EP3966298A1 - Koksofenvorrichtung zum herstellen von koks und verfahren zum betreiben der koksofenvorrichtung sowie verwendung - Google Patents

Koksofenvorrichtung zum herstellen von koks und verfahren zum betreiben der koksofenvorrichtung sowie verwendung

Info

Publication number
EP3966298A1
EP3966298A1 EP20723808.0A EP20723808A EP3966298A1 EP 3966298 A1 EP3966298 A1 EP 3966298A1 EP 20723808 A EP20723808 A EP 20723808A EP 3966298 A1 EP3966298 A1 EP 3966298A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heating
mixed gas
coke oven
combustion air
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20723808.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ronald Kim
Rafal Grzegorz Buczynski
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 AG
ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Original Assignee
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp AG, ThyssenKrupp Industrial Solutions AG filed Critical ThyssenKrupp AG
Publication of EP3966298A1 publication Critical patent/EP3966298A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

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
    • 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
    • C10B21/00—Heating of coke ovens with combustible gases
    • C10B21/10—Regulating and controlling the combustion
    • C10B21/18—Recirculating the flue gases
    • 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
    • C10B5/00—Coke ovens with horizontal chambers
    • C10B5/02—Coke ovens with horizontal chambers with vertical heating flues

Definitions

  • Coke oven device for producing coke and method for operating the coke oven device and use
  • the invention relates to a device and a method for producing coke with minimized NOx emissions and corresponding uses.
  • the invention relates to a device and a method according to the preamble of the respective independent claim.
  • Nitrogen oxides are released, in particular, by the flue gas specially generated during the combustion of coke oven gas, in particular from a nozzle stone temperature (i.e. a temperature in the exhaust-gas-carrying heating duct on the floor) of approx. 1,250 ° C; this is referred to as the so-called thermal NOx formation.
  • the thermal NOx formation is further promoted or increased exponentially with increasing temperatures, so that the emission of nitrogen oxides is largely determined by the thermal operating conditions of the coke oven in the respective load state. It is therefore also sufficiently known that, in particular in the vertical, flue gas-carrying heating flues of the coke oven, the NOx emissions can be influenced by setting or regulating a specific temperature regime.
  • a furnace operator therefore endeavors or is forced by environmental specifications to keep the temperature in the exhaust gas-carrying heating duct as low as possible, in particular not to rise above 1,250 ° C to let.
  • significantly higher process temperatures in the range of 1,250 to 1,320 ° C have become established in plant practice worldwide, as a compromise for not only ecological, but also economical plant operation.
  • Coke ovens can be subdivided into vertical chamber ovens and horizontal chamber ovens, in particular with regard to the direction in which the coke is pushed out.
  • horizontal chamber furnaces coking takes place in batches: After coking, the coke is expressed in a horizontal direction (batch operation).
  • vertical chamber furnaces the coal is continuously fed in and out vertically (Conti operation).
  • the present invention particularly relates to horizontal chamber furnaces.
  • Coke ovens are optionally heated by a mixed gas generated from blast furnace top and coke oven gas or by pure coke oven gas (coke oven gas heating usually in less than 10% of the annual operating time).
  • Blast furnace gases are produced during iron ore smelting processes in blast furnaces and are also referred to as "low calorific value” gases, as they typically have only a low heat content (lower calorific values between 2,700 and 3,800 kJ / Nm3). Blast furnace gases are comparatively inexpensive.
  • Coke oven gases are during the Coking process in coke ovens and have high heat contents (lower calorific values between 15,900 and 19,500 KJ / Nm3). They are therefore also referred to as "strong gases”. Coke oven gases are comparatively expensive.
  • both types of gas are usually used in practice in such a way that they are mixed beforehand in a ratio of 87 to 97% by volume of blast furnace gas to 3 to 13% coke oven gas and fed to the coke ovens for combustion. This mixed gas is usually used more than 90% of the year as heating gas in the coke ovens.
  • Other types of gas which are sometimes added as alternative components to the starting gas types (blast furnace gas, coke oven gas) (the resulting gas mixture is usually referred to as “coke oven mixed gas”), are known as “converter gas” or “generator gas”.
  • Converter gases mostly come from the steel-making industry.
  • “Generator gases” are generated in many branches of industry, mostly in coal-processing processes.
  • the present invention relates primarily to the use of mixed gases in the narrower sense, that is to say mixed gas without a predefined proportion of “converter gas” or “generator gas”.
