EP2041240B1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines kohlekuchens für die verkokung - Google Patents

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EP2041240B1
EP2041240B1 EP07726082.6A EP07726082A EP2041240B1 EP 2041240 B1 EP2041240 B1 EP 2041240B1 EP 07726082 A EP07726082 A EP 07726082A EP 2041240 B1 EP2041240 B1 EP 2041240B1
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EP
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coal
bed
pressing
pulses
hammer
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EP07726082.6A
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Peter Gross
Franz Steiner
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FLSmidth AS
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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
    • C10B45/00—Other details
    • C10B45/02—Devices for producing compact unified coal charges outside the oven

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a coal cake for coking, in which a coal bed is compacted in a mold by pulses and solidified into a block, wherein the pulses via pressing elements, which continuously exert a pressing pressure on the bed of coal during and between the pulses be transferred and an apparatus for performing the method.
  • the DE 31 45 344 A1 describes a method for compacting coking coal, in which acting on a coal bed pile rammers are acted upon by vibrators or the rammer rods are part of a vibrator.
  • the coal charge is compressed in layers by pressing the rammer rods onto the coal and applying them by means of the vibrators.
  • the ramming rods no longer need to be raised several times.
  • fall hammers are used to compress the coal bed.
  • the degree of compaction achieved thereby and the uniformity of the compression are in many cases not sufficient.
  • the strength of the formed coal forming block is often too low to transport it unbreakable and to introduce into a coking oven can.
  • the invention has for its object to provide a further method or a further device of the type mentioned.
  • the coal charge is additionally under compressive stress, thereby solidified and closer to the elastic limit, the proportion of plastic deformation force transferred to the carbon particles during impact is increased, which leads to a high degree of compaction.
  • it comes under pressure to a greater extent to the escape of hygroscopic bound water and bitumen material from the carbon grains. Both the leaked water and the bitumen material act as a binder providing an additional contribution to the strength of the formed coal forming block.
  • the degree of densification increasing shingling processes can also take place between the hammer pulses when the compressive stress in the bed is constantly applied.
  • the size of the pressing force and / or the hammer pulses may be variable, e.g. according to the extent of compression already achieved.
  • the pressing elements completely or almost completely cover at least one side of a cuboid bulk.
  • pressing elements and hammers could act on the bed in different surface areas, transferred in the preferred embodiment of the invention, the pressing elements in addition to the pressing pressure and the hammer pulses on the bed.
  • the hammers strike so on the pressing elements, wherein preferably the mass ratio of pressing element and hammer is selected such that the hammer transmits its momentum completely on the pressing element, which in turn loses its momentum in a largely inelastic shock to the coal bed, the kinetic Energy of the hammer is largely converted into deformation work on the carbon grains of the bed.
  • the hammer may be a hydraulically driven hammer, e.g. used in the construction industry in demolition work to destroy concrete. But it would also be possible to use pneumatic, electric or otherwise driven hammers.
  • the pressing force can be applied to the pressing element, e.g. transmitted via the housing of a hammer device comprising the hammer.
  • the pressing elements including housing can be tracked in accordance with the achieved compaction trackable and beyond to such an extent that by displacement enough space for filling the mold can be created.
  • the method according to the invention and the device according to the invention result in a number of further advantages.
  • the achievable high degree of solidification allows the use of previously unusable types of coal.
  • preheated coal and with additives, in particular binders, mixed coal can be used.
  • the new process opens up more scope to respond to changing charcoal properties.
  • the use of coking process impairing water as a binder can be reduced. Because of the high densification of the coal, which may be due to plastic deformation of the carbon grains on the densification in densest possible ball packing, carbon arising during the coking by cracking processes remains largely in the coal cake and does not adhere to the inner wall of the coking furnace. The carbon content in the coke gas is reduced.
  • the pressing elements can form a, in particular vertical, wall of the mold.
  • a device 2 for receiving a bed 3 of ground coal is arranged on a massive base plate 1 of in Fig. 1 .
  • press punches 4 are each provided with a press plate 5.
  • the press plates 5 abut against the bed 3, covering the free surface of the bed almost completely.
  • the pressing elements 4 are each provided with an in Fig. 2 Hammer housing 28 described closer, the housing 11 is attached to a horizontal bar 6, which can be moved vertically by hydraulic cylinder 7 and via a generated by hydraulic cylinder 7 pressing force on the pressing elements 4 is transferable.
