EP0742276A1 - Verfahren zum Betrieb eines Koksofens - Google Patents

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EP0742276A1
EP0742276A1 EP95107203A EP95107203A EP0742276A1 EP 0742276 A1 EP0742276 A1 EP 0742276A1 EP 95107203 A EP95107203 A EP 95107203A EP 95107203 A EP95107203 A EP 95107203A EP 0742276 A1 EP0742276 A1 EP 0742276A1
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EP
European Patent Office
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coke oven
heating
trains
emission coating
emission
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Withdrawn
Application number
EP95107203A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ronald Kim
Martin Dr. Reinke
Johannes Dittié
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Original Assignee
Krupp Koppers GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • 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
    • C10B29/00—Other details of coke ovens
    • C10B29/02—Brickwork, e.g. casings, linings, walls

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a coke oven with reduced nitrogen oxide emission from the coke oven heating trains and to a coke oven for carrying out the method.
  • - Coke ovens essentially consist of a plurality of coking chambers and coke oven heating trains arranged on both sides of the coking chambers.
  • heavy gas or lean gas is burned in the coke oven heating trains, thus indirectly heating the coking chamber with the coking coal enclosed therein.
  • nitrogen oxides are produced in the flame area, the equilibrium formation rates of the nitrogen oxides increasing exponentially with increasing temperature at given oxygen and nitrogen concentrations. In the non-equilibrium, which is the rule in practice, the education rates increase with the time spent.
  • the nitrogen oxides formed during the combustion are therefore also called thermal nitrogen oxides. Emission of nitrogen oxides is disruptive for environmental reasons.
  • the invention is based on the technical problem of specifying a method for operating a coke oven which works in an environmentally friendly manner and yet with high coking performance.
  • the invention teaches a method for operating a coke oven with coking chambers and coke oven heating trains arranged on both sides of the coking chambers for indirect heating of the coking chamber, the heating-side walls of the coke oven heating trains at least partially with a high-emission coating made of at least one layer with a substance from the group " CrO 3 , Fe 2 O 3 , SiC "or mixtures thereof are provided, and the combustion in the coke oven heating trains is set with the proviso that the heating surface power compared to the heating surface power of the coke oven heating trains without high-emission coating is practically the same and that the nitrogen oxide emission compared to the nitrogen oxide emission Coke oven heating trains without high emission coating is reduced.
  • - high emission coating means a coating, whose surface has an increased spectral emissivity compared to the spectral emissivities of conventional coke oven building materials.
  • the usual coke oven building materials generally have spectral emissivities of considerably less than 0.7 in the relevant wavelength range.
  • the invention makes use of the knowledge known per se that surfaces with high spectral emissivities can improve the kinetics of heat transport by better absorption of radiation in the IR range. In this case, however, the invention works in such a way that the improved kinetics of the heat transport from the heating trains into the coking chamber is used to maintain an unchanged high heating surface output with reduced temperature in the heating trains, in particular with a reduced flame temperature.
  • the method according to the invention is particularly environmentally friendly due to the absolutely reduced nitrogen oxide emission.
  • a cumulative contribution to the improved environmental friendliness is that the lowering of the flame temperature also saves fuel gas and consequently reduces carbon dioxide emissions.
  • the fuel gas savings result from the reduced flame temperature, since losses are lower at lower temperatures.
  • the method according to the invention works at least as economically as classic methods without environmental protection measures.
  • the heating-side walls of the coke oven heating trains can easily be equipped with the high-emission coating will.
  • a wall can be coated with a preferably aqueous slurry of at least one substance from the group mentioned, optionally with a binder, in one or more spray application process steps.
  • a sintering process then takes place during the heating process of the coke oven, as a result of which a uniform and mechanically and thermally resilient high-emission coating is produced which is intimately connected to the wall.
  • the building materials can alternatively already be factory-equipped with the high-emission coating.
  • the procedure is such that the high-emission coating has a spectral emissivity in the wavelength range from 1 ⁇ m to 7.4 ⁇ m and at a surface temperature of the high-emission coating between 800 ° C. and 1400 ° C. of more than 0.7, preferably of more than 0.9.