  • the oven chambers of the coke ovens described above usually (situation in 2018) have a height in the range of 4 to 8.5 m, the preferred height of the oven chambers or heating channels also being determined by the operating mode.
  • the height has an influence on the pressure difference that is established in the heating duct. If a large pressure difference is required, a large height must be selected.
  • the temperature gradient should, if possible, be significantly smaller than 40K or 40 ° C, in particular at a temperature in the furnace chamber in the range from 1,000 to 1,100 ° C. Such a small temperature gradient also favors optimal coke quality.
  • a temperature maximum well above the average temperature would promote thermal NOx formation.
  • a coke oven can then be operated with a particularly optimal compromise between high output and low NOx emissions, if the temperature distribution is very homogeneous and if the temperature in the entire furnace chamber remains just below the temperature from which thermal NOx formation occurs or is fanned exponentially.
  • Design variations are associated with great effort in coke oven construction.
  • the effects of individual optimization measures must be predictable as cost-effectively as possible before the measures can be implemented in furnace construction.
  • the simulation of operating states is a useful tool to better assess the effects of individual optimization measures.
  • a coke oven is a comparatively complex system, so that even purely computer-aided simulations require a corresponding effort.
  • a new design with a new type of gas routing can mean a computational effort (even with the technological possibilities in 2018) of several weeks per calculation, so that even with purely electronic / computer-aided simulations a Workload of several years (e.g. with over 100 required variations) may arise.
  • Measures that have so far been tried and tested directly on the coke oven or on its structural design, which should also be effective in the performance-optimized operating mode, are usually the internal pressure difference-driven or temperature and density differences-driven flue gas return from the downward into the upward flow of the heating flue (internal circulation of a partial volume flow of the Flue gas, so-called circulating flow), and / or the gradation of the combustion air, i.e. the introduction of combustion gas from partition walls or binder walls in different height positions into the heating flues.
  • the grading of the combustion air takes place in particular with regard to the following criteria: the maximum
  • Gas collecting space temperature in the adjacent furnace chamber above the coal charge must / should e.g. be less than 820 ° C; the ceiling surface temperature must e.g. be less than or equal to 65 ° C if possible; the temperature difference inside the furnace chamber wall must e.g. be less than or equal to 40K, in particular between the height positions 500mm above the furnace base / burner level and 500mm below the upper edge of the furnace chamber.
  • Circulating current (partially at only one end of the heating channel or completely in a circle) is usually implemented in so-called twin heating flues.
  • Heating flues or heating ducts arranged in pairs next to each other, especially in a vertical orientation, are coupled to one another in that the gas from the flamed heating duct is returned to the non-flaming heating duct, be it only at an upper / lower reversal point, or be it both above and below below.
  • approximately 24 to 48 heating channels can be provided in a row next to one another, i.e. approximately 12 to 24 pairs of twins, as seen in the push-out direction.
  • An optionally realizable circulating current can develop autonomously due to the pressure differences, i.e. solely due to temperature and density differences in the two respective twin heating flues, i.e. without additional active flow control or support.
  • Constructive design variations are also limited by the sensitive (thermal) equilibrium, which has to be achieved by means of pressure differences.
  • the mean nozzle stone temperature In heating ducts in pairs (twin heating flues), the mean nozzle stone temperature must be controlled or limited, and must be kept at a moderate level (e.g. at a temperature of more than 2000 ° C for high-gas heating, below 2000 ° C for mixed gas heating) in particular by lowering the local flame temperature a nozzle stone temperature of 1240 to 1300 ° C). Effect: control of NOx emissions.
  • the flame temperature with mixed gas heating is e.g. in a range from 1,500 to 1,700 ° C, in particular at about 1,600 ° C.
  • the following arrangement (height position) of a lower passage between paired heating channels can be mentioned: between 0mm (i.e. directly at the level of the burner level) to 300mm above the burner level.
  • the cross-sectional area of the passage is usually specified by a layer height (or width of the layer) of approx. 110 mm to 150 mm.
  • the lower passage can be closed in the arrangement on the floor by means of a roller, which can be rolled on the burner level in front of the passage.
  • the passage is advantageously realized by means of a recess in a wall layer (gap or missing stone). Insofar as a single passage is mentioned in the present description a pair of passages can also be meant, which are arranged in pairs in the same height position.
  • the burner level is to be understood as the level at which the
  • the inlet of the inlets into the heating flue is structurally provided, and based on which height level a height variation can optionally be realized within certain limits by means of extended inlet nozzles, in particular up to 1,000mm above the burner level.
