DE4136365C2 - Verfahren zur Kühlung von heißen Schüttgütern und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zur Kühlung von heißen Schüttgütern der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Ein solches Verfahren ist aus der JP 61-159486-A bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird der im Grobabscheider abgeschiedene Grobstaub im Auslaßrohr des Abscheidezyklons gespeichert. Nach Erreichen eines vorgegebenen Pegels wird ein am unteren Ende des Auslaßrohres angeordnetes Drehventil in Form einer Zellradschleuse betätigt, so daß eine vorgegebene Menge in einen von der Rückkühlanlage herangeführten Teilstrom an gekühltem Kühlgas eingetragen wird. Es erfolgt somit eine Flugstromkühlung. Das Gemisch aus durch den Grobstaub erwärmten Kühlgas und Grobstaub wird in einen Zyklonabscheider eingeführt, in dem der Grobstaub abgetrennt wird. Das abgetrennte erwärmte Kühlgas wird in den der Rückkühlanlage zugeführten heißen Kühlgasstrom eingetragen.

Das bekannte Verfahren ist aufwendig, da vor der Kühlung des abgeschiedenen Grobstaubs dieser zwischengespeichert und über eine Zellradschleuse der Kühleinrichtung zugeführt werden muß. Die Kühlwirkung im Kühlrohr ist durch die Gasgeschwindigkeit bestimmt. Eine Einstellung der Verweilzeit in der Kühlstrecke ist nicht möglich. Weiterhin ist für die Trennung des Grobstaubs von dem durch ihn erwärmten Kühlgas ein weiterer Abscheider erforderlich.

Ein weiteres Kokstrocknungsverfahren ist aus der WO 88/00229 bekannt. Bei dem bekannten Verfahren wird darüber hinaus das Kühlgas zwischen Gebläse und Kühlbehälter zusätzlich in einem Schlußkühler gekühlt. In der WO 88/00229 ist die Grobentstaubung nicht näher beschrieben.

Aus der EP 0 084 786 B1 ist eine Anordnung von Kühlschacht, Grobabscheider und Rückkühlanlage einer Kokstrockenkühlanlage bekannt. Es wird in Sp. 1, Z. 22-27 darauf hingewiesen, daß als Grobabscheider für die Entstaubung des aus dem Kühlbehälter austretenden heißen Kühlgases eine Entstaubung durch Prallabscheider, Schwerkraftabscheider oder Zyklone in Frage kommt.

So ist z. B. aus der EP 00 56 853 ein Verfahren zur trockenen Kokskühlung bekannt, bei dem das aus dem Kühlbehälter austretende heiße Kühlgas in einem Zyklon entstaubt, der Grobaustrag der Zyklone in einem Pufferbehälter gesammelt wird und aus diesem Pufferbehälter über eine mit zwei Schleusen versehene Fördereinrichtung abgezogen wird.

Aus der DE-Z. "Stahl und Eisen" 103 (1983) Nr. 15-16, S. 751f ist ein Kokstrockenkühlverfahren bekannt, bei dem dem Kühlbehälter zur Grobentstaubung ein Prallabscheider nachgeschaltet ist. Der den Prallabscheider verlassende Staub wird über einen mit Kühlwasser beaufschlagten Kühler einem Sammelbehälter zugeführt.

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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der im Anspruch 1 genannten Art anzugeben, bei dem der vom Grobabschneider abgeschiedene Grobstaub sicher gekühlt werden kann und auf einfache Weise von dem zu seiner Kühlung herangeführten Kühlgas getrennt werden kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der in dem Grobabscheider abgeschiedene Grobstaub in ein mit dem gekühlten Kühlgas beaufschlagtes Bett überführt wird und der Grobstaub aus diesem Bett abgezogen wird.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß dem Grobabscheider ein Aufnahmeraum für ein Schüttgutbett nachgeschaltet ist, der mit einem Teilstrom von rückgekühltem Kreislaufgas beaufschlagbar ist.