  • the hydraulic cylinders 7 are connected at 8 with a horizontal leg 9 of an attached to the base plate 1 tenter 10.
  • a firing pin 13 is guided in a socket part 12 of the housing 11, the housing 11 facing away from the end of a loose connected to the pressing plate 5 approach 14.
  • a rotationally symmetrical interior 15 of the housing 11 into the housing 11 is an annular projection 16 which engages behind an associated with the firing pin 13 annular projection 17, so that on the annular protrusions, the pressing force from the housing 11 on the firing pin 13, which is part of the pressing element forms, and thus on the press plate 5 is transferable.
  • a head 18 of the firing pin 13 is arranged, on which a hammer pin 19 of the hammer device 28 which is coaxial with the firing pin 13 can strike.
  • the in a guide 20 according to arrow 21 movable back and forth hammer pin 19 is connected to a hydraulic drive cylinder, not shown in connection.
  • Fig. 3 differs from the preceding embodiment in that an impulse and Pressbeetzung a bed 3a is not in the vertical but horizontal direction.
  • a vertical base plate 1 a high mass and pressing plates 5 a form side walls of the bulk receiving a form 3a.
  • striker pins 13a acting on the presser plates 5a can be acted on by hammer pins (not shown).
  • Support structures 22 and 23 are each anchored in the ground and connected at their top by a tie rod 24 together.
  • the unit of pressing elements 4a, hammers 28a and beams 6a, which is reinforced by a further vertical support 25, can be moved via rollers 26 on a bottom plate 27, which also closes down the mold space receiving the bed 3a.
  • the horizontal width of the bed 3a in the pressing direction is about 0.5 m. With this width, a homogeneous compaction over the entire bulk volume can be achieved. The preparation of the coal forming block requires only a single batch operation.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kohlekuchens für die Verkokung, bei dem eine Kohleschüttung in einer Form durch Impulse verdichtet und zu einem Block verfestigt wird, wobei die Impulse über Presselemente, die kontinuierlich während und zwischen den Impulsen einen Pressdruck auf die Kohleschüttung ausüben, übertragen werden sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Aus der DE 30 21 813 A1 gehen ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung zur Herstellung eines Kohlekuchens hervor, bei dem bzw. der zur Verdichtung einer Kohleschüttung Verdichtereinheiten auf die Schüttung aufgesetzt und die Kohleschüttung periodisch einem statischen Vordruck ausgesetzt werden, der mit durch hydraulische Impulsgeneratoren erzeugten Druckschwingungen überlagert wird.
  • Die DE 31 45 344 A1 beschreibt ein Verfahren zum Verdichten von Kokskohle, bei dem auf eine Kohleschüttung wirkende Stampferstangen über Rüttler beaufschlagbar sind oder die Stampferstangen Teil eines Rüttlers sind. Die Kohleschüttung wird schichtweise zusammengedrückt, indem die Stampferstangen auf die Kohle drücken und mittels der Rüttler beaufschlagt werden. Zur Verdichtung der Kohle müssen die Stampferstangen nicht mehr mehrfach angehoben werden.
  • Ein weiteres Verfahren zur Verdichtung von Kohle ist aus der RAMMING OF A COAL CHARGE AND OUTLOOK FOR ITS USE IN THE USSR, BRAUN N V ET AL; COKE CHEM (USSR) 1987, Nr. 4, 1987, Seiten 1-7, bekannt.
  • In einem durch Benutzung bekannten Verfahren werden zur Verdichtung der Kohleschüttung Fallhämmer eingesetzt. Der hierdurch erzielte Verdichtungsgrad und die Gleichmäßigkeit der Verdichtung sind in vielen Fällen nicht ausreichend. Insbesondere ist die Festigkeit des gebildeten Kohleformblocks oft zu gering, um ihn bruchsicher transportieren und in einen Verkokungsofen einführen zu können.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein weiteres Verfahren bzw. eine weitere Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Impulse durch Schläge über die Presselemente auf die Kohleschüttung einwirkender Hämmer erzeugt werden.