  • the nitrogen oxide emission of the coke oven heating trains is preferably reduced by more than 5%, preferably by more than 10%, most preferably by more than 40%, compared to the nitrogen oxide emission of the coke oven heating trains without high emission coating.
  • the invention also relates to a coke oven for carrying out the method according to one of claims 1 to 3, with at least one coking chamber and with vertical coke oven heating trains arranged on both sides of the coking chamber for indirect heating of the coking chamber Combustion of strong gas or lean gas, the coke oven heating trains being equipped with walls made of a conventional high-temperature material and the heating-side walls of the coke oven heating trains being at least partially coated with a high-emission coating of at least one layer with a substance from the group "CrO 3 , Fe 2 O 3 , SiC" or mixtures thereof are provided.
  • the high-temperature material can be a commonly used refractory material.
  • the coke oven is designed such that the heating-side walls of the coke oven heating trains are only partially provided with the high-emission coating, the arrangement of the high-emission coating being chosen with the proviso that the heating surface power is practically uniform over the entire surface of the walls .
  • high peak temperatures can be reduced in a manner which is disruptive with regard to the formation of thermal nitrogen oxides, and on the other hand that the vertical temperature distribution in the walls of the coke oven heating trains is homogenized.
  • An even temperature distribution leads to a more even conversion of the coking coal to the end product.
  • a predefined temperature profile can alternatively be set by arranging the high-emission coating.
  • the surface of the high-emission coating is advantageously optically rough.
  • Visually rough means here that the roughness-causing surface structures have dimensions in the range above the wavelength of the radiation to be absorbed. In this sense, an optically rough surface has a higher emissivity than an optically smooth surface. Test roughness ranged from 30 to 100 ⁇ m. The application of the coating did not lead to a reduction in the roughness down to the wavelength range of the radiation, which results in a roughness greater than 10 ⁇ m. As a result, extremely high spectral emissivities, for example in the range of 0.99, can be achieved.
  • the required micro-roughness of the surface can be set up by working with a slurry of a very fine-grained substance from the group mentioned in the application of the high-emission coating.
  • the layer thickness of the high-emission coating is expediently at least 150 ⁇ m, preferably in the range from 1 to 3 mm.
  • the temperature in the coke oven heating trains can be reduced by 5 ° C, and even by 25 ° C and more, while the heating surface output remains the same.
  • the reduction in the area of high combustion temperatures, ie in the immediate flame area can be significantly higher, for example at 40 ° C.
  • Lowering the temperature by 5 ° C leads to a reduction in the formation rates of thermal nitrogen oxides of approx. 5%.
  • a reduction of 40 ° C halves the formation rates of thermal nitrogen oxides.

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  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Koksofens mit Verkokungskammern und beidseitig der Verkokungskammern angeordneten Koksofenheizzügen zur indirekten Beheizung der Verkokungskammer. Erfindungsgemäß sind die heizzugseitigen Wände der Koksofenheizzüge zumindest zum Teil mit einer Hochemissionsbeschichtung aus zumindest einer Schicht mit einem Stoff der Gruppe "CrO3, Fe2O3, SiC" oder Mischungen davon versehen. Die Verbrennung in den Koksofenheizzügen wird mit der Maßgabe eingestellt, daß die Heizflächenleistung gegenüber der Heizflächenleistung der Koksofenheizzüge ohne Hochemissionsbeschichtung praktisch gleich ist und daß die Stickoxidemission gegenüber der Stickoxidemission der Koksofenheizzüge ohne Hochemissionsbeschichtung reduziert ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Koksofens mit reduzierter Stickoxidemission der Koksofenheizzüge sowie einen Koksofen zur Durchführung des Verfahrens. - Koksöfen bestehen im wesentlichen aus einer Mehrzahl von Verkokungskammern und beidseitig der Verkokungskammern angeordneten Koksofenheizzügen. In den Koksofenheizzügen wird im Normalbetrieb Starkgas oder Schwachgas verbrannt und so die Verkokungskammer mit der darin eingeschlossenen Kokskohle indirekt beheizt. Bei der Verbrennung in den Koksofenheizzügen entstehen im Flammenbereich unter anderem Stickoxide, wobei die Gleichgewichtsbildungsraten der Stickoxide bei vorgegebenen Sauerstoff- und Stickstoffkonzentrationen in erster Näherung exponentiell mit steigender Temperatur zunehmen. Im Nichtgleichgewicht, welches in der Praxis der Regelfall ist, nehmen die Bildungsraten im übrigen mit der Verweilzeit zu. Die insofern bei der Verbrennung gebildeten Stickoxide werden daher auch thermische Stickoxide genannt. Eine Emission von Stickoxiden stört aus Umweltgründen.