Bei der erfindungsgemäßen Verfahrensführung wird der Grobstaub in ein mit dem gekühlten Kühlgas beaufschlagtes Bett überführt. Die Verweilzeit des Grobstaubs im Bett wird nicht alleine durch die herangeführte Kühlgasmenge bestimmt. Der Wärmeinhalt des Grobstaubes kann somit in vollem Umfange ausgenutzt werden. Weiterhin ist für die Trennung von Kühlgas und Grobstaub bei der Verwendung eines Kühlbettes kein weiterer Abscheider für die Abscheidung von Grobstaub erforderlich.

Der mit dem Grobstaub abgeschiedene Feinanteil kann ebenfalls mit dem rückgeführten Kühlgasstrom aus dem Bett in den Hauptgasstrom mit eingetragen werden, so daß er mit dem durch den Grobabscheider hindurch gelangten Feinstaub nach der Rückkühlanlage in dem Feinstaubabscheider mit abgeschieden werden kann. Mittels des Kühlbetts wird also nur der Grobanteil endgültig abgeschieden und abgezogen.

Bei einer Anlage, bei der das Kühlgas zwischen Gebläse und Rückkühlbehälter zusätzlich einer Schlußkühlung unterworfen wird, wird ein besonders guter Kühleffekt mit einem relativ geringeren Kühlgasstrom erzielt, wenn der Kühlgasstrom für das Grobkornbett nach dem Schlußkühler entnommen wird.

Das erfindungsgemäße Schüttgutbett kann bei verschiedenen Bauarten von Grobabscheidern eingesetzt werden, insbesondere bei Prallabscheidern, Schwerkraftabscheidern und Zentrifugalabscheidern.

Das Bett kann als Festbett oder Wanderbett ausgebildet sein. Es ist jedoch von Vorteil, wenn das Bett mit Kühlgas in einem solchen Umfang beaufschlagt und/oder in einen solchen Querschnitt geführt wird, daß sich ein fluidisiertes stationäres Wirbelbett einstellt, aus dem Grobkorn abgezogen wird. Im Wirbelbett findet dann eine Sichtung und ggfl. eine Zerkleinerung der mittleren Kornfraktion statt.

Von besonderem Vorteil ist jedoch eine Verfahrensführung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß das Bett mit dem Kühlgas in einem solchen Umfange beaufschlagt und/oder in einem sich nach unten vergrößernden Querschnitt geführt wird, daß sich ein unteres nicht fluidisiertes Bett einer Grobkornfraktion und darüber ein fluidisiertes stationäres Wirbelbett einer mittleren Korngrößenfraktion einstellt, wobei Grobkorn aus dem nicht fluidisierten Bett entnommen wird.

Das Strömungsgeschwindigkeitsfenster, bei dem es zur Ausbildung eines nicht fluidisierten Bettes aus Grobkorn und einer stationären fluidisierten Wirbelschicht kommt, wird durch die Trennkorngröße bestimmt. Die untere Grenze ist die Lockerungsgeschwindigkeit für das Trennkorn, die obere Grenze die Austragsgeschwindigkeit für das Trennkorn. Eine solche Bettschichtung bietet den Vorteil, daß sich das Grobkorn, das sich in dem nicht fluidisierten Bett bereits abgesetzt hat, nicht unnötig bewegt wird, um Abrieb zu vermeiden. Deshalb wird hier eine geringe Strömungsgeschwindigkeit gewählt. Dies kann sowohl durch einen nach unten hin größer werdenden Querschnitt als auch durch eine in der Höhe gestufte Kühlgaszuführung verwirklicht werden. Kombinationen beider Maßnahmen sind möglich. Das von dem Grobabscheider abgeschiedene Grobkorn fällt nach unten auf das nicht fluidisierte Festbett und kann aus diesem abgezogen werden. Die ebenfalls von dem Grobabscheider abgeschiedene mittlere Korngrößenfraktion wird in der oberen stationären Wirbelschicht bewegt und zerkleinert und evtl. zusammen mit dem von dem Grobabscheider ebenfalls noch abgeschiedenen Feinanteil als Feinstaub mit dem Kühlgas bzw. Fluidisierungsstrom wieder in den Hauptkühlgasstrom vor Rückkühlanlage eingetragen. Mit anderen Worten: In der oberen stationären Wirbelschicht findet zum einen eine Sichtung zwischen den groben und feinen Kornfraktionen statt und zugleich wird eine mittlere Kornfraktion in dieser Wirbelschicht zerkleinert. Das Grobkorn fällt nach unten auf das nicht fluidisierte Bett (Festbett) durch und nimmt nicht mehr an dem Wirbelvorgang teil.