  • Die Hauptursache für die mangelnde Verdichtung und Verfestigung im Verfahren nach dem Stand der Technik liegt in der geringen Festigkeit sowie auch einer gewissen Elastizität der Kohleschüttung. Die kinetische Energie der Hämmer wird bei der Wechselwirkung mit der Kohleschüttung daher nur zum Teil zur Verformung der Kohlekörner und damit zur Verdichtung der Schüttung genutzt. Infolge eines elastischen Stoßanteils behält der Hammer einen beachtlichen Teil seiner kinetischen Energie und springt zurück.
  • Indem die Kohleschüttung erfindungsgemäß zusätzlich unter Druckspannung steht, dadurch verfestigt und näher an der Elastizitätsgrenze ist, erhöht sich der beim Stoß übertragene Anteil plastischer, an den Kohlekörnern geleisteter Verformungsarbeit, was zu einem hohen Verdichtungsgrad führt. Insbesondere kommt es unter Druckspannung in verstärktem Maße zum Austritt von hygroskopisch gebundenem Wasser und Bitumenmaterial aus den Kohlekörnern. Sowohl das ausgetretene Wasser als auch das Bitumenmaterial wirken als Bindemittel, das einen zusätzlichen Beitrag zur Festigkeit des gebildeten Kohleformblocks liefert.
  • Da die Pressung kontinuierlich während und zwischen den Übertragungen der Hammerimpulse erfolgt, können bei ständig anliegender Druckspannung in der Schüttung auch zwischen den Hammerimpulsen den Verdichtungsgrad erhöhende Umschichtungsvorgänge ablaufen.
  • Die Größe der Presskraft oder/und der Hammerimpulse kann veränderbar sein, z.B. entsprechend dem Ausmaß der bereits erreichten Verdichtung.
  • Während es möglich ist, die Presskraft über eine einzige, an verschiedenen Stellen durch Hämmer beaufschlagte Pressplatte auszuüben, sind in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mehrere, ggf. eine Pressplatte umfassende Presselemente vorgesehen.
  • Vorzugsweise decken die Presselemente wenigstens eine Seite einer quaderförmigen Schüttung vollständig oder nahezu vollständig ab.
  • Während Presselemente und Hämmer in unterschiedlichen Oberflächenbereichen auf die Schüttung einwirken könnten, übertragen in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Presselemente neben dem Pressdruck auch die Hammerimpulse auf die Schüttung.
  • Die Hämmer schlagen also auf die Presselemente auf, wobei vorzugsweise das Massenverhältnis von Presselement und Hammer derart gewählt ist, dass der Hammer seinen Impuls vollständig auf das Presselement überträgt, welches dann seinerseits in einem weitgehend unelastischen Stoß seinen Impuls an die Kohleschüttung verliert, wobei die kinetische Energie des Hammers weitgehend in Verformarbeit an den Kohlekörnern der Schüttung umgewandelt wird.
  • Bei dem Hammer kann es sich um einen hydraulisch angetriebenen Hammer handeln, wie er z.B. in der Bauindustrie bei Abrissarbeiten zum Zerstören von Beton verwendet wird. Möglich wäre aber auch der Einsatz pneumatischer, elektrischer oder in anderer Weise angetriebener Hämmer.
  • Die Presskraft lässt sich auf das Presselement z.B. über das Gehäuse einer den Hammer umfassenden Hammereinrichtung übertragen.
  • Die Presselemente einschließlich Gehäuse können entsprechend der erreichten Verdichtung nachführbar und darüber hinaus in solchem Umfang beweglich sein, dass durch Verschiebung genügend Platz zum Füllen der Form geschaffen werden kann.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung ergibt sich eine Reihe weiterer Vorteile. Der erreichbare hohe Verfestigungsgrad erlaubt den Einsatz bisher nicht verwendbarer Kohlesorten. Insbesondere können vorerhitzte Kohle und mit Additiven, insbesondere Bindemitteln, gemischte Kohle eingesetzt werden. Das neue Verfahren eröffnet größere Spielräume, um auf sich ändernde Eigenschaften der Einsatzkohle zu reagieren. Die Verwendung den Verkokungsprozess beeinträchtigenden Wassers als Bindemittel lässt sich reduzieren. Wegen der hohen Verdichtung der Kohle, welche infolge plastischer Verformung der Kohlekörner über die Verdichtung in einer dichtest möglichen Kugelpackung hinausgehen kann, verbleibt während der Verkokung durch Crackprozesse entstehender Kohlenstoff größtenteils im Kohlekuchen und lagert sich nicht nachteilig an der Innenwand des Verkokungsofens an. Der Kohlenstoffanteil im Koksgas ist verringert.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die Presselemente eine, insbesondere vertikale, Wand der Form bilden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der beiliegenden, sich auf diese Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zur Herstellung eines Kohlekuchens nach der Erfindung,
    Fig. 2
    einen Teil der Vorrichtung von Fig. 1, und
    Fig. 3
    ein zweites Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung nach der Erfindung.