  • extended inlet nozzles in particular up to 1,000mm above the burner level.
  • This can be distinguished from furnace types which are referred to as step gas furnaces, and in which at least one inlet is only provided at a height well over 1,000 mm above the burner level.
  • Passages can also be arranged up to a height of 1,000mm above the burner level.
  • Passages can also be arranged below the burner level, in particular up to 500mm below the burner level.
  • An example of this arrangement of twin heating flues with circulating current is the so-called Combiflame heating system, which has been established since the late 1980s.
  • the combustion can also be staggered in that gas or air is fed into the respective heating flue via at least one step air duct in at least one height position above the burner level (floor), or the same Exhaust gas is discharged.
  • the staged combustion can be combined with the circulating current flow.
  • the structural design of the coke oven and the associated stability of the coke oven are of great relevance, especially the structural design of the individual Walls of a respective furnace chamber and the respective heating flue (rotor walls, partition walls).
  • Small measures on the structural design can have major effects on the temperature equilibrium and the coking process.
  • each measure may also have very disadvantageous side effects to be avoided, for example on the statics of the heating walls, on the flow resistance, or the flow velocities and temperature profiles that ultimately arise. It is therefore to be expected that changes to the structure described in more detail below can only be made within a narrow tolerance range.
  • the equilibrium of the gas mixture is also disturbed as a result; in particular, only an insufficiently high amount of air is available for additional gas quantities to be burned in the heating duct.
  • Different filling times for example each offset by several hours, also lead to different lateral forces in the respective walls in the adjacent furnace chambers.
  • the stability of the furnace is therefore also important for the previously described measures necessary to reduce emissions are a high priority.
  • High stability is usually achieved by a tongue and groove arrangement of the stones.
  • This construction which is very flexible at the same time, is also preferred in terms of tightness in order to avoid bypass flows and pre-combustion. The person skilled in the art has no reason to deviate from a robust construction that is as flexible as possible and at the same time as stable as possible without any particular reason.
  • the furnace chambers are separated from gas-carrying heating channels by rotor walls, in particular on a relatively narrow end face of the respective channel, in particular by two opposing rotor walls extending along the entire respective furnace chamber.
  • the individual heating channels are sealed off from one another by what are known as truss walls (partition walls), which in particular extend orthogonally to the two rotor walls between the rotor walls.
  • a truss wall seals off two ducts from one another, or two truss walls seal off a twin heating duct pair from an adjacent further twin heating duct pair.
  • a respective heating channel is thus delimited by two runner wall sections and two truss walls.
  • a respective heating channel is e.g. approx. 400 to 550mm long or deep (middle to middle).
  • a runner wall thickness is e.g. in the range from 80 to 120mm.
  • a truss wall thickness is e.g. in the range from 120 to 150mm.
  • runner wall has established itself in common parlance. In the present description, this term is used synonymously with the term “partition”, in particular to clarify that a runner wall and a truss wall / partition wall can be produced in the same construction, namely by stones lined up on their narrow sides.
  • the “runner wall” of a horizontal chamber furnace can also be described as a longitudinal wall arranged lengthways in the push-out direction, and the “truss wall” can also be described as a transverse (partition) wall arranged transversely to the push-out direction. Combustion air openings and mixed gas openings are provided on the underside of each heating channel, the function of which can be selected or adjusted depending on the type of heating (mixed gas or coconut oven gas heating).
  • a coke oven gas opening opens into the heating channel at the bottom.
  • a pair of heating channels are coupled to one another via exhaust gas recirculation openings arranged on the underside of the furnace chambers, so that a twin heating duct with circulating current routing is formed.
  • the volume flow through the exhaust gas recirculation openings can optionally be regulated, in particular by means of an adjusting roller arranged on the floor in the burner level and displaceable there.
  • Step gas channels are provided in the truss walls, which feed combustion air (step gas) into the furnace chamber at one or more height positions (air step or truss wall opening).
  • a common ratio of the volume flows introduced into the furnace chamber can be mentioned: approx. 30% through the combustion air inlet on the floor, approx. 30% through the mixed gas inlet on the floor, and approx. 40% through the at least one step gas inlet (binder wall opening). This ratio can also be set for the discharge of the gases from the furnace chamber, depending on the performance requirements.
  • a bypass flow in the form of a heating differential can be formed in order to adapt coking parameters.
  • the bypass flow can be sealed off from the heating flues via a particularly horizontal wall or ceiling, in which ceiling passages are provided that can be covered, for example, by means of slide blocks or adjusted with regard to the cross section.
