DE3730749C2 - Verfahren und Vorrichtung zum emissionsfreien Löschen von Koks - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum emissionsfreien Löschen von Koks mittels Wasser, bei dem die anfallenden Löschschwaden durch Mischkondensation mit Wasser niederge­ schlagen werden, sowie einen zur Durchführung dieses Ver­ fahrens besonders geeigneten Mischkondensator.

Beim Löschen des aus den Ofenkammern der Koksofenbatterie gedrückten glühenden Kokses mittels Wasser entstehen die sogenannten Löschschwaden. Diese bestehen aus Wasserdampf, in den Koksstaubpartikel eingeschlossen sind. Da beim Lö­ schen des Kokses gleichzeitig die sogenannten Löschgase entweichen, die z. B. Schwefelwasserstoff, Kohlenmon- und -dioxid, Wasserstoff, Stickstoff und Stickoxide enthalten, führt das dazu, daß ein Teil dieser Löschgase von den Löschschwaden absorbiert wird. Daher weisen diese in der Regel einen pH-Wert im schwach sauren Bereich auf und wir­ ken dementsprechend korrosiv. Die ungehinderte Emission der Löschschwaden und -gase in die Atmosphäre stellt des­ halb eine ganz erhebliche Umweltbelastung dar, die heute nicht mehr ohne weiteres toleriert werden kann.

Für das Löschen des Kokses sind dabei seit langem soge­ nannte Löschtürme und -hauben bekannt. Hierbei wird der aus den Ofenkammern in den Löschwagen gedrückte glühende Koks in diesem unter die Löscheinrichtungen gefahren, in denen er von oben mit Wasser berieselt wird. Die hier­ für vorgesehenen Berieselungseinrichtungen befinden sich dabei in einem gewissen Abstand oberhalb des Löschwagens. Charakteristisch für diese Arbeitsweise ist, daß sie mit einem verhältnismäßig hohen Wasserverbrauch arbeitet, der etwa bei 2 m³ Wasser pro Tonne Koks liegt. Dies führt einerseits dazu, daß verhältnismäßig große Mengen an Löschwasser ablaufen, die wegen der in ihm enthaltenen Schad- und Feststoffe nicht ohne weiteres wiederverwendet oder abgestoßen werden können, sondern zunächst in einer Kläranlage behandelt werden müssen. Andererseits weist der gelöschte Koks einen hohen Wassergehalt auf, der bis zu 10 Gew.-% betragen kann. Dieser Wassergehalt muß im Hinblick auf die Tatsache, daß die Eisen- und Stahlin­ dustrie heute einen Hüttenkoks mit einem maximalen Wasser­ gehalt von nur noch 2 bis 3 Gew.-% verlangt, als viel zu hoch angesehen werden.

Um beim Betrieb derartiger Löscheinrichtungen eine Emis­ sion der Löschschwaden zu vermeiden, hat man zwar bereits vorgeschlagen, die Löschschwaden durch Mischkondensation mit Wasser niederzuschlagen. So sind beispielsweise aus der DE-AS 27 37 624 und der DE-PS 29 14 949 Löschtürme bekannt, in deren Oberteil die aufsteigenden Löschschwa­ den durch Mischkondensation mit Wasser niedergeschlagen werden. Die hierbei anfallende Wärme soll angeblich aus­ reichen, um aus den Kokereiabwässern durch Verdampfung ausreichende Mengen von Brauchwasser zu erzeugen und auf diese Weise den Abwasseranfall zu reduzieren.

Aus der DE 29 25 439 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem in getrennten Einrichtungen der Staub abgeschieden und der Löschdampf durch Wärmetauscher zur Energieerzeugung (Sattdampf) genutzt wird.

Es handelt sich um ein Verfahren zum Löschen von erhitztem Schüttgut, insbesondere Koks, mittels einer von oben nach unten durch das Schüttgut strömenden Flüssigkeit, wobei das Schütt­ gut gegen die Außenluft abgeschirmt ist und der sich aus der Löschflüssigkeit bildende Dampf im Gleichstrom mit der Löschflüssigkeit abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Über­ hitzungswärme des ohne Einschluß von Luft kanalisiert abgeleiteten Löschdampfes zur Erzeugung von in Verbrauchern nutzbaren Betriebsdampf verwendet und der Löschdampf anschließend voll­ ständig kondensiert wird, wobei die im Löschdampf enthaltenen Feststoffe mit dem Kondensat niedergeschlagen werden.

