EP0073368B1

EP0073368B1 - Erwärmung von Kohle

Info

Publication number: EP0073368B1
Application number: EP82107206A
Authority: EP
Inventors: Vladan Dr. Dipl.-Ing. Petrovic
Original assignee: Krupp Koppers GmbH
Current assignee: Krupp Koppers GmbH
Priority date: 1981-08-25
Filing date: 1982-08-10
Publication date: 1986-12-17
Also published as: ES514984A0; AR228907A1; EP0073368A3; DE3133491A1; CA1201408A; ATE24331T1; ES8305404A1; ZA825368B; DE3274746D1; AU551656B2; BR8204941A; AU8755582A; EP0073368A2; IN158088B; JPS5847093A

Description

Die Erfindung betrifft die Erwärmung kalter, feuchter, zzur nachfolgenden Verkokung bestimmter Kohle.
Die zur Verkokung vorgesehene Kohle liegt im allgemeinen bei Umgebungstemperatur (0 - 20° C) mit einem Wassergehalt von bis zu 15 % und in einer Korngrößenverteilung von 1 -10 mm vor, wobei ca. 85 % der Korngrößen < 3 mm sind. Für ihren Einsatz im Koksofen sind die kokereitechnischen Eigenschaften wichtig, gekennzeichnet durch Dilatation, Blähgrad, Fluidität etc. Es ist bekannt, daß man durch Erwärmung der Kohle auf 200 - 250° C die Garungszeit des Kokses im Ofen erheblich reduzieren kann, z.B. von 20 h auf 14 h, indem durch Erwärmung das Wasser bis auf geringfügige Restgehalte entfernt wird. Es ist wichtig, daß bei der Erwärmung die kokereitechnischen Eigenschaften der Kohlen nicht beeinträchtigt werden. Im Gegenteil, es wurde gefunden, daß durch sachgerechte Erwärmung die Verkokung der Kohle im Koksofen verbessert werden kann, so daß auch Kohlen, die ohne Vorbehandlung schlecht verkokbar sind, mit Erfolg im Koksofen eingesetzt werden können.
Bei der Erwärmung kann, insbesondere bei schockartiger Aufheizung der einzelnen Kohlepartikel, eine Zerkleinerung derselben stattfinden, die unerwünscht ist, weil sie den Feinkornanteil in unzulässiger Weise erhöht. Die Kohleerwärmung muß deshalb schonend durchgeführt werden. Um Oxidation zu verhüten, muß die Kohleerwärmung weitgehend sauerstofffrei betrieben werden.
Zur Durchführung der Kohleerwärmung sind eine Reihe von Verfahrensprinzipien bekannt, die zum Teil auch bereits großtechnisch durchgeführt werden, wie z.B. die Erwärmung durch heiße Gase im Flugstrom oder durch indirekte Beheizung über Wärmeaustauschflächen in Trocknern oder durch direkte Beheizung durch heiße Gase in bewegter Schüttung, beispielsweise in einer rotierenden Trommel.
Alle diese Verfahren zeichnen sich durch hohe Investitionskosten, durch erheblichen maschinellen Aufwand und durch großen Energieaufwand aus. Außerdem tritt eine Verschiebung der Kornverteilung zum Feinkorn hin auf. Andere kokereitechnische Eigenschaften, wie z.B. Dilatation und Fluidität, werden beeinträchtigt.
Besonders vorteilhaft bezüglich des Energieverbrauches der Kokerei läßt sich eine Anlage zur Erwärmung von Kohle betreiben, wenn die beim Kühlen des erzeugten Kokses gewonnene Energie zur Erwärmung der Kohle eingesetzt werden kann.
Aus der GB-A 407 665 ist es auch bereits bekannt, Kohle dadurch zu erwärmen, daß man sie mit heißem Koks mischt und dieses Gemisch dann durch eine rotierende Trommel leitet, an deren Ausgang die Trennung von Koks und Kohle erfolgt. Es ist ferner die Vergasung von festen Brennstoffen mittels beigemischter heißer Festkörper in einer abwärts gerichteten Wanderschicht bekannt (GB-A 744 742). Schließlich ist auch bereits die Pyrolyse von festen kohlenstoffhaltigen Materialien, wie Ölschiefer, in Gegenwart heißer Festkörper in einer rotierenden Trommel vorgeschlagen worden (GB-A 1 ₀23491).