  • the laid-open specification CN 107033926 A from August 2017 describes an arrangement with twin heating flues with graded introduction of combustion air and with circular flow openings, which are arranged on both sides to the side of the stepped air duct.
  • heating rooms are provided with internals in the form of permeable honeycomb bodies or honeycomb grids or spherical beds, with certain types of flue gas routing being said to be advantageous in some sections.
  • the aim is to improve the flow conditions in the heating rooms, and it is also proposed to supply combustion air at different height positions.
  • the measures described above directly on or in the coke oven or heating flue can be referred to here as primary measures, i.e. measures that are intended to counteract the primary NOx formation mechanisms in the heating flue (in particular internal flue gas recirculation or circulating flow, grading of the combustion air).
  • primary measures i.e. measures that are intended to counteract the primary NOx formation mechanisms in the heating flue (in particular internal flue gas recirculation or circulating flow, grading of the combustion air).
  • the ovens described here are usually operated with self-ignition (especially at over 800 ° C), see above that the corresponding measure for cooling or lowering the gas temperature can only take place under narrow boundary conditions or only in a narrow temperature range, in particular in order to avoid the combustion going out.
  • Patent application DE 40 06 217 A1 can also be mentioned, in which the combination of several measures is described including measures on regenerators in the central part of the furnace and measures for external flue gas circulating flow, with the aim of homogeneous heating conditions and low NOx emissions even with high oven chambers.
  • the present invention is aimed at optimizing coke ovens by measures directly on the coke oven or on its structural design, in particular by measures on the established heating system with heating flues with at least one recirculation opening, in particular with circulating current flow, in particular by possibly the option to create the ability to operate the coke oven in a performance-optimized operating mode without any downstream system components (only internal, primary measures to reduce NOx).
  • measures directly on the coke oven or on its structural design in particular by measures on the established heating system with heating flues with at least one recirculation opening, in particular with circulating current flow, in particular by possibly the option to create the ability to operate the coke oven in a performance-optimized operating mode without any downstream system components (only internal, primary measures to reduce NOx).
  • Previous measures are primarily aimed at lowering the disproportionately high NO formation when heating coke oven gas, i.e. when heating with pure coke oven gas (not with mixed gas) - with mixed gas heating, these measures may tend to be less effective. Many of these measures may even have a negative effect on NOx formation when heating with mixed gas.
  • coking plants are primarily operated by mixed gas heating; It is estimated that mixed gas heating is the dominant heating method in more than 90% of the applications or in more than 90% of the operating time (coke oven gas heating, e.g. only in emergency situations or during maintenance work). Theoretically, the measures aimed at coke oven gas heating should therefore be approx.
  • the object of the invention is to provide a coke oven device and a method for operating the coke oven device, with which NOx emissions can be kept low, especially for mixed gas heating, or can be minimized in existing or new systems even when operating at full load, the coke oven device should enable an advantageously low NOx emission level, preferably without downstream system components.
  • the object is to provide a coke oven device and a method for operating the coke oven device, with which the NOx emissions can be reduced, especially in the case of mixed gas heating, by internal measures in the heating flues, in particular exclusively by internal primary measures.
  • Such measures should preferably only require minimally greater pressure losses, especially for mixed gas heating; In particular, any increases in pressure loss in the furnace that are required by these measures should be in a non-critical range of less than 50 Pa.
  • such measures, especially for mixed gas heating should also be compatible with any measures for coke oven gas heating, or at least not have a particularly negative impact on the operating mode of coke oven gas heating, even if coke oven gas heating only takes place for a small proportion of the annual operating time. This would enable a comparatively flexible mode of operation, i.e. a very variable furnace for a wide range of tasks.
  • a coke oven device for producing coke by coking coal or coal mixtures, at least with mixed gas heating and optionally also with occasional coke oven gas heating, the coke oven device being set up for minimized nitrogen oxide emissions through internal thermal energy compensation by means of the steel mill's own gases (in particular blast furnace gases) and coke oven-own gases G1, G4, G5 by measures internally on the coke oven device, with a large number of twin heating flues each with a heating duct flamed with gas and a heating duct flowing downwards through which exhaust gas flows, which heating ducts are separated from each other in pairs by a partition wall (also known as a binder wall) are sealed off from a respective furnace chamber by two opposing rotor walls, the paired heating ducts fluidically by means of at least one upper coupling passage and also in the middle ls at least one lower coupling passage each for internal exhaust gas recirculation are coupled to one another on at least one circular flow path, with at least one inlet from the following group being provided
  • the combustion air inlet and mixed gas inlet are arranged at a relatively large distance from one another in the y-direction, with a relative Minimum distance with respect to the entire y-extension of the respective heating channel is defined.
