EP0183908B1

EP0183908B1 - Verfahren zur Verringerung des NOx-Gehaltes im Rauchgas bei der Beheizung von Verkokungsöfen und Verkokungsofen zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: EP0183908B1
Application number: EP85108019A
Authority: EP
Inventors: Johannes Dr. Dipl.-Ing. Janicka; Wilhelm Dipl.-Ing. Jakobi; Heinz Dipl.-Ing. Dürselen; Günter Dr. Dipl.-Ing. Meyer
Original assignee: Krupp Koppers GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 1984-12-01
Filing date: 1985-06-28
Publication date: 1988-08-03
Also published as: DE3443976C2; DE3564130D1; DE3443976A1; US4704195A; EP0183908A1; JPH0778220B2; JPS61133286A

Description

Verfahren zur Verringerung des NO_x-Gehaltes im Rauchgas bei der Beheizung von Verkokungsöfen und Verkokungsofen zur Durchführung des Verfahrens.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verringerung des NO_x-Gehaltes im Rauchgas bei der Beheizung von Verkokungsöfen mit paarweise zusammenarbeitenden Heizzügen, hoch und tief liegenden Verbrennungsstufen sowie einer Rauchgasrückführung in Höhe der Heizzugsohle (Kreisstrom). Die Erfindung betrifft ferner einen Verkokungsofen zur Durchführung dieses Verfahrens.
Es ist bekannt, dass es sich bei den in Verkokungsöfen gebildeten Stickoxiden in erster Linie um sogenanntes thermisches NO_X handelt, deren Bildungsraten nahezu linear vom Produkt der Sauerstoff-und Stickstoffkonzentrationen in der Flamme sowie exponentiell von der Flammentemperatur abhängen.
Die bekannten Massnahmen zur Reduktion der No_x-Bildung zielen auf eine Verminderung der Flammentemperatur durch Rauchgasrückführung oder auf eine Verringerung der Sauerstoff- und Stickstoffkonzentrationen durch partielle Verbrennung.
Das Prinzip der Rauchgasrückführung ist bei Verkokungsöfen insbesondere in Form des Koppers-Kreisstrom-Ofens verwirklicht. Hierbei wird durch ein oder zwei Öffnungen in jeder zweiten Binderwand in Höhe der Heizzugsohle dem Luft- und Heizgasstrom Rauchgas zugemischt, das in erster Linie durch Verringerung der maximalen Flammentemperatur, aber auch durch Reduktion der O_Z- und N₂-Konzentration, eine deutliche Verringerung der NO_x-Produktionsraten bewirkt.
Das NO_x-Reduktionsprinzip der partiellen Verbrennung wird in Verkokungsöfen in Form einer Stufenbeheizung genutzt.
Mit dem Ziel, die NO_x-Emission in Verkokungsöfen noch weiter zu senken, sind theoretische und experimentelle Untersuchungen durchgeführt worden. Als wesentliche Erkenntnis dieser Studien bleibt festzuhalten, dass eine Kombination der NO_x-Re- duktionsprinzipien, Rauchgasrückführung (Kreisstrombeheizung) und partielle Verbrennung (Stufenbeheizung) mit zwei Stufen, zu einer weiterführenden Verringerung der NO_x-Produktion führen kann.
Grundsätzlich ist die Kombination von Stufenbeheizung und Kreisstrombeheizung bei Verkokungsöfen bekannt. Die genannten Untersuchungen zeigen aber, dass eine willkürliche Kombination von Kreisstrombeheizung und Stufenbeheizung nicht zwangsläufig zu einer nennenswerten NO_X-Reduktion führt. Nur bei einer optimalen Kombination von Stufenbeheizung, Kreisstrombeheizung und Anordnung der zweiten Verbrennungsstufe ist eine maximale NOx-Verringerung erzielbar.
Ausgehend von den Ergebnissen dieser Untersuchungen wird erfindungsgemäss die Kombination folgender Massnahmen vorgeschlagen:

a) Die Kreisstromrate, das ist der Volumenstrom des rückgeführten Rauchgases dividiert durch den Rauchgasvolumenstrom ohne rückgeführtes Rauchgas, wird zwischen 20% und 50% eingestellt;
b) das Stufenverhältnis, das ist bei Starkgasbetrieb der Luftvolumenstrom der unteren Stufe dividiert durch den gesamten Luftvolumenstrom und bei Schwachgasbetrieb die Summe von Luft- und Schwachgasvolumenstrom der unteren Stufe dividiert durch die Summe des gesamten Luft- und Schwachgasvolumenstroms, wird zwischen 40% und 70% eingestellt;
c) die zweite Verbrennungsstufe wird zwischen 35% und 55% der Heizzughöhe angeordnet.