  • Verfahren der eingangs genannten Art sind aus den Dokumenten EP 0 183 908 B1 und EP 0 337 112 B1 bekannt. Im Rahmen dieser bekannten Maßnahmen wird mit einer Abgasrückführung in die Koksofenheizzüge sowie in Verbindung damit mit einer Stufenbeheizung gearbeitet. Dadurch werden eine verkürzte Verweilzeit, eine geringere Sauerstoffkonzentration, sowie eine niedrigere Flammentemperatur eingestellt und so die Stickoxidkonzentration im Abgas reduziert. Diese bekannten Verfahren arbeiten grundsätzlich zufriedenstellend, sind jedoch sehr aufwendig und führen zudem zu einer verringerten Verkokungsleistung des Koksofens aufgrund der reduzierten Heizflächenleistung. Als Heizflächenleistung ist die je m2 beheizter Kammerwandfläche in der Zeiteinheit verkokte Kokskohlenmenge bezeichnet.
  • Der Erfindung liegt demgegenüber das technische Problem zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines Koksofens anzugeben, welches umweltfreundlich und dennoch mit hoher Verkokungsleistung arbeitet.
  • Zur Lösung dieses technischen Problems lehrt die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Koksofens mit Verkokungskammern und beidseitig der Verkokungskammern angeordneten Koksofenheizzügen zur indirekten Beheizung der Verkokungskammer, wobei die heizzugseitigen Wände der Koksofenheizzüge zumindest zum Teil mit einer Hochemissionsbeschichtung aus zumindest einer Schicht mit einem Stoff der Gruppe "CrO3, Fe2O3, SiC" oder Mischungen davon versehen sind, und wobei die Verbrennung in den Koksofenheizzügen mit der Maßgabe eingestellt wird, daß die Heizflächenleistung gegenüber der Heizflächenleistung der Koksofenheizzüge ohne Hochemissionsbeschichtung praktisch gleich ist und daß die Stickoxidemission gegenüber der Stickoxidemission der Koksofenheizzüge ohne Hochemissionsbeschichtung reduziert ist. - Hochemissionsbeschichtung meint eine Beschichtung, deren Oberfläche einen gegenüber den spektralen Emissionsgraden üblicher Koksofenbaustoffen erhöhten spektralen Emissionsgrad aufweist. Die üblichen Koksofenbaustoffe haben im relevanten Wellenlängenbereich in der Regel spektrale Emissionsgrade von erheblich weniger als 0,7. Die Erfindung nutzt die an sich bekannte Erkenntnis, daß Oberflächen mit hohen spektralen Emissionsgraden die Kinetik des Wärmetransports durch bessere Absorption von Strahlung im IR-Bereich verbessern können. Dabei wird erfindungsgemäß allerdings so gearbeitet, daß die verbesserte Kinetik des Wärmetransports aus den Heizzügen in die Verkokungskammer dazu genutzt wird, um mit verringerter Temperatur in den Heizzügen, insbesondere mit verringerter Flammentemperatur, eine unverändert hohe Heizflächenleistung aufrechtzuerhalten. Das erfindungsgemäße Verfahren ist aufgrund der absolut verringerten Stickoxidemission besonders umweltfreundlich. Zur verbesserten Umweltfreundlichkeit trägt kumulativ bei, daß durch die Absenkung der Flammentemperatur zudem Brenngas eingespart und folglich der Kohlendioxid-Ausstoß reduziert wird. Die Brenngaseinsparung ergibt sich aus der abgesenkten Flammentemperatur, da bei niedrigeren Temperaturen Verluste geringer sind. Trotz der verbesserten Umweltfreundlichkeit arbeitet das erfindungsgemäße Verfahren zumindest ebenso wirtschaftlich wie klassische Verfahren ohne Umweltschutzmaßnahmen.