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur Erwärmung von Kohle zu schaffen, die mit niedrigen Investitionskosten einen sparsamen Energieverbrauch verbindet und die den Schutz der kokereitechnisch wertvollen Eigenschaften der Kohle gewährleistet und eine Zerkleinerung der Kohlepartikel vermeidet.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß die Verwendung von aus keramischem Material bestehenden, einen Durchmesser von kleiner als 40 mm aufweisenden Festkörpern mit Kugelform zur direkten Erwärmung kalter, feuchter, zur nachfolgenden Verkokung bestimmter Kohle in einer abwärts gerichteten Wanderschicht vorgeschlagen.
Zur guten Durchmischung der Kohle mit den wärmeübertragenden Feststoffen ist es zweckmäßig, Festkörper mit einem engen Größenspektrum einzusetzen.
Die keramischen Festkörper können auch natürlichen Ursprungs sein, z.B. Kieselsteine.
Wesentlich bei der Wahl des keramischen Werkstoffes für die Festkörper ist, daß dieser abriebfest ist. So werden mechanische Abriebfestigkeiten nach DIN 52108 von kleiner als 0,45 cm3/cm² bevorzugt.
Um zu verhüten, daß die kalte, feuchte Kohle einem Wärmeschock ausgesetzt wird, sind der Einsatztemperatur der wärmeübertragenden Festkörper Grenzen gesetzt. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Temperatur der Festkörper nicht über 500° C zu steigern und Festkörper aus einem Material zu wählen, deren Wärmeeindringzahl und Temperaturleitzahl eine langsame und schonende übertragung der im Festkörper gespeicherten Wärmeenergie auf die Kohle gestattet.
Die bei der Verdampfung der Kohlefeuchte entstehenden Brüden schirmen als Schutzgas die Kohlepartikel gegen den nachteiligen Einfluß des Luftsauerstoffs auf die kokereitechnisch wertvollen Eigenschaften der Kohle ab.
Das Aufheizen der keramischen Festkörper kann an sich auf beliebige Art erfolgen. Eine bevorzugte Ausführungsform sieht bei Vorhandensein einer Kokstrockenkühlanlage innerhalb des Kokereibetriebes die Verwendung der hier anfallenden heißen Kühlgase vor. Diese Kühlgase können in einen die Festkörper aufnehmenden Behälter eingeleitet und dort an diese einen Teil ihrer fühlbaren Wärme abgeben, bevor sie zur Kokstrockenkühlanlage zurückströmen.
Eine andere Möglichkeit zum Aufheizen der Festkörper besteht darin, eine separate Verbrennungskammer vorzusehen und die dort mittels eines festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffes erzeugten Rauchgase in Wärmeaustausch mit den Festkörpern zu bringen. Die Installation einer solchen Verbrennungskammer empfiehlt sich im übrigen auch dann, wenn eine Kokstrockenkühlanlage vorhanden ist. Durch diese Verbrennungskammer ist dann auch bei einem Ausfall oder einer Betriebsstörung der Kokstrockenkühlanlage die Erwärmung der Kohle in gewünschtem Maße gesichert. Da die bei der Verbrennung entstehenden Rauchgase mit ca. 1400°C für die Erwärmung der Kohle eine zu hohe Temperatur aufweisen, kann diese beispielsweise durch Zumischen von Wasserdampf auf den erforderlichen Wert gesenkt werden.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise veranschaulicht. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Verfahrens und
Fig. 2 -5 Fließ-Schemen von Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Im einzelnen zeigen hierbei:

Fig. 2 Den Einsatz eines senkrecht stehenden Behälters als Wanderschichttrockner,
Fig. 3 den Wanderschichttrockner nach Fig. 2 mit einer anderen Austrage- und Trennvorrichtung,
Fig. 4 den Wanderschichttrockner nach Fig. 2 mit eingebautem Schwingsieb,
Fig. 5 den Einsatz eines Etagentrockners.

