DE3812558C2 - Verfahren zur Verringerung des NO¶x¶-Gehaltes im Rauchgas bei der Beheizung von Verkokungsöfen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verringe­ rung des NO_x-Gehaltes im Rauchgas bei der Beheizung von Verkokungsöfen mit paarweise zusammenarbeiten­ den Heizzügen, hoch und tief liegenden Verbrennungs­ stufen sowie einer Rauchgasrückführung in Höhe der Heizzugsohle (Kreisstrom), wobei die Kreisstromrate, das ist der Volumenstrom des rückgeführten Rauchgases dividiert durch den Rauchgasvolumenstrom ohne rückgeführtes Rauchgas, zwischen 20% und 50% eingestellt wird.

Es ist bekannt, daß es sich bei den in Verkokungsöfen gebildeten Stickoxiden in erster Linie um sogenanntes thermisches NO_x handelt, dessen Bildungsraten nahezu linear vom Produkt der Sauerstoff- und Stickstoffkon­ zentrationen in der Flamme sowie exponentiell von der Flammentemperatur abhängen.

Die bekannten Maßnahmen zur Reduktion der NO_x- Bildung zielen auf eine Verminderung der Flammen­ temperatur durch Rauchgasrückführung oder auf eine Verringerung der Sauerstoff- und Stickstoffkonzentra­ tionen durch partielle Verbrennung.

Das Prinzip der Rauchgasrückführung ist bei Verko­ kungsöfen insbesondere in Form des Koppers-Kreis­ strom-Ofens verwirklicht. Hierbei wird durch ein oder zwei Öffnungen in jeder zweiten Binderwand in Höhe der Heizzugsohle dem Luft- und Heizgasstrom Rauch­ gas zugemischt, das in erster Linie durch Verringerung der maximalen Flammentemperatur, aber auch durch Reduktion der O₂- und N₂-Konzentration eine deutliche Verringerung der NO_x-Produktionsraten bewirkt.

Das NO_x-Reduktionsprinzip der partiellen Verbren­ nung wird in Verkokungsöfen in Form einer Stufenbe­ heizung genutzt.

Aus der DE 35 27 345 A1 ist eine Beheizungseinrichtung für mit Stark- und Schwachgas beheizbare Regenerativverkokungsofenbatterien bekannt, bei der jeweils 4 Heizzüge einer Heizwand zu einer Vierzuggruppe zusammengefasst sind, wobei den Heizzügen die Verbrennungsluft höhengestuft zugeführt wird und das Schwachgas am Fuße der Heizzüge über direkte Verbindungen von den Re­ generatoren zu den Heizzügen geleitet wird.

In Haus der Technik, Vortragsveröffentlichungen, Heft 514, Kokereitechnik, Seite 5 bis 9, Tagung 24./25. April 1986 wird ein Beheizungssystem für einen Koksofen mit Zwillingsheizzügen offenbart, wobei die Verbrennungsluft bei Schwachgasbeheizung in zwei Stufen zugeführt wird.

Mit dem Ziel, die NO_x-Emission in Verkokungsöfen noch weiter zu senken, sind theoretische und experi­ mentelle Untersuchungen durchgeführt worden. Als wesentliche Erkenntnis dieser Studien bleibt festzuhal­ ten, daß eine Kombination der NO_x-Reduktionsprinzi­ pien, Rauchgasrückführung (Kreisstrombeheizung) und partielle Verbrennung (Stufenbeheizung), zu einer wei­ terführenden Verringerung der NO_x-Produktion führen kann.

Grundsätzlich ist die Kombination von Stufenbehei­ zung und Kreisstrombeheizung bei Verkokungsöfen be­ kannt. Die genannten Untersuchungen Zeigen aber, daß eine willkürliche Kombination von Kreisstrombehei­ zung und Stufenbeheizung nicht zwangsläufig zu einer nennenswerten NO_x-Reduktion führt. Nur bei einer op­ timalen Kombination von Stufenbeheizung, Kreis­ strombeheizung und Anordnung der zweiten Verbren­ nungsstufe ist eine maximale NO_x-Verringerung erziel­ bar.

Die aus diesen Untersuchungen gewonnenen Er­ kenntnisse sind in der DE-OS 34 43 976 zusammenge­ faßt. Diese bezieht sich im wesentlichen auf Starkgasö­ fen mit zwei Verbrennungsstufen und Rauchgasrück­ führung sowie Verbundverkokungsöfen mit Luft- und Gasstufung und Rauchgasrückführung.

Weiterführende Untersuchungen haben aber gezeigt, daß auch durch Anordnung von mehr als zwei Stufen für Starkgas- und Schwachgas- bzw. Mischgasbetrieb so­ wie durch reine Luftstufung mit zwei oder mehr als zwei Stufen für den Schwach- bzw. Mischgasbetrieb in Kom­ bination mit der Rauchgasrückführung deutliche Ver­ minderungen der NO_x-Emissionen erzielt werden kön­ nen.