  • Die heizzugseitigen Wände der Koksofenheizzüge können unschwer mit der Hochemissionsbeschichtung ausgestattet werden. So kann eine Wand mit einer vorzugsweise wässrigen Aufschlämmung aus zumindest einem Stoff der genannten Gruppe, gegebenenfalls mit Binder, in einem oder in mehreren Spritzauftragsverfahrensschritten überzogen werden. Während des Anheizvorgangs des Koksofens findet dann ein Sinterprozeß statt, wodurch eine gleichmäßige und mechanisch sowie thermisch belastbare und mit der Wand innig verbundenen Hochemissionsbeschichtung entsteht. Ist der Koksofen noch nicht errichtet, so können alternativ hierzu die Baustoffe bereits fabrikmäßig mit der Hochemissionsbeschichtung ausgestattet sein.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird so gearbeitet, daß die Hochemissionsbeschichtung einen spektralen Emissionsgrad im Wellenlängenbereich von 1 µm bis 7,4 µm und bei einer Oberflächentemperatur der Hochemissionsbeschichtung zwischen 800° C und 1400° C von mehr als 0,7, vorzugsweise von mehr als 0,9, aufweist. Vorzugsweise wird die Stickoxidemission der Koksofenheizzüge gegenüber der Stickoxidemission der Koksofenheizzüge ohne Hochemissionsbeschichtung um mehr als 5 %, vorzugsweise um mehr als 10 %, höchstvorzugsweise um mehr als 40 %, reduziert.
  • Gegenstand der Erfindung ist auch ein Koksofen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit zumindest einer Verkokungskammer und mit beidseitig der Verkokungskammer angeordneten vertikalen Koksofenheizzügen zur indirekten Beheizung der Verkokungskammer durch Verbrennung von Starkgas oder Schwachgas, wobei die Koksofenheizzüge mit Wänden aus einem üblichen Hochtemperaturwerkstoff ausgestattet sind und wobei die heizzugseitigen Wände der Koksofenheizzüge zumindest zum Teil mit einer Hochemissionsbeschichtung aus zumindest einer Schicht mit einem Stoff der Gruppe "CrO3, Fe2O3, SiC" oder Mischungen davon versehen sind. Dabei kann der Hochtemperaturwerkstoff ein üblicherweise genutzter Feuerfestbaustoff sein.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Koksofen so ausgebildet, daß die heizzugseitigen Wände der Koksofenheizzüge lediglich teilweise mit der Hochemissionsbeschichtung versehen sind, wobei die Anordnung der Hochemissionsbeschichtung mit der Maßgabe gewählt ist, daß die Heizflächenleistung über die gesamte Fläche der Wände praktisch gleichförmig ist. In dieser Ausführungsform ist gewährleistet, daß einerseits hinsichtlich der Bildung von thermischen Stickoxiden störend hohe Spitzentemperaturen reduzierbar sind, und daß andererseits eine Homogenisierung der vertikalen Temperaturverteilung in den Wänden der Koksofenheizzüge stattfindet. Eine insofern vergleichmäßigte Temperaturverteilung führt zu einem gleichmäßigeren Umsatz der Kokskohle zum Endprodukt. Falls erforderlich, kann alternativ durch die Anordnung der Hochemissionsbeschichtung ein vorgegebenes Temperaturprofil eingestellt werden.
  • Vorteilhafterweise ist die Oberfläche der Hochemissionsbeschichtung optisch rauh ausgebildet. Optisch rauh meint hierbei, daß die die Rauheit bedingenden Oberflächenstrukturen Dimensionen im Bereich oberhalb der Wellenlänge der zu absorbierenden Strahlung aufweisen. Eine in diesem Sinne optisch rauhe Oberfläche hat einen höheren Emissionsgrad als eine optisch glatte Oberfläche. Testrauhigkeiten lagen bei 30 bis 100 µm. Die Anwendung des Beschichtens führte nicht zur Verringerung der Rauhigkeit bis in den Bereich der Wellenlängen der Strahlung, woraus eine Rauhigkeit größer als 10 µm folgt. Hierdurch können extrem hohe spektrale Emissionsgrade, beispielsweise im Bereich von 0,99, erreicht werden. Die erforderliche Mikrorauheit der Oberfläche ist dadurch einrichtbar, daß mit einer Aufschlämmung aus einem sehr feinkörnigen Stoff der genannten Gruppe bei der Aufbringung der Hochemissionsbeschichtung gearbeitet wird. Zweckmäßigerweise ist die Schichtdicke der Hochemissionsbeschichtung zumindest 150 µm, vorzugsweise im Bereich von 1 bis 3 mm.