  • Auf einer massiven Basisplatte 1 der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung ist eine Form 2 für die Aufnahme einer Schüttung 3 aus gemahlener Kohle angeordnet. Über der kastenförmigen, nach oben offenen Form 2 sind Pressstempel 4 mit je einer Pressplatte 5 vorgesehen. In dem gezeigten Zustand der Vorrichtung liegen die Pressplatten 5 gegen die Schüttung 3 an, wobei sie die freie Oberfläche der Schüttung nahezu vollständig abdecken.
  • In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Presselemente 4 jeweils mit einer in Fig. 2 näher beschriebenen Hammereinrichtung 28 verbunden, deren Gehäuse 11 an einem horizontalen Balken 6 angebracht ist, welcher sich durch Hydraulikzylinder 7 vertikal verfahren lässt und über den eine durch Hydraulikzylinder 7 erzeugte Presskraft auf die Presselemente 4 übertragbar ist. Die Hydraulikzylinder 7 sind bei 8 mit einem horizontalen Schenkel 9 eines an der Basisplatte 1 angebrachten Spannrahmens 10 verbunden.
  • Wie insbesondere aus Fig. 2 hervorgeht, ist in einem Buchsenteil 12 des Gehäuses 11 ein Schlagbolzen 13 geführt, dessen dem Gehäuse 11 abgewandtes Ende lose gegen einen mit der Pressplatte 5 verbundenen Ansatz 14 anliegt. In einen rotationssymmetrischen Innenraum 15 des Gehäuses 11 hinein steht vom Gehäuse 11 ein Ringvorsprung 16 vor, welcher einen mit dem Schlagbolzen 13 verbundenen Ringvorsprung 17 hintergreift, so dass über die Ringvorsprünge die Presskraft vom Gehäuse 11 auf den Schlagbolzen 13, der einen Teil des Presselements 4 bildet, und damit auf die Pressplatte 5 übertragbar ist.
  • In einem oberen Teil des Innenraums 15 ist ein Kopf 18 des Schlagbolzens 13 angeordnet, auf welchen ein zum Schlagbolzen 13 koaxialer Hammerbolzen 19 der Hammereinrichtung 28 aufschlagen kann. Der in einer Führung 20 gemäß Pfeil 21 hin und her bewegbare Hammerbolzen 19 steht mit einem nicht gezeigten hydraulischen Antriebszylinder in Verbindung.
  • Zur Herstellung eines Kohlekuchens wird gemahlene Einsatzkohle in die Form 2 geschüttet, wobei je nach Höhe des herzustellenden Kohleblocks die Einfüllung und Bearbeitung der Schüttung 3 lagenweise oder in einem einzigen Arbeitsgang erfolgen kann. Auf die freie Oberfläche der Schüttung 3 werden die Presselemente 4 aufgesetzt und mit Hilfe der Hydraulikzylinder 7 wird eine Presskraft erzeugt, welche der Balken 6 auf alle Gehäuse 11 und die Gehäuse 11 über die Schlagbolzen 13 auf die Pressplatten 5 übertragen. Neben der kontinuierlichen Beaufschlagung durch die Presskraft erfolgt impulsweise eine Bearbeitung der Schüttung durch die Hammerbolzen 19, welche jeweils ihren Impuls im Rahmen eines elastischen Stoßes weitgehend auf die den Schlagbolzen 13 und die Pressplatten 5 umfassenden Presselemente 4 übertragen. Die Presselemente 4 geben den übernommenen Impuls im Rahmen eines weitgehend inelastischen Stoßes an die Schüttung 3 ab.