Gemäß Fig. 1 wird die feuchte Kohle aus dem Kohlenbunker A über das Zuteilorgan B mit den erhitzten keramischen Festkörpern aus dem Festkörpererhitzer C über ein Dosiergerät D mittels einer geeigneten Verteilervorrichtung E gemeinsam der Einrichtung zur Erwärmung der Kohle F zugeführt. Kohle und Festkörper durchwandern im Gleichstrom diese Einrichtung. Dabei geben die Festkörper einen Teil der in ihnen gespeicherten Energie an die Kohle ab. Die ausgetriebene Kohlefeuchte wird über geeignete Brüdenräume abgezogen.
Die so erwärmte Kohle wird in einer geeigneten Trenneinrichtung G, z.B. einem Schüttelsieb, von den Festkörpern getrennt und auf geeignete Weise dem Koksofen zugeführt. Die Festkörper werden, beispielsweise durch ein Becherwerk H, dem Feststofferhitzer C wieder zugeführt.
Der Festkörpererhitzer C kann mit Rauchgasen aus einer Feuerung betrieben werden. Besonders vorteilhaft bezüglich des Energieverbrauches der Kokerei ist es, die heißen Gase einer Kokstrockenkühlung einzusetzen. Die Heizgaszufuhr ist mit 1, der Heizgasaustritt mit K bezeichnet.
Die nachstehend dargestellten Ausführungsalternativen des erfindungsgemäßen Verfahrens haben alle den Einsatz von Gasen aus einer Kokstrockenkühlung zum Gegenstand.
In Fig. 2 ist mit 1 der Aufgabebunker bezeichnet, aus dem kontinuierlich die feuchte Kohle über eine Zellenradschleuse 2 in den Wanderschichttrockner 3, der als aufrecht stehender, zylindrischer Behälter ausgebildet ist, eingeleitet wird. Ebenfalls kontinuierlich werden aus dem Erhitzer 4 die kugelförmigen keramischen Festkörper über die Zellenradschleuse 5 dem Wanderschichttrockner zugeführt.
Die Kohle und die beigemischten Kugeln fließen kontinuierlich durch den Wanderschichttrockner von oben nach unten, wobei Kohle und Kugeln durch das Rührwerk 6 mit den Rührarmen 7 ständig in Bewegung gehalten werden. Der Antrieb des Rührwerkes ist mit 8 bezeichnet. Durch das Rührwerk wird somit gewährleistet, daß immer neue Kohlekörner mit den heißen Kugeln in Berührung kommen, so daß die Kohle. insgesamt eine im wesentlichen gleichmäßige Wärmebehandlung erfährt. Die Widerstände beim Abwärtsfließen der Kohle werden durch deren eigenes und das Gewicht der Kugeln überwunden, wobei die variable Verweilzeit der Kohle im Wanderschichttrockner vom Abzug der Kohle und der Kugeln im unteren Bereich bestimmt wird.
Die Austragung von Kohle und Kugeln aus dem Wanderschichttrockner 3 erfolgt bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung mittels einer Förderschnecke 9, die zu einer pneumatischen Abscheideeinrichtung 10 führt. In dieser wird die nunmehr auf ca. 200°C erwärmte Kohle mit Hilfe des durch die Leitung 11 zugeführten Trägergases von den Kugeln getrennt und über die Leitung 12 zum hier nicht dargestellten Kohlenturm mit vorgeschaltetem Abscheider transportiert. Die spezifisch schwereren Kugeln fallen dagegen in den Auffangbehälter 13 und werden durch die Transportvorrichtung 14 (Kettenförderer, Becherwerk oder dergl.) wieder dem Erhitzer 4 zugeführt. Die Austragung von Kohle und Kugeln aus dem Wanderschichttrockner kann noch durch eine in dessen unterem Bereich angeordnete Bunkerentleerungseinrichtung 15 geeigneter Bauart unterstützt werden.
Die im Wanderschichttrockner 3 aus der feuchten Kohle abgeschiedenen abgashaltigen Brüden werden in verschiedenen Ebenen über die Leitung 16 und die Sammelleitung 17 abgezogen und gelangen über den Zyklon 18, die Leitung 19 und das Gebläse 20 in den Kreislaufwascher 21, in dem neben einer Kondensation die Auswaschung von Verunreinigungen erfolgt. Statt der dargestellten Wascherkonstruktion könnte natürlich auch eine andere Ausführungsform, beispielsweise ein Venturiwascher, eingesetzt werden.
Die im Zyklon 18 abgeschiedenen Kohlekörner gelangen über die Zellenradschleuse 22 und die Leitung 23 zur Abscheideeinrichtung 10, von wo aus sie zusammen mit der erwärmten Kohle zum bereits erwähnten Kohlenturm gefördert werden.