  • Untersuchungen haben gezeigt, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Temperatur in den Koksofenheizzügen bei gleichbleibender Heizflächenleistung um 5° C, und sogar um 25° C und mehr, abgesenkt werden kann. Dabei kann die Absenkung in Bereich hoher Verbrennungstemperaturen, d. h. im unmittelbaren Flammenbereich, deutlich höher, beispielsweise bei 40° C, liegen. Eine Absenkung der Temperatur von 5° C führt zu einer Reduktion der Bildungsraten von thermischen Stickoxiden von ca. 5 %. Eine Absenkung von 40° C führt zu einer Halbierung der Bildungsraten von thermischen Stickoxiden. Diese Werte setzen voraus, daß die Verweilzeiten wie üblich gewählt sind und daß folglich der Gleichgewichtszustand für die Bildungsreaktion thermischer Stickoxide nicht eingestellt wird.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Betrieb eines Koksofens mit Verkokungskammern und beidseitig der Verkokungskammern angeordneten Koksofenheizzügen zur indirekten Beheizung der Verkokungskammer,
    wobei die heizzugseitigen Wände der Koksofenheizzüge zumindest zum Teil mit einer Hochemissionsbeschichtung aus zumindest einer Schicht mit einem Stoff der Gruppe "CrO3, Fe2O3, SiC" oder Mischungen davon versehen sind, und
    wobei die Verbrennung in den Koksofenheizzügen mit der Maßgabe eingestellt wird, daß die Heizflächenleistung gegenüber der Heizflächenleistung der Koksofenheizzüge ohne Hochemissionsbeschichtung praktisch gleich ist und daß die Stickoxidemission gegenüber der Stickoxidemission der Koksofenheizzüge ohne Hochemissionsbeschichtung reduziert ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Hochemissionsbeschichtung einen spektralen Emissionsgrad im Wellenlängenbereich von 1 µm bis 7,4 µm und bei einer Oberflächentemperatur der Hochemissionsbeschichtung zwischen 800° C und 1400° C von mehr als 0,7 vorzugsweise von mehr als 0,9 aufweist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Stickoxidemission der Koksofenheizzüge gegenüber der Stickoxidemission von Koksofenheizzügen ohne Hochemissionsbeschichtung um mehr als 5 %, vorzugsweise um mehr als 10 %, höchst vorzugsweise um mehr als 40 %, reduziert ist.
  4. Koksofen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    mit zumindest einer Verkokungskammer und mit beidseitig der Verkokungskammer angeordneten vertikalen Koksofenheizzügen zur indirekten Beheizung der Verkokungskammer durch Verbrennung von Starkgas oder Schwachgas,
    wobei die Koksofenheizzüge mit Wänden aus einem üblichen Hochtemperaturwerkstoff ausgestattet sind und
    wobei die heizzugseitigen Wände der Koksofenheizzüge zumindest zum Teil mit einer Hochemissionsbeschichtung aus zumindest einer Schicht mit einem Stoff der Gruppe "CrO3, Fe2O3, SiC" oder Mischungen davon versehen sind.
  5. Koksofen nach Anspruch 4, wobei der Hochtemperaturwerkstoff ein üblicherweise genutzter feuerfester Baustoff ist.
  6. Koksofen nach Anspruch 4 oder 5, wobei die heizzugseitigen Wände der Koksofenheizzüge lediglich teilweise mit der Hochemissionsbeschichtung versehen sind und wobei die Anordnung der Hochemissionsbeschichtung mit der Maßgabe gewählt ist, daß die Heizflächenleistung über die gesamte Fläche der Wände praktisch gleichförmig ist.
  7. Koksofen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Oberfläche der Hochemissionsbeschichtung optisch rauh ausgebildet ist.
  8. Koksofen nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die Schichtdicke der Hochemissionsbeschichtung zumindest 150 µm, vorzugsweise 1 bis 3 mm, beträgt.
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