Ausgehend von den Ergebnissen dieser Untersuchun­ gen, wird erfindungsgemäß die Kombination folgender Maßnahmen vorgeschlagen:

Bei alleiniger Luftstufung wird das Stufenverhältnis bei Schwachgasbehei­ zung für eine Stufenanzahl größer/gleich 2, definiert als Luftvolumenstrom der unteren Stufe dividiert durch den gesamten Luftvolumenstrom, zwischen 80/I% (80% dividiert durch Stufenanzahl I) und 140/I% (140% dividiert durch Stufenan­ zahl I) eingestellt, wobei die oberen Verbrennungsstufen zwischen 45%-10% × (I - 1) der Heizzughöhe (minimal jedoch bei 15%) und 45% + 10% × (I - 1) der Heiz­ zughöhe (maximal jedoch bei 85%) angeordnet werden.

Bei alleiniger Luftstufung wird das Stufenverhältnis bei Starkgasbeheizung eine Stufenanzahl größer 2, definiert als Luftvolumenstrom der unteren Stufe divi­ diert durch den gesamten Luftvolumenstrom, zwischen 80/I% (80% dividiert durch Stufenanzahl I) und 140/I% (140% dividiert durch Stufenanzahl I) eingestellt, wo­ bei die oberen Verbrennungsstufen zwischen 45% - 10% × (I - 1) der Heizzughöhe (minimal jedoch bei 15%) und 45% + 10% × (I - 1) der Heizzughöhe (maximal je­ doch bei 85%) angeordnet werden.

Hierbei errechnet sich beispiels­ weise bei einer Stufenanzahl 3 ein Stufenverhältnis zwi­ schen 26,7% und 46,7%, d. h. der unteren Stufe werden zwischen 26,7% und 46,7% des gesamten Luftvolumen­ stromes zugeführt. Die restliche Luftmenge wird man zweckmäßig annähernd gleichmäßig auf die beiden obe­ ren Stufen verteilen.

Für die Höhenanordnung der Verbrennungsstufen errechnet sich beispielsweise bei einer Stufenanzahl 3, daß die oberen Verbrennungsstu­ fen zwischen 25% und 65% der Heizzughöhe angeord­ net werden sollen.

In den Zeichnungen sind Ausführungsformen von zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Ver­ kokungsöfen enthalten. Dabei sind die Zufuhr der Verbrennungsmedien von den hier nicht eingezeichne­ ten Regeneratoren zu den Heizzügen, die Schaltung der Regeneratoren, der Heizzüge bzw. Heizzugpaare so­ wohl für Verbundöfen, d. h. Verkokungsöfen mit wahl­ weiser Starkgas- oder Schwachgasbeheizung, als auch für Starkgasöfen dargestellt. In den Zeichnungen ist die Richtung des Medienverlaufs (Luft, Schwachgas, Stark­ gas, Abgas) während einer Heizperiode durch Pfeile ge­ kennzeichnet. Da es sich hier um Regenerativöfen han­ delt wechselt der Verlauf der Medien für die zweite Periode.

Fig. 1 zeigt zwei nebeneinanderliegende Heizzugpaa­ re eines Verbundofens im vertikalen Längsschnitt A-A nach Fig. 2,

Fig. 2 den horizontalen Querschnitt B-B dieser zwei Heizzugpaare nach Fig. 1,

Fig. 3 zwei nebeneinanderliegende Heizzugpaare ei­ nes Starkgasofens im vertikalen Längsschnitt C-C nach Fig. 4 und

Fig. 4 den horizontalen Querschnitt D-D der zwei Heizzugpaare nach Fig. 3.

In den Zeichnungen bedeuten: 1 Heizzugpaar
2 Heizzug (beflammt)
2a Heizzug (nicht beflammt)
3 Primärluftkanal
3a Primärluftkanal (Abgas führend)
4 Regulierung zu 3
4a Regulierung zu 3a (Abgas führend)
5 Schwachgaskanal
5a Schwachgaskanal (Abgas führend)
6 Regulierung zu 5
6a Regulierung zu 5a (Abgas führend)
7 Starkgaskanal
8 Starkgasdüse
9 Sekundärluft
9a Sekundärluft (Abgas führend)
10 Regelbare Austritte zu 9 (Regelorgane nicht darge­ stellt)
10a Regelbare Austritte zu 9a (Abgas führend) (Regel­ organe nicht dargestellt)
11 Kreisstromöffnungen
11a Regulierrolle für Kreisstromöffnungen
12 Höhe Brennerebene bis zur Sekundärluftzuführung
13 Umkehrstelle
14 Differentialkanal
15 Läuferwände
16 Binderwände oberhalb Sekundärluftstelle
17 Binderwände mit Umkehrstelle und Kreisstrom