  • Durch die Kombination von Impulsbeaufschlagung und kontinuierlicher Pressung der Schüttung wird eine hohe Verdichtung erreicht, und es entsteht ein stabiler Kohlekuchenblock.
  • Es wird nun auf Fig. 3 Bezug genommen, wo gleiche oder gleichwirkende Teile mit derselben Bezugszahl wie in Fig. 1 und 2 bezeichnet sind, wobei der betreffenden Bezugszahl der Buchstabe a beigefügt ist.
  • Das Ausführungsbeispiel von Fig. 3 unterscheidet sich von dem vorangehenden Ausführungsbeispiel dadurch, dass eine Impuls- und Pressbeaufschlagung einer Schüttung 3a nicht in vertikaler sondern horizontaler Richtung erfolgt. Eine vertikale Basisplatte 1 a hoher Masse und Pressplatten 5a bilden Seitenwände einer die Schüttung 3a aufnehmenden Form.
  • Wie bei dem vorangehenden Ausführungsbeispiel sind auf die Pressplatten 5a einwirkende Schlagbolzen 13a durch nicht gezeigte Hammerbolzen beaufschlagbar.
  • Stützkonstruktionen 22 und 23 sind jeweils im Boden verankert und an ihrer Oberseite durch einen Zuganker 24 miteinander verbunden.
  • Die Einheit aus Presselementen 4a, Hammereinrichtungen 28a und Balken 6a, die durch einen weiteren vertikalen Träger 25 verstärkt ist, lässt sich über Rollen 26 auf einer Bodenplatte 27, welche auch den die Schüttung 3a aufnehmenden Formraum nach unten abschließt, bewegen.
  • In dem gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt die horizontale Breite der Schüttung 3a in Pressrichtung etwa 0,5 m. Bei dieser Breite lässt sich eine homogene Verdichtung über das gesamte Schüttungsvolumen erreichen. Die Herstellung des Kohleformblocks bedarf nur eines einzigen Schüttungsarbeitsgangs.

Claims (11)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Kohlekuchens für die Verkokung, bei dem eine Kohleschüttung (3) in einer Form (2) durch Impulse verdichtet und zu einem Block verfestigt wird, wobei die Impulse über Presselemente (4), die kontinuierlich während und zwischen den Impulsen einen Pressdruck auf die Kohleschüttung (3) ausüben, übertragen werden,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Impulse durch Schläge über die Presselemente (4) auf die Kohleschüttung (3) einwirkender Hämmer (19) erzeugt werden.
  2. Vorrichtung zur Herstellung eines Kohlekuchens für die Verkokung, mit einer Form (2) zur Aufnahme einer Kohleschüttung (3) sowie Presselementen (4), die zur Übertragung von Impulsen auf die Kohleschüttung (3), mittels derer sich die Kohleschüttung (3) verdichten und zu einem Block verfestigen lässt, und zur kontinuierlichen Pressung der Kohleschüttung (3) während und zwischen den Impulsen vorgesehen sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Vorrichtung zur Erzeugung der Impulse Hämmer (19) aufweist, die durch Schläge über die Presselement (4) auf die Kohleschüttung (3) einwirken.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Größe des Pressdrucks oder/und der Hammerimpulse veränderbar ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Presseinrichtungen (4-10,28) mehrere gegen die Kohleschüttung (3) anliegende Presselemente (4) aufweisen.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Presselemente (4) gegen die Kohleschüttung (3) anliegende Pressplatten (5) umfassen.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Presselemente (4;4a) wenigstens eine Seite einer quaderförmigen Kohleschüttung (3;3a) vollständig oder annähernd vollständig abdecken.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass jedem Presselement (4) ein Hammer (19) zugeordnet ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Masseverhältnis von Presselement (4) und Hammer (19) derart gewählt ist, dass der Hammer (19) seinen Impuls jeweils vollständig auf das Presselement (4) überträgt.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Presskraft auf das Presselement (4) über ein Gehäuse (11) einer den Hammer (19) aufweisenden Hammereinrichtung (28) übertragbar ist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Hämmer (19) hydraulisch angetrieben sind.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Pressstempel (4a) eine, insbesondere vertikale, Wand der Form (2a) bilden.
EP07726082.6A 2006-06-27 2007-06-20 Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines kohlekuchens für die verkokung Not-in-force EP2041240B1 (de)

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