Selbst wenn man davon ausgeht, daß es mit den bekannten Konstruktionen gelingt, die Emission der Löschschwaden zu vermeiden, so haften ihnen jedoch noch folgende grund­ sätzliche Nachteile an:

• 1. zu hoher Löschwasserverbrauch und zu hoher Wassergehalt im gelöschten Koks sowie
• 2. hoher Abwasseranfall, der in einer Kläranlage ent­ sprechend aufgearbeitet werden muß.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren und einen Mischkondensator zum emissionsfreien Löschen von Koks zu schaffen, bei dem einerseits bei geringem Löschwasserverbrauch der gelöschte Koks einen Wassergehalt von nicht mehr als 2 bis 3 Gew.-% aufweist und andererseits ein Abwasseranfall beim Löschen ganz vermieden wird.

Das der Lösung dieser Aufgabe dienende Verfahren der ein­ gangs genannten Art ist erfindungsgemäß dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Löschen des Kokses in einem Löschbehäl­ ter erfolgt, der unmittelbar mit dem Löschwasser beauf­ schlagt wird und daß die Löschschwaden in einem vom Lösch­ behälter getrennten Mischkondensator unter Anwendung ei­ nes geschlossenen Wasserkreislaufes bei einer Wassertem­ peratur zwischen 60 und 85°C niedergeschlagen werden, wo­ bei die Wassertemperatur innerhalb des angegebenen Be­ reiches so einreguliert wird, daß sich im Kreislaufwas­ ser ein H₂S-Gehalt von weniger als 5 mg/l einstellt und wobei das aus dem Löschbehälter ablaufende Wasser eben­ falls in den Wasserkreislauf zurückgeführt wird.

Zur Lösung der Aufgabe gehört auch ein Mischkondensator, mit dessen Hilfe das hier beschriebene Verfahren durchgeführt wird.

Das heißt, in Abkehr vom Einsatz der bisher allgemein üb­ lichen Löschtürme und -hauben, bei denen der im Löschwa­ gen befindliche Koks aus einer mehr oder weniger großen Entfernung von oben mit dem Löschwasser berieselt wird, sieht das erfindungsgemäße Verfahren die Verwendung eines Löschbehälters vor, der unmittelbar mit dem Löschwasser beaufschlagt wird. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Löschwagen handeln, der mit Ein- und Austritts­ öffnungen für das Löschwasser versehen ist und in dem bei­ spielsweise eine Kombination von Sprüh- und Tauchlöschung erfolgt. Ein derartiger Löschwagen ist z. B. in der DE 33 44 828 C1 beschrieben worden. Ein anderer Löschbe­ hälter, der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens gut geeignet ist, wird in der EP 0 091 471 B1 beschrieben. Hierbei handelt es sich um eine sogenannte Löschkiste mit einem verschließbaren Deckel, der mit den Wassereintrittsöffnungen versehen ist. Diese Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Drucklöschung. Bei Anwendung derartiger Konstruktionen gelingt es, den Löschwasserver­ brauch und den Wassergehalt im gelöschten Koks niedrig zu halten, so daß im gelöschten Koks ein Wassergehalt von 2 bis 3 Gew.-% nicht überschritten wird. Das erfindungs­ gemäße Verfahren sieht außerdem zur Vermeidung eines Ab­ wasseranfalles einen geschlossenen Wasserkreislauf vor, dem das für die Kokslöschung und das für die Mischkon­ densation der Löschschwaden erforderliche Wasser entnom­ men wird und in den das aus dem Löschbehälter abtaufende Wasser zurückgeführt wird. Voraussetzung hierfür ist al­ lerdings, daß die Wassertemperatur bei der Mischkondensa­ tion in einem Bereich zwischen 60 und 85°C gehalten wird, so daß sich im Wasserkreislauf nur ein H₂S-Gehalt von weniger als 5 mg/l einstellt und damit eine unerwünschte H₂S-Anreicherung im Kreislaufwasser vermieden wird.

Die Kreislaufführung des Wassers bringt es mit sich, daß sich im Kreislaufwasser im Laufe der Zeit die Feststoffe anreichern, die entweder aus den Löschschwaden stammen oder von dem aus dem Löschbehälter ablaufenden Wasser mit­ geführt werden. Deshalb ist es notwendig, aus dem Wasser­ kreislauf kontinuierlich oder diskontinuierlich einen Teilstrom abzuziehen und diesen durch Filtration zu rei­ nigen, worauf das von den Feststoffen befreite Wasser wieder in den Wasserkreislauf zurückgeführt wird. Die Menge des abgezweigten Teilstromes wird dabei so bemes­ sen, daß im Wasserkreislauf ein Feststoffgehalt von 1 g/l nicht überschritten wird.