Es ist von Vorteil, wenn das nicht fluidisierte Bett als Wanderbett betrieben wird. Bei dieser Ausbildung kann in Wanderrichtung des Bettes gesehen das Grobkorn an einer Stelle abgezogen werden.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn zusätzlich Luft in das stationäre Wirbelbett eingeblasen wird. Da die in dem Wirbelbett vorhandenen kleinen Kokspartikel bei Kontakt mit der Luft bevorzugt verbrennen, wird eine Verringerung des in den Hauptkühlgasstrom eingetragenen Feinstaubanteils erzielt. Gleichzeitig kann dadurch die Temperaturabsenkung des Kühlgases kompensiert werden. Die eingeblasene Luftmenge muß so groß sein, daß zuerst der Wasserstoff und das Kohlenmonoxid des Kühlgases für das zweischichtige Bett verbrannt wird und anschließend noch genug Sauerstoff für die Staubverbrennung vorhanden ist. Bei der Luftzuführung muß gewährleistet sein, daß die zugeführte Luft nicht mit dem Kreislaufgas in Kontakt kommt, um eine Verbrennung des im Kühlgas enthaltenen H₂ und CO zu vermeiden. Bei Kokstrockenkühlanlagen, in denen das Kühlgas inert ist, d. h. es nur H₂O, CO₂, N₂ enthält, aber kein H₂ und CO, stellt sich dieses Problem nicht.

Die Verfahrensführung ist nicht auf Kokstrockenkühlung beschränkt, sondern kann auch bei anderen Verfahren, z. B. bei Kohlevergasungsanlagen, Müllverbrennungsanlagen und der Nickelerzeugung eingesetzt werden.

Die Erfindung richtet sich auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Vorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß dem Grobabscheider ein Aufnahmeraum für ein Schüttgutbett nachgeschaltet ist, der mit einem Teilstrom von rückgekühltem Kühlkreislaufgas beaufschlagbar ist. Hierbei ist vorzugsweise im oberen Teil eines Behälters mindestens eine Prallplatte und im unteren Teil des Behälters der Aufnahmeraum für ein Schüttgutbett angeordnet. Der Aufnahmeraum ist mittels am Boden und/oder an den Seitenwänden angeordneter Kühlgaszufuhreinrichtungen mit Kühlgas beaufschlagbar, um mindestens ein stationäres Wirbelbett aufzubauen, vorzugsweise eine Schichtung aus oberem stationären Wirbelbett und unterem nicht fluidisierten Bett.

Andererseits ist es auch möglich, daß der Bettaufnahmeraum einen von oben nach unten größer werdenden Querschnitt aufweist, um die Schüttgutbettschichtung zu erzielen. Beide Konstruktionsprinzipien können auch gleichzeitig angewandt werden.

Vorzugsweise ist der Boden des Schüttgutbettaufnahmeraums geneigt ausgebildet und dem unteren Ende des Bodens ein Austragsorgan für Grobkorn zugeordnet.

Um ggf. Feinanteile des Staubes brennen zu können, ist es von Vorteil, wenn dem oberen Teil des Schüttgutbettaufnahmeraums mindestens eine Luftzufuhreinrichtung zugeordnet ist.

Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Figur näher erläutert werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in Zusammenhang mit einer Kokstrockenkühlanlage beschrieben. Der zu kühlende Koks K wird bei 1 einem Kühlschacht bzw. Kühlbehälter 2 zugeführt und bei 3 abgezogen.

