EP0337112B1 - Verfahren zur Verringerung des NOx-Gehaltes im Rauchgas bei der Beheizung von Verkokungsöfen - Google Patents

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

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EP0337112B1
EP0337112B1 EP89104099A EP89104099A EP0337112B1 EP 0337112 B1 EP0337112 B1 EP 0337112B1 EP 89104099 A EP89104099 A EP 89104099A EP 89104099 A EP89104099 A EP 89104099A EP 0337112 B1 EP0337112 B1 EP 0337112B1
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flue gas
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Johannes Dr. Janicka
Günter Dr. Meyer
Heinz Dürselen
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Krupp Koppers GmbH
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B21/00—Heating of coke ovens with combustible gases
    • C10B21/20—Methods of heating ovens of the chamber oven type
    • C10B21/22—Methods of heating ovens of the chamber oven type by introducing the heating gas and air at various levels
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B21/00—Heating of coke ovens with combustible gases
    • C10B21/10—Regulating and controlling the combustion
    • C10B21/18—Recirculating the flue gases

Definitions

  • the invention relates to a method for reducing the NO x content in the flue gas when heating coking ovens with paired heating trains, several combustion stages lying at different heights and a flue gas recirculation at the level of the heating flue (circulating flow), the circulating flow rate, that is the volume flow of the recirculated flue gas divided by the flue gas volume flow without recirculated flue gas, between 20% and 50%.
  • the known measures for reducing the formation of NO x aim to reduce the flame temperature by flue gas recirculation or to reduce the oxygen and nitrogen concentrations by partial combustion.
  • the principle of flue gas recirculation is implemented in coking furnaces, in particular in the form of the Koppers cycle furnace.
  • the air and heating gas flow are mixed with flue gas, which primarily results in a significant reduction in the NO x production rates by reducing the maximum flame temperature, but also by reducing the O2 and N2 concentration.
  • the NO x reduction principle of partial combustion is used in coking ovens in the form of step heating.
  • DE-OS 3443976 This relates mainly focus on high-gas ovens with two combustion stages and flue gas recirculation as well as composite coking ovens with air and gas steps and flue gas recirculation.
  • the step ratio for a number of steps greater than or equal to 2 defined as the air volume flow of the lower steps divided by the total air volume flow, between 80 / I% (80% divided by number of steps I) and 140 / I% (140% divided by the number of stages I) is set, the upper combustion stages between 45% - 10% ⁇ (I - 1) of the heating draft (minimum however at 15%) and 45% + 10% (I - 1) the heating draft height (maximum, however, at 85%).
  • a stage ratio between 26.7% and 46.7% is calculated, i.e. the lower stage receives between 26.7% and 46.7% of the total air volume flow.
  • the remaining amount of air is appropriately distributed approximately evenly over the two upper stages.
  • the upper combustion stages should be arranged between 25% and 65% of the heating draft height.
  • Partial combustion takes place above level 12 in the flamed heating train.
  • the path of the flue gases leads from the flamed heating cable 2 via the reversal point 13 (part via the differential channel 14) into the non-flaming heating cable 2a and via the nozzles and channels 4a, 3a, 6a, 5a, 10a, 9a into the exhaust gas regenerators (not shown) .
  • FIGS. 1 and 2 the direction of flow of the media is indicated by arrows for both low-gas and high-gas heating. In the case of lean gas operation, however, no heavy gas flows, while in the case of heavy gas operation the lean gas ducts carry combustion air.
  • the lateral limitation of a pair of heating cables 1 takes place through the rotor walls 15 and the connector walls 16 penetrated by the channel 9.
  • the heating cable pair 1 is divided into heating cables 2 and 2a by the binder wall 17 which is penetrated by the reversal point 13 and the circuit opening 11.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verringerung des NOx-Gehaltes im Rauchgas bei der Beheizung von Verkokungsöfen mit paarweise zusammenarbeitenden Heizzügen, mehreren in unterschiedlichen Höhen liegenden Verbrennungsstufen 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 NOx 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 NOx-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 NOx-Produktionsraten bewirkt.
  • Das NOx-Reduktionsprinzip der partiellen Verbrennung wird in Verkokungsöfen in Form einer Stufenbeheizung genutzt.
  • Mit dem Ziel, die NOx-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 NOx-Reduktionsprinzipien, Rauchgasrückführung (Kreisstrombeheizung) und partielle Verbrennung (Stufenbeheizung), zu einer weiterführenden Verringerung der NOx-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.
  • Die aus diesen Untersuchungen gewonnenen Erkenntnisse sind in der DE-OS 3443976 zusammengefaßt. Diese bezieht 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 NOx-Emissionen erzielt werden können.
  • Ausgehend von den Ergbenissen dieser Untersuchungen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß bei alleiniger Luftstufung das Stufenverhältnis für eine Stufenanzahl größer/gleich 2, definiert als Luftvolumenstrom der unteren Sufe 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.
  • Hierbei errechnet sich 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 die Höhenanordnung der Verbrennungsstufen errechnet sich beispielsweise bei einer Stufenanzahl 3, daß die oberen Verbrennungsstufen zwischen 25% und 65% der Heizzughöhe angeordnet werden sollen.
  • In den Zeichnungen sind Ausführungsformen von zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Verkokungsöfen 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
    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
    10a
    Regelbare Austritte zu 9a  )   nicht
     
    (Abgas führend)    )   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
    • ― Schwachgas 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 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 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)

1. Verfahren zur Verringerung des NOx -Gehaltes im Rauchgas bei der Beheizung von Verkokungsöfen mit paarweise zusammenarbeitenden Heizzügen, mehreren in unterschiedlichen Höhen liegenden Verbrennungsstufen 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, dadurch gekennzeichnet, daß bei alleiniger Luftstufung das Stufenverhältnis 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 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.
EP89104099A 1988-04-15 1989-03-08 Verfahren zur Verringerung des NOx-Gehaltes im Rauchgas bei der Beheizung von Verkokungsöfen Expired - Lifetime EP0337112B1 (de)

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EP0337112A1 EP0337112A1 (de) 1989-10-18
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