kohletrocknungs anlage durch eine Denox-Anlage geleitet wird, in der unter Zugabe von Ammoniak eine selektive ka talytische Reduktion der im Gas enthaltenen Stick oxide erfolgt, worauf dieser Teilstrom wieder mit dem Hauptstrom vereinigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilstrom des durch die Denox-Anlage ge leiteten Abgases in Abhängigkeit vom gemessenen NO_X-Wert am Austritt des Kamins geregelt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsatzkohle in der Koh letrocknungsanlage bis auf eine Restfeuchte von 2-4%, vorzugsweise 3%, vorgetrocknet wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Restfeuchte der Trocken kohle unabhängig von der Anfangsfeuchte der Ein satzkohle konstant gehalten wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwankungen von Feuchte und Temperatur der nassen Einsatzkohle durch eine Bypass-Regelung im Abgasstrom ausgeglichen werden, wobei die Soll-Restfeuchte als Führungs größe benutzt wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei extremem Wärmebedarf für die Kohletrocknung in einer Brennkammer zusätzlich heißes Rauchgas erzeugt und dieses dem Abgasstrom aus den Verkokungsöfen zugemischt wird.