In diesen Teilstrom kann auch das aus dem Löschbehälter ablaufende Wasser eingeleitet werden, wobei die Einlei­ tung vor der Filtration erfolgt, so daß beide Wasser­ ströme einer gemeinsamen Filtration unterworfen werden.

Das am Kopf des Mischkondensators entweichende Wasser­ gas kann vorzugsweise dem Koksofenrohgas zugesetzt und gemeinsam mit diesem der weiteren Gasbehandlung und -verwertung zugeführt werden.

Selbstverständlich nimmt während des Löschvorganges die Schwadenentwicklung mit fortschreitender Abkühlung des Kokses ab. Dementsprechend kann auch die Wasserzugabe auf den Mischkondensator im Verlaufe des Löschvorganges in Abhängigkeit von der Schwadenentwicklung verringert werden.

Nachfolgend soll die Erfindung an Hand der Abbildungen weiter erläutert werden. Hierbei zeigen:

Fig. 1 ein Fließschema des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Mischkondensator, der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens besonders geeignet ist und

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 2.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Fließschema befindet sich der zu löschende Koks im Löschbehälter 1, der von oben über die Leitung 2 mit dem erforderlichen Löschwasser aus dem oberen Wasserbehälter 11 beaufschlagt wird. Bei dem Löschbehälter 1 handelt es sich in diesem Falle um eine sogenannte mit einem Deckel verschlossene Löschkiste, in die das Löschwasser über die Verteilerdüsen 3 eintritt. Der gelöschte Koks wird über den Abzug 4 aus dem System entfernt. Durch die spontane Dampfbildung beim Löschen des Kokses baut sich ein Druck auf, der die Löschschwaden und -gase aus dem Löschbehälter 1 in die nachgeschalteten Anlagenteile drückt. Hierbei gelangt das Dampf-Gasgemisch zunächst über die Leitung 5 in den Zyklon 6, in dem eine Entstaubung erfolgt. Der dabei abgeschiedene Staub kann durch die Leitung 7 ausgetragen werden, während das ent­ staubte Dampf-Gasgemisch über die Leitung 8 in den mit Einbauten versehenen Mischkondensator 9 gelangt. Hier wer­ den die Löschschwaden durch direkte Kühlung mit dem von oben über die Leitung 10 aufgegebenen Wasser niederge­ schlagen. Dieses Wasser wird dem oberen Wasserbehälter 11 entnommen, dessen Wasserablauf mit Beginn des Löschvor­ ganges freigegeben wird. Das durch die Kondensation der Löschschwaden erwärmte Wasser wird über die Leitung 12 aus dem Sumpf des Mischkondensators 9 abgezogen und ge­ langt in den unteren Wasserbehälter 13. Das aus dem Misch­ kondensator 9 entweichende Wassergas wird über die Lei­ tung 14 in den Gasometer 15 eingeleitet, in dem es zwi­ schengespeichert werden kann. Anschließend wird es über die Leitung 16 dem Koksofenrohgas zugemischt. Die Zwi­ schenschaltung des Gasometers 15 ist deshalb erforder­ lich, weil nur während des Löschvorganges Wassergas an­ fällt, während in den Intervallen zwischen den Löschvor­ gängen kein Wassergas erzeugt wird. Durch diese Zwischen­ speicherung des Wassergases im Gasometer 15 ist es jedoch möglich, den Gasabzug über die Leitung 16 kontinuierlich vorzunehmen. Die vorgesehene Zumischung des Wassergases zum Koksofenrohgas führt zwar zu einer geringfügigen Verringerung des Heizwertes des Gases. Gleichzeitig wird jedoch das Gesamtwärmeangebot erhöht. Falls das Wasser­ gas aus bestimmten Gründen nicht dem Koksofenrohgas zu­ gemischt und gemeinsam mit diesem der weiteren Gasbehand­ lung unterworfen werden kann, so besteht eine alternative Lösung darin, das Wassergas einer separaten H₂S-Wäsche zu unterwerfen, wobei die Regenerierung der dabei anfallen­ den Waschlösung gemeinsam mit der Waschlösung aus der Koksofengasbehandlung erfolgen kann.