Im Kühlbehälter erfolgt eine Kühlung des Koks mit einem im wesentlichen im Gegenstrom zum Schüttgut geführten Kühlgas GK. Das aus dem Kühlbehälter 2 über eine Leitung 4 abgezogene Kühlgas (Gichtgas) wird mit einer Temperatur zwischen 850°C und 980°C und einer Staubbeladung von z. B. 3 Massen-% einem Grobabscheider 5 zugeführt, um die über Leitung 6 nachgeschaltete Rückkühlanlage 7 (Abhitzekessel) vor Erosion durch große Kokspartikel zu schützen. In der Figur ist der Grobabscheider schematisch als Prallabscheider mit einer Prallplatte 5a dargestellt. Der an der Prallplatte 5a abgeschiedene Staub weist noch einen Feinanteil (z. B. Korngröße <1 mm) von ca. 30 Massen-% auf. Die Prallplatte 5a ist in dem oberen Teil 8a eines Behälters 8 angeordnet, dessen unterer Teil 8b ein Aufnahmeraum für ein Grobkornbett darstellt. Der im oberen Teil des Behälters 8a abgebremste und damit abgeschiedene Grobstaub fällt unter Führung einer geneigten Fläche 9 in den unteren Behälterteil 8b. Der untere Behälterteil 8b besteht aus einem Abschnitt 8b₁ konstanten Querschnittes und aus einem Behälterteil 8b₂ mit einem sich nach unten vergrößernden Querschnitt und einem in der Figur nach rechts geneigten Boden 8b₃.

Der Rückkühlanlage 7 sind über eine Leitung 10 ein Feinstaubabscheider 11, ein Gebläse 12 und ein Schlußkühler 13 nachgeschaltet. Rückkühlanlage 7 und Schlußkühler 13 können in den Wasser-Dampf-Kreislauf einer Anlage zur Verwertung der Rückkühlwärme eingeschaltet sein.

Der Aufnahmeraum 8b für ein Grobkornbett wird über seinen Boden 8b₃ und seine Rückwand mit Kühlgas 14 bzw. 15 beaufschlagt, das über Leitung 16 zwischen Schlußgebläse 13 und Kühlbehälter 2 abgezweigt wird (Temperatur des Kühlgases z. B. 130°C, Überdruck um 130 mbar). Die Geometrie des Behälterteiles 8b und die Menge 14/15 des zugeführten Kühlgases sind so ausgelegt, daß sich im Behälter 8b ein unteres nicht fluidisiertes Bett I aus Grobkorn und ein oberes zu einer stationären Wirbelschicht fluidisiertes Bett II einer mittleren Korngrößenfraktion einstellt.

Wegen der Neigung des Bodens 8b₃ wandert in dem nicht fluidisierten Bett I das Grobkorn zu einer mit Sperrgas 17 beaufschlagten Zellenradschleuse 18 und wird durch diese auf eine Bandförderanlage 19 ausgetragen. Beispielsweise kann das Wirbelbett II mit höherer Temperatur (z. B. 500- 600°C) betrieben werden und der Grobstaub im Wanderbett I weiter heruntergekühlt werden, z. B. auf 200°C. Damit arbeitet auch die Zellenradschleuse 18 in einem für ihren Betrieb problemlosen niedrigen Temperaturbereich.

Die Austragseinrichtung muß nicht für den Austrag von Feinstaub ausgelegt sein, da der durch die Prallabscheidung mit in das Bett eingetragene Feinstaub mit dem Kühlgas wieder in den Hauptgasstrom in Leitung 6 zurückgeführt wird und der sich durch Abrieb in der Wirbelschicht II bildende Feinstaub ebenfalls mit ausgetragen wird. Der Feinanteil ist für die Rückkühlanlage 7 (Abhitzekessel) weniger gefährlich, zumal der Hauptanteil des Feinstaubes sowieso erst in dem Feinstaubabscheider 11 abgeschieden wird.

