EP0337112A1

EP0337112A1 - Verfahren zur Verringerung des NOx-Gehaltes im Rauchgas bei der Beheizung von Verkokungsöfen

Info

Publication number: EP0337112A1
Application number: EP89104099A
Authority: EP
Inventors: Johannes Dr. Janicka; Günter Dr. Meyer; Heinz Dürselen
Original assignee: Krupp Koppers GmbH
Current assignee: MALLINCKRODT GROUP INC. TE ST. LOUIS, MISSOURI, VE
Priority date: 1988-04-15
Filing date: 1989-03-08
Publication date: 1989-10-18
Anticipated expiration: 2009-03-08
Also published as: DE58900716D1; CN1036786A; US5017270A; DE3812558C2; CN1021338C; JPH01306494A; JP3020062B2; DE3812558A1; EP0337112B1

Abstract

Hierbei werden hoch und tief liegende Verbrennungsstufen sowie eine Rauchgasrückführung in Höhe der Heizzugsohle verwendet. Es ist vorgesehen, daß die Kreisstromrate zwischen 20 % und 50 % und das Stufenverhältnis für eine Stufenanzahl I größer/gleich 2 zwischen 80/I % und 140/I % eingestellt wird, wobei die oberen Verbrennungsstufen zwischen 45 % - 10 % X (I-1) und 45 % - 10 % X (I-1) angeordnet sind.

Description

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, dessen 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 O₂- 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-Reduktionsprinzipien, Rauchgasrückführung (Kreisstrombeheizung) und partielle Verbrennung (Stufenbeheizung), 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 NO_x-Verringerung erzielbar.
Die aus diesen Untersuchungen gewonnenen Erkenntnisse sind in der DE-OS 34 43 976 zusammengefaßt. Diese be zieht sich im wesentlichen auf Starkgasöfen mit zwei Verbrennungsstufen und Rauchgasrückführung 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 sowie durch reine Luftstufung mit zwei oder mehr als zwei Stufen für den Schwach- bzw. Mischgasbetrieb in Kombination mit der Rauchgasrückführung deutliche Verminderungen der NO_x-Emissionen erzielt werden können.
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 für eine Stufenanzahl größer/gleich 2, definiert als Luftvolumenstrom der unteren Stufe dividiert durch den gesamten Luftvolumenstrom, wird zwischen 80/I % (80 % dividiert durch Stufenanzahl I) und 140/I % (140 % dividiert durch Stufenanzahl I) eingestellt;
c) die oberen Verbrennungsstufen werden zwischen 45 % - 10 % X (I-1) der Heizzughöhe (minimal jedoch bei 15 %) und 45 % + 10 % X (I-1) der Heiz zughöhe (maximal jedoch bei 85 %) angeordnet.

Hierbei errechnet sich für das Merkmal b) beispielsweise bei einer Stufenanzahl 3 ein Stufenverhältnis zwischen 26,7 % und 46,7 %, d.h. der unteren Stufe werden zwischen 26,7 % und 46,7% des gesamten Luftvolumenstromes zugeführt. Die restliche Luftmenge wird man zweckmäßig annähernd gleichmäßig auf die beiden oberen Stufen verteilen.
Für das Merkmal c) errechnet sich beispielsweise bei einer Stufenanzahl 3, daß die oberen Verbrennungsstufen zwischen 25 % und 65 % der Heizzughöhe angeordnet werden sollen.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Verkokungsofen vorgeschlagen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die primären und sekundären Luftzufuhrstellen ausschließlich in den die Heizzugpaare jeweils begrenzenden Binderwänden angeordnet sind.
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. Heizzugpaare 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:
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 Primärschwachgaskanal
5a Primärschwachgaskanal (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
10a Regelbare Austrittezu 9a
(Abgas führend)
Regelorgane 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 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
- Rückgas über die regelbaren Kanäle 11 (Kreisstromöffnungen)
Über die Höhe 12 findet im beflammten Heizzug die partielle Verbrennung statt.
Der Weg der Rauchgase führt vom beflammten Heizzug 2 über die Umkehrstelle 13 (ein Teil über den Differentialkanal 16) 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 Starkgasbetrieb die Schwachgaskanäle Verbrennungsluft führen.
Die seitliche Begrenzung eines Heizzugpaares 1 erfolgt durch die Läuferwände 15 und die von dem Kanal 9 durchsetzten Binderwände 16. Die Teilung des Heizzugpaares 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 "Luftkanalbesitzend" werden in Kombination mit den freistehenden Starkgasaustritten günstige Strömungsbedingungen sichergestellt, die eine weitgehende Einmischung des Kreisstromes 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 für eine Stufenanzahl größer/gleich 2, definiert als Luftvolumenstrom der unteren Stufe dividiert durch den gesamten Luftvolumenstrom, wird zwischen 80/I % (80 % dividiert durch Stufenanzahl I) und 140/I % (140 % dividiert durch Stufenanzahl I) eingestellt;

c) die oberen Verbrennungsstufen werden zwischen 45 % - 10 % X (I-1) der Heizzughöhe (minimal jedoch bei 15 %) und 45 % + 10 % X (I-1) der Heizzughöhe (maximal jedoch bei 85 %) angeordnet.

2. Verkokungsofen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sekundären Luftzufuhrstellen (9) ausschließlich in den die Heizzugpaare (1) jeweils begrenzenden Binderwänden (18) angeordnet sind.