Die aus dem Kreislaufwascher 21 ablaufende Flüssigkeit wird über die Leitung 24 und die Pumpe 25 auf den Kühlturm 26 aufgegeben, in dem die weitere Abkühlung bis auf ca. 20°C erfolgt. Die gekühlte Flüssigkeit wird sodann über die Leitung 27 in den Kühlwasserverteiler 28 eingeleitet. Von hier wird das erforderliche Kühlwasser über die Leitungen 29 - 31 wieder auf die verschiedenen Ebenen des Kreislaufwaschers 21 aufgegeben. Die aus dem Kreislaufwascher entweichenden Gase werden durch die Leitung 32 abgezogen und zum nicht dargestellten Kamin geleitet.
Der aus dem oberen Teil des Kokstrockenkühlers 33 mit einer Temperatur von ca. 800°C austretende heiße Strom der Kühlgase wird durch die Leitung 34 abgezogen. Hiervon zweigt die Leitung 35 ab, durch die ein Teilstrom der Gase über die Wärmeaustauscher 36 geleitet und dann in den Kokstrockenkühler wieder eingeführt wird. Die übrigen heißen Kühlgase gelangen durch die Leitung 37 zum Erhitzer4, in dem sie zur Wärmeübertragung an die darin befindlichen Kugeln genutzt werden. Diese Gase verlassen den Erhitzer durch die Leitung 38 und werden nach Passieren des Gebläses 39 mit einer Temperatur von ca. 220° C in die Leitung 35 eingeleitet. Von dieser Leitung wird ein Teil der Gase durch die Leitung 61 in den mittleren und ein anderer Teil durch die Leitung 63 in den unteren Teil des Kokstrockenkühlers eingeführt. Von der Leitung 38 zweigt die Leitung 40 ab, durch die ein Teilstrom des Gases durch den Kamin 41- in die Atmosphäre abgeblasen werden kann. Außerdem ist hinter dem Gebläse 39 eine Bypass-Leitung 42 vorgesehen, die mit der Leitung 37 zum Erhitzer 4 in Verbindung steht. Durch diese Bypass-Leitung kann dem durch die Leitung 34 aus dem-Kokstrockenkühler ausströmenden heißen Gas zwecks Temperaturregelung kaltes Gas aus der Leitung 38 zugemischt werden.
Damit das Aufheizen der Kugeln im Erhitzer 4 bei einem Ausfall bzw. einer Betriebsstörung des Kokstrockenkühlers 33 nicht beeinträchtigt wird, ist zusätzlich eine Verbrennungskammer 43 vorgesehen, der über die Leitung 44 ein gasförmiger, flüssiger oder fester Brennstoff sowie über die Leitung 45 die erforderliche Verbrennungsluft zugeführt wird. Da die bei der Verbrennung entstehenden heißen Rauchgase mit ca. 1400° C eine zu hohe Temperatur aufweisen, wird Wasserdampf durch die Leitung 46 zugeführt, der aus der Leitung 19 abgezweigt wird. Durch diese Wasserdampfzugabe kann die Rauchgastemperatur auf den gewünschten Wert von beispielsweise 800 - 900° C gesenkt werden. Mit dieser Temperatur wird das Rauchgas sodann über die Leitung 47 in die zum Erhitzer 4 führende Leitung 37 eingespeist. In der Leitung 47 ist schließlich noch eine hier nicht dargestellte Regelklappe vorgesehen, so daß die abgegebene Gasmenge gegebenenfalls auch entsprechend gedrosselt und die Verbrennungskammer43 im Bedarfsfall auch als Zusatzheizung eingesetzt werden kann.
Die Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 3 unterscheidet sich von der gemäß Fig. 2 lediglich dadurch, daß als Abscheideeinrichtung unterhalb des Wanderschichttrockners ein Schwingsieb 48 vorgesehen ist. Von diesem fallen die Kugeln wiederum in den Auffangbehälter 13, während die Kohle über die Leitung 49 zu einem Becherwerk 5o gelangt, das sie zu dem nicht dargestellten Kohlenturm transportiert.
Fig. 4 zeigt wiederum einen aufrecht stehenden Wanderschichttrockner 3, bei dem jedoch die Abscheideeinrichtung in Form eines Schwingsiebes 51 im unteren Bereich des Wanderschichttrockners selbst eingebaut ist. Die abgeschiedenen Kugeln gelangen wieder in den Auffangbehälter 13. Die Kohle wird mittels einer Förderschnecke 52 und der Leitung 49 zum Becherwerk 50 transportiert.
Die Verweilzeit der Kohle im Wanderschichttrockner wird bei dieser Ausführungsform einmal durch die Förderschnekke 52 und zum anderen durch die Stellung der Drosselkappen 54 im Inneren des Wanderschichttrockners bestimmt.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 ist der Wanderschichttrockner 3 als Etagentrockner ausgebildet. Die aufgegebene Kohle und die Kugeln werden hierbei von dem Rührwerk 6 mit den Rührarmen 7 vermischt und wandern durch Öffnungen in den Etagenböden 55 von Etage zu Etage.
Als Vorteile der Erfindung sind zu nennen:

a) die große spezifische Wärmeaustauschfläche, die abhängig vom Kugelradius-200 - 600 m²/m³ beträgt,
b) der große Wärmeaustauschkoeffizient von 80-400 W/m2K,
c) das vergleichsweise kleine Trocknungsvolumen (4 -16 m³ bezogen auf 100 t/h Trockenkohle),
d) die große Leistungsdichte von 1050 - 3200
e) niedriger Verbrauch an elektrischer Energie, nämlich 20 - 60 kW für den Transport der Feststoffwärmeträger bei einem Gesamtverbrauch von ca. 600 kW (bezogen auf 100 t/h Kohle),
f) geringer Personalaufwand für die Bedienung und Wartung der Anlage, demzufolge auch geringe Wartungskosten,
g) geringe Umweltschutzprobleme und
h) keine Gefahr der Beeinträchtigung der kokereitechnischen Eigenschaften der Kohle, weil die Eintrittstemperatur der Feststoffwärmeträger maximal nur ca. 400° C beträgt.

Ein zahlenmäßiges Ausführungsbeispiel ist der folgenden Tabelle zu entnehmen, wobei eine zu erwärmende Kohlenmenge von 100 t/h zugrunde gelegt und als Festkörper Silicasteinkugeln verwendet werden.

Claims

Verwendung von aus keramischem Material bestehenden, einen Durchmesser von kleiner als 4o mm aufweisenden Festkörpern mit Kugelform zur direkten Erwärmung kalter, feuchter, zur nachfolgenden Verkokung bestimmter Kohle in einer abwärts gerichteten Wanderschicht.