Die strömenden Medien werden wie folgt den be­ flammten Heizzügen 2 zugeführt:

• - Primärluft vom Luftgenerator über die Kanäle 3 und die regelbaren Austritte 4
• - Schwachgas vom Gasregenerator über die Kanäle 5 und die regelbaren Austritte 6
• - Starkgas über die Kanäle 7 und die auswechsel­ baren Düsen 8
• - Sekundärluft über die Kanäle 9 und die regelba­ ren Austritte 10
• - Rückgas über die regelbaren Kanäle 11 (Kreis­ stromöffnungen)

Über die Höhe 12 findet im beflammten Heizzug die partielle Verbrennung statt.

Der Weg der Rauchgase führt vom beflammten Heiz­ zug 2 über die Umkehrstelle 13 (ein Teil über den Diffe­ rentialkanal 14) in den unbeflammten Heizzug 2a und über die Düsen und Kanäle 4a, 3a, 6a, 5a, 10a, 9a in die (nicht dargestellten) Abgasregeneratoren.

In Fig. 1 und 2 ist die Strömungsrichtung der Medien sowohl für Schwachgas- als auch für Starkgasbeheizung durch Pfeile gekennzeichnet. Bei Schwachgasbetrieb strömt jedoch kein Starkgas, während bei Starkgasbe­ trieb die Schwachgaskanäle Verbrennungsluft führen.

Die seitliche Begrenzung eines Heizzugpaares 1 er­ folgt durch die Läuferwände 15 und die von dem Kanal 9 durchsetzten Binderwände 16. Die Teilung des Heiz­ zugpaares 1 in die Heizzüge 2 und 2a geschieht durch die Binderwand 17, die von der Umkehrstelle 13 und der Kreisstromöffnung 11 durchsetzt wird.

Durch die Unterscheidung bzw. räumliche Trennung der Binderwände nach "Kreisstrom-besitzend" und "Luftkanal-besitzend" werden in Kombination mit den freistehenden Starkgasaustritten günstige Strömungs­ bedingungen sichergestellt, die eine weitgehende Einmi­ schung des Kreisstromes in die Verbrennungsmedien der unteren Stufe ermöglichen.

Claims (2)

1. Verfahren zur Verringerung des NO_x-Gehaltes im Rauchgas bei der Beheizung von Verkokungsöfen mit paarweise zusammenarbeiten­ den Heizzügen, mehreren in unterschiedlichen Höhen liegenden Verbrennungsstufen sowie einer Rauchgasrückführung in Höhe der Heizzugssohle (Kreisstrom), wobei die Kreisstromrate, das ist der Volumenstrom des rückgeführten Rauchgases dividiert durch den Rauchgasvolumenstrom ohne rückgeführtes Rauchgas, zwischen 20% und 50% eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei alleiniger Luftstufung des Stufenverhältnis bei Schwachgasbe­ heizung für eine Stufenanzahl größer/gleich 2, definiert als Luftvo­ lumenstrom der unteren Stufe dividiert durch den gesamten Luft­ volumenstrom, zwischen 80/I% (80% dividiert durch Stufenanzahl I) und 140/I% (140% dividiert durch Stufenanzahl I) eingestellt wird, wobei die oberen Verbrennungsstufen zwischen 45% - 10% × (I - 1) der Heizzughöhe (minimal jedoch bei 15%) und 45% + 10% × (I - 1) der Heizzughöhe (maximal jedoch bei 85%) angeordnet wer­ den.

2. Verfahren zur Verringerung des NO_x-Gehaltes im Rauchgas bei der Beheizung von Verkokungsöfen mit paarweise zusammenarbeiten­ den Heizzügen, mehreren in unterschiedlichen Höhen liegenden Verbrennungsstufen sowie einer Rauchgasrückführung in Höhe der Heizzugssohle (Kreisstrom), wobei die Kreisstromrate, das ist der Volumenstrom des rückgeführten Rauchgases dividiert durch den Rauchgasvolumenstrom ohne rückgeführtes Rauchgas, zwischen 20% und 50% eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei alleiniger Luftstufung des Stufenverhältnis bei Starkgasbehei­ zung eine Stufenanzahl größer 2, definiert als Luftvolumenstrom der unteren Stufe dividiert durch den gesamten Luftvolumenstrom, zwischen 80/I% (80% dividiert durch Stufenanzahl I) und 140/I% (140% dividiert durch Stufenanzahl I) eingestellt wird, wobei die oberen Verbrennungsstufen zwischen 45% - 10% × (I - 1) der Heizzughöhe (minimal jedoch bei 15%) und 45% + 10% × (I - 1) der Heizzughöhe (maximal jedoch bei 85%) angeordnet werden.