Das im unteren Wasserbehälter 13 aufgefangene Wasser wird über die Leitung 17 von der Pumpe 18 in den Kühler 19 ge­ pumpt, in dem es mittels Luftkühlung soweit zurückgekühlt wird, daß die Aufgabetemperatur auf den Mischkondensator 9 im gewünschten Temperaturbereich zwischen 60 und 85°C liegt. Das gekühlte Wasser gelangt über die Leitung 20 in den oberen Wasserbehälter 11, so daß damit der Wasser­ kreislauf geschlossen ist.

Damit im Kreislaufwasser ein Feststoffgehalt von 1 g/l nicht überschritten wird, erfolgt über die Leitung 21 der Abzug eines Teilstromes des Kreislaufwassers. Dieser Teil­ strom wird in der Filteranlage 22 von seinem Feststoffge­ halt befreit und gelangt anschließend über die Leitung 23 in der der Zwischenbehälter 24 und die Pumpe 25 installiert sind, in die Leitung 17 zurück. Bei der Filteranlage 22 muß es sich nicht unbedingt um ein Filter konventioneller Bauart handeln. Es können hier vielmehr auch andere Fest­ stoffabscheider, wie z. B. Zentrifugen, zum Einsatz gelan­ gen.

Das aus dem Löschbehälter 1 ablaufende Wasser gelangt über die Leitung 26 in den Pufferbehälter 27, aus dem es mit­ tels der Pumpe 28 über die Leitung 29 mit dem Teilstrom des Kreislaufwassers in der Leitung 21 vereinigt wird. In der Filteranlage 22 erfolgt dann die gemeinsame Be­ handlung beider Wasserströme, die anschließend, wie be­ reits beschrieben wurde, in den Wasserkreislauf in der Leitung 17 zurückgeführt werden. Dadurch wird beim er­ findungsgemäßen Verfahren jedweder Abwasseranfall ver­ mieden. Über die Leitung 30, die in den oberen Wasserbe­ hälter 11 mündet, muß dem System lediglich soviel Frisch­ wasser zugeführt werden, wie dem System durch die Wasser­ gasreaktion während des Löschvorganges, durch die Rest­ feuchte des gelöschten Kokses und durch Undichtigkeiten in der Anlage entzogen wird.

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch einen Mischkondensa­ tor, der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignet ist. Hierbei sind das obere und das un­ tere Ende des Mischkondensators mit den entsprechenden An­ schlüssen für den Wasserzu- und -abfluß nicht dargestellt. Der Mischkondensator besteht aus dem Gehäuse 31, das mit den Anschlußstutzen 32 und 33 für die Leitungen 8 und 14 versehen ist. Im oberen Teil befindet sich der Tank 34, der die Funktion des oberen Wasserbehälters 11 in Fig. 1 übernimmt und über die in der Abbildung nicht dargestellte Leitung 20 mit Kreislaufwasser beaufschlagt wird. Aus dem Tank 34 fließt das Wasser über die Rohrstücke 35 auf den darunter liegenden Verteilerboden 36. Die Ventile 37 in den Rohrstücken 35 dienen dabei der Steuerung des Wasser­ zulaufes auf den Verteilerboden 36. Dieser ist mit einer Vielzahl von Bohrungen 38 versehen, durch die das Was­ ser auf die darunter liegenden Austauschböden 39 herab­ rieseln kann. Die Zahl der Bohrungen 38 wird dabei in Ab­ hängigkeit von ihrem Durchmesser und den Abmessungen des Mischkondensators so eingestellt, daß die jeweils gefor­ derte Berieselungsdichte erreicht wird. So beträgt bei­ spielsweise bei einem Mischkondensator, der einen Durch­ messer von 6 m aufweist, bei einer geforderten Beriese­ lungsdichte von 45 l/m²s die Zahl der Bohrungen ca. 1300. Wie aus der Abbildung zu ersehen ist, sind im vorliegen­ den Falle drei übereinander angeordnete Austauschböden 39 vorgesehen. Diese sind dabei mit keramischen Füllkörpern belegt, damit eine ausreichende Austauschfläche und zu­ sätzlich eine ausreichende Speichermasse als Kondensati­ onspotential vorhanden ist. Die Zahl der Austauschböden 39 und die Höhe der Füllkörperbelegung richten sich hierbei natürlich nach der Menge des über die Leitung 8 in den Mischkondensator eingeleiteten Dampf-Gasgemisches. Die Werte müssen so gewählt werden, daß die Löschschwaden vollständig niedergeschlagen werden und durch die Lei­ tung 14 nur noch das H₂O-gesättigte Wassergas abgezogen wird.