Um trotzdem den Anteil des rückgeführten Feinstaubes zu verringern, kann es von Vorteil sein, wenn in die Schicht II über eine Leitung 20 Luft eingeführt wird, um brennbare Gase H₂ und CO und Feinstaub in der Schicht II zu verbrennen. Die Verbrennungsreaktion in der Wirbelschicht I kann auch als Temperaturfeinregelung für die an der Rückkühlanlage 7 abgeführte Wärme dienen.

Es ist für den Fachmann selbstverständlich, daß die Darstellung der Grenzlinien für die Bettschichten I und II schematisch ist.

Claims (14)

1. Verfahren zur Kühlung von heißen Schüttgütern in einem Kühlbehälter mittels eines im Kreislauf geführten Kühlgases, bei dem das durch das Schüttgut geführte Kühlgas zunächst grob entstaubt, danach in einer Rückkühlanlage gekühlt und mittels eines Gebläses erneut dem Kühlbehälter zugeführt wird, insbesondere Verfahren zur trockenen Kokskühlung, dadurch gekennzeichnet, daß der in dem Grobabscheider abgeschiedene Staub in ein mit gekühltem Kühlgas beaufschlagtes Bett überführt wird und der Grobstaub aus diesem Bett abgezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das durch den Grobstaub im Bett erwärmte Kühlgas zusammen mit Feinstaub in den der Rückkühlanlage zugeführten heißen Kühlgasstrom eingetragen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Kühlgas zwischen Gebläse und Rückkühlbehälter zusätzlich einer Schlußkühlung unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlgasstrom für das Schüttgutbett nach dem Schlußkühler entnommen wird.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Kühlgas beaufschlagte Bett hinter Grobabscheidern ausgewählt aus der Gruppe: Prallabscheider, Schwerkraftabscheider und Zentrifugalabscheider eingesetzt wird.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bett mit Kühlgas in einem solchen Umfang beaufschlagt und/oder in einen solchen Querschnitt geführt wird, daß sich ein fluidisiertes stationäres Wirbelbett einstellt, aus dem Grobkorn abgezogen wird.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 -4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bett mit dem Kühlgas in einem solchen Umfang beaufschlagt und/oder in einem sich nach unten vergrößernden Querschnitt geführt wird, daß sich ein unteres nicht fluidisiertes Bett einer Grobkornfraktion und darüber ein fluidisiertes stationäres Wirbelbett einer mittleren Korngrößenfraktion einstelllt, wobei Grobkorn aus dem nicht fluidisierten Bett entnommen wird.

7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht fluidisierte Bett als Wanderbett betrieben wird.

8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Luft in das stationäre Wirbelbett eingeblasen wird.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Grobabscheider (5) ein Aufnahmeraum (8b) für ein Schüttgutbett (I, II) nachgeschaltet ist, der mit einem Teilstrom (14, 15; 16) von rückgekühltem Kreislaufgas (GK) beaufschlagbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Teil (8a) eines Behälters (8) mindestens eine Prallplatte (5a) und im unteren Teil (8b) des Behälters ein Aufnahmeraum für ein Schüttgutbett angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmeraum (8b) mittels am Boden (8b₃) und/oder an den Seitenwänden angeordneten Kühlgaszufuhreinrichtungen (14; 15) mit Kühlgas (KG) beaufschlagbar ist, um mindestens ein stationäres Wirbelbett (II) aufzubauen, vorzugsweise eine Schichtung aus oberem stationären Wirbelbett und unterem nicht fluidisierten Bett.

12. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 9-11, dadurch gekennzeichnet, daß der Bettaufnahmeraum (8b) einen von oben nach unten größer werdenden Querschnitt aufweist.

13. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 9-12, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden des Schüttgutbettaufnahmeraums (8b) geneigt ausgebildet ist und dem unteren Ende des Bodens (8b₃) ein Austragsorgan (18) für Grobkorn zugeordnet ist.

14. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 9-13, dadurch gekennzeichnet, daß dem oberen Teil (II) des Schüttgutbettaufnahmeraums (8b) mindestens eine Luftzufuhreinrichtung (20) zugeordnet ist.