Eine im Hinblick auf minimale NO_x-Emission bevorzugte Kombination sieht vor, dass die Kreisstromrate zwischen 35% und 45% und das Stufenverhältnis zwischen 50% und 65% eingestellt wird und dass die zweite Verbrennungsstufe zwischen 40% und 50% der Heizzughöhe angeordnet wird.
Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens wird schliesslich ein Verkokungsofen vorgeschlagen, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die sekundäre Luftzufuhr und die sekundäre Schwachgaszufuhr zu den zweiten, hoch liegenden Verbrennungsstufen ausschliesslich innerhalb der die Heizzugpaare jeweils begrenzenden Binderwänden angeordnet sind, wobei die sekundäre Luftzufuhr und die sekundäre Schwachgaszufuhr jeweils beiderseits der Binderwände und in gleicher Höhenlage in die benachbarten Heizzüge münden.
In den Zeichnungen sind Ausführungsformen dieses Verkokungsofens enthalten. Dabei sind die Zufuhr der Verbrennungsmedien von den hier nicht eingezeichneten Regeneratoren zu den Heizzügen, die Schaltung der Regeneratoren, der Heizzüge bzw. Heizungspaare sowohl für Verbundöfen, d.h. Verkokungsöfen mit wahlweiser Starkgas- oder Schwachgasbeheizung, als auch für Starkgasöfen dargestellt. In den Zeichnungen ist die Richtung des Medienverlaufs (Luft, Schwachgas, Starkgas, Abgas) während einer Heizperiode durch Pfeile gekennzeichnet. Da es sich hier um Regenerativöfen handelt, wechselt der Verlauf der Medien für die zweite Periode.

Fig. 1 zeigt zwei nebeneinanderliegende Heizzugpaare 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 eines 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:
Die strömenden Medien werden wie folgt den beflammten Heizzügen 2 zugeführt:

Primärluft vom Luftgenerator über die Kanäle 3 und die regelbaren Austritte 4
Primärschwachgas vom Gasregenerator über die Kanäle 5 und die regelbaren Austritte 6
Starkgas über die Kanäle 7 und die auswechselbaren Düsen 8
Sekundärluft über die Kanäle 9 und die regelbaren Austritte 10
Sekundärschwachgas über die Kanäle 11 und die regelbaren Austritte 12
Rückgas über die regelbaren Kanäle 13 (Kreisstrom- öffnungen).

Über die Höhe 14 findet im beflammten Heizzug die partielle Verbrenung statt.
Der Weg der Rauchgase führt vom beflammten Heizzug 2 über die Umkehrstelle 15 (ein Teil über den Differentialkanal 16) in den unbeflammten Heizzug 2a und über die Düsen und Kanäle 4a, 3a, 6a, 5a, 1 Oa, 9a, 12a, 11 a in die (nicht dargestellten) Abgasregeneratoren.
In Fig. 1 und 2 ist die Strömungsrichtung der Medien sowohl für Schwach- als auch für Starkgasbetrieb durch Pfeile gekennzeichnet. Bei Schwachgasbetrieb strömt jedoch kein Starkgas, während bei Starkgasbetrieb die Schwachgaskanäle Verbrennungsluft führen.
Die seitliche Begrenzung eines Heizungspaares 1 erfolgt durch die Läuferwände 17 und die von den Kanälen 9 und 11 durchsetzen Binderwände 18. Die Teilung des Heizungspaares 1 in die Heizzüge 2 und 2a geschieht durch die Binderwand 19, die von der Umkehrstelle 15 und der Kreisstromöffnung 13 durchsetzt wird.
Durch die Unterscheidung bzw. räumliche Trennung der Binderwände nach «Kreisstrom-besitzend» und «Luftkanal-besitzend» werden in Kombination mit den freisetzenden Starkgasaustritten günstige Strömungsbedingungen sichergestellt, die eine weitgehende Einmischung des Kreisstroms in die Verbrennungsmedien der unteren Stufe ermöglichen.

Claims

1. Verfahren zur Verringerung des NO_x-Gehaltes im Rauchgas bei der Beheizung von Verkokungsöfen mit paarweise zusammenarbeitenden Heizzügen, hoch und tief liegenden Verbrennungsstufen sowie einer Rauchgasrückführung in Höhe der Heizzugsohle (Kreisstrom), gekennzeichnet durch die Kombination folgender Massnahmen:

a) Die Kreisstromrate, das ist der Volumenstrom des rückgeführten Rauchgases dividiert durch den Rauchgasvolumenstrom ohne rückgeführtes Rauchgas, wird zwischen 20% und 50% eingestellt;

b) das Stufenverhältnis, das ist bei Starkgasbetrieb der Luftvolumenstrom der unteren Stufe dividiert durch den gesamten Luftvolumenstrom und bei Schwachgasbetrieb die Summe von Luft- und Schwachgasvolumenstrom der unteren Stufe dividiert durch die Summe des gesamten Luft- und Schwachgasvolumenstroms, wird zwischen 40% und 70% eingestellt;

c) die zweite Verbrennungsstufe wird zwischen 35% und 55% der Heizzughöhe angeordnet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreisstromrate zwischen 35% und 45% und das Stufenverhältnis zwischen 50% und 65% eingestellt wird und dass die zweite Verbrennungsstufe zwischen 40% und 50% der Heizzughöhe angeordnet wird.

3. Verkokungsofen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Luftzufuhr (9) und die sekundäre Schwachgaszufuhr (11) zu den zweiten, hoch liegenden Verbrennungsstufen ausschliesslich innerhalb der die Heizzugpaare (1) jeweils begrenzenden Binderwände (18) angeordnet sind, wobei die sekundäre Luftzufuhr (9) und die sekundäre Schwachgaszufuhr (11) jeweils beiderseits der Binderwände (18) und in gleicher Höhenlage in die benachbarten Heizzüge (2) münden.