Fig. 3 zeigt schließlich einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 2. Man erkennt hieraus die symmetrische Ver­ teilung der Rohrstücke 35 über den gesamten Querschnitt des Mischkondensators.

Die praktische Bedeutung des erfindungsgemäßen Verfahrens soll abschließend noch durch das nachfolgende Verfahrens­ beispiel belegt werden.

Hierbei wurden im Löschbehälter 1 pro Löschvorgang 22 t Koks gelöscht. Die Temperatur des heißen Kokses lag bei 1020°C. Die Zahl der Löschvorgänge betrug 8 pro Stunde. Der gelöschte Koks wurde über den Abzug 4 mit einer Tem­ peratur von 180°C und einer Restfeuchte von 3 Gew.-% ab­ gezogen. Pro Tonne Koks wurden hierbei 0,6 m³ Wasser mit einer Temperatur von 60°C benötigt. Bei jedem Löschvor­ gang fielen jeweils 15330 m³ Löschschwaden und 1374 m³ Wassergas an, die über die Leitung 8 in den Mischkonden­ sator 9 eingeleitet wurden. Für die Kondensation dieser Löschschwaden wurden über die Leitung 10 233 m³ Wasser mit einer Temperatur von 60°C auf den Mischkondensator 9 aufgegeben. Die Aufgabegeschwindigkeit wurde dabei so einreguliert, daß maximal 105 m³/Minute in den Mischkon­ densator 9 eintraten. Über die Leitung 14 wurden hierbei pro Löschvorgang 931 m³ Wassergas mit folgender Zusammen­ setzung abgezogen:

CO
26 Vol.-%
CO₂	12 Vol.-%
H₂	60 Vol.-%
O₂ und N₂	1 Vol.-%
H₂O	gesättigt

Die Menge des in der Leitung 17 zirkulierenden Kreislauf­ wassers lag bei 1960 m³/h, wobei der Staubgehalt den Wert von 1 g/l nicht überstieg. Der Frischwasserbedarf, der über die Leitung 30 zugeführt werden mußte, lag lediglich bei 10,4 m³/h.

Diese Zahlen belegen eindeutig, daß das erfindungsgemäße Verfahren die ihm zugrundeliegende Aufgabe im vollen Um­ fange erfüllt.

Claims (6)

1. Verfahren zum emissionsfreien Löschen von Koks mittels Wasser, bei dem die anfallenden Lösch­ schwaden durch Mischkondensation mit Wasser nie­ dergeschlagen werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Löschen des Kokses in einem Löschbehälter er­ folgt, der unmittelbar mit dem Löschwasser beauf­ schlagt wird und daß die Löschschwaden in einem vom Löschbehälter getrennten Mischkondensator un­ ter Anwendung eines geschlossenen Wasserkreislaufs bei einer Wassertemperatur zwischen 60 und 85°C niedergeschlagen werden, wobei die Wassertemperatur innerhalb des angegebenen Bereiches so einreguliert wird, daß sich im Kreislaufwasser ein H₂S-Gehalt von weniger als 5 mg/l einstellt und wobei das aus dem Löschbehälter ablaufende Wasser ebenfalls in den Wasserkreislauf zurückgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Wasserkreislauf ein Teilstrom abgezweigt, durch Filtration gereinigt und danach in den Wasser­ kreislauf zurückgeführt wird, wobei die Menge des abgezweigten Teilstromes so bemessen wird, daß im Wasserkreislauf ein Feststoffgehalt von 1 g/l nicht überschritten wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das aus dem Löschbehälter ablau­ fende Wasser dem aus dem Wasserkreislauf abgezweig­ ten Teilstrom vor der Filtration zugesetzt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das am Kopf des Mischkondensators entweichende Wassergas dem Koksofenrohgas zugesetzt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Wasserzugabe auf den Misch­ kondensator der Schwadenentwicklung während des Löschvorganges angepaßt wird.

6. Mischkondensator zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß derselbe mit einem im Oberteil angeordneten und mit Bohrungen (38) versehenen Verteilerboden (36) sowie darunter liegenden, mit keramischen Füllkörpern beaufschlagten Austauschböden (39) aus­ gerüstet ist, wobei die Zahl und der Durchmesser der Bohrungen (38) so gewählt werden, daß sich unterhalb des Verteilerbodens (36) die jeweils ge­ forderte Berieselungsdichte einstellt.