  • the minimum distance y1 is, for example, in the range from 60 to 220mm.
  • the distance y2 between opposing partition walls is, for example, in the range from 250 to 400mm.
  • the absolute position of the mixed gas inlet can e.g. can also be defined by a minimum distance to the runner walls in the y-direction, and / or by a minimum distance to the partition walls, in particular e.g. > 10mm between the outer edge of the mixed gas opening and the inner edge of the partition wall (binder wall).
  • the distance between the mixed gas opening and the coke oven gas nozzle (relative position) can be in particular at least 100 mm in the x direction.
  • the arrangement of the coke oven gas inlet is comparatively unimportant; the relative arrangement of the coke oven gas inlet can therefore be varied to a greater or lesser extent depending on the application, be it in the longitudinal and / or in the transverse direction.
  • a sensible compromise then also depends on the expected operating times for the respective type of heating.
  • a distance y1 in the range from 100 to 300 mm is provided.
  • a ratio y1 / y2 in the range between 30 and 60% is selected (or 0.3 and 0.6).
  • the ratio y1 / y2 can also be significantly greater, for example up to 90% (or 0.9).
  • the ratio y1 / y2 is preferably in a middle range below 0.5. This has proven to be advantageous in particular with regard to a temperature distribution in the vertical direction.
  • the x position of the combustion air and mixed gas inlets can in particular be defined in relation to their center points.
  • at least one of the combustion air and mixed gas inlets, in particular its center point can be arranged eccentrically at an x distance greater than a factor of 0.8 of the absolute x extension of the heating channel between opposing rotor walls. This degree of eccentricity in the x-direction can also ensure advantageous primary mixing of the gases before combustion.
  • Gases produced in the steelworks are to be understood in a broader sense as the gases produced in the steelworks, including what is known as converter gas. Strictly speaking, converter gas is not used in pig iron production Assigned to the blast furnace, but rather to the underlying process chain of actual steel production in the steelworks.
  • the term “steel mill's own gases” can in particular also include hydrocarbons or natural gas, in particular as mixture components.
  • a comparatively small ratio y1: y2, in particular below 15%, can be advantageous in particular for rather large systems.
  • the arrangement according to the invention enables e.g. also comparatively moderate flame temperatures with a comparatively high nozzle stone temperature, in particular a flame temperature with mixed gas heating of a maximum of about 1,600 ° C with a nozzle stone temperature of at least 1,300 ° C or 1,320 ° C.
  • the heating flues with the odd number # 1, # 3, # 5, # 7, # 9, ... (n + 2) burn, or after the heating changeover, the even heating flues with the numbers # 2, # 4, # 6, # 8, .... (n + 2).
  • at least one recirculation opening is provided in each binder wall.
  • at least two lower recirculation openings are preferably provided which enclose or delimit or surround the step air duct in the binder wall. It has been shown that by means of the recirculation openings flowing flue gas can at least partially form an inert intermediate layer in the horizontal direction to at least one of the admitted media (gas and / or air).
  • each binder wall there are at least two recirculation openings per layer in each binder wall.
  • a first pair of recirculation openings is preferably located in one of the lowest five truss wall layers.
  • further openings are only provided in the next but one layer above (e.g. vertical layer number 3), which can be arranged in particular parallel (symmetrically) to layer number 1.
  • heating flues number # 1, # 4, # 5, # 8, # 9, ... starting with 1, where n + 3 / n + 1
  • a combustion-inert intermediate layer to at least one of the admitted media can be formed.
  • at least one recirculation opening is provided in every second binder wall.
  • a (in particular comparatively large) individual recirculation opening is provided in the middle of the binder wall.
  • the step air duct and recirculation opening (s) are only located together in the corresponding truss wall.
  • At least one further recirculation opening is preferably provided in at least one of the wall layers located above.
  • the respective arrangement of the at least one recirculation passage can be chosen largely freely.
  • its arrangement can be defined relative to the arrangement of the further inlets.
  • an x-coordinate and / or a z-coordinate can be specified for the arrangement of the center point of the recirculation passage.
  • the (lowermost) recirculation passage is or are the (lowermost) recirculation passages in one Height position less than 2m above the ground.
  • recirculation passages are provided in pairs for each height position, in particular in a symmetrical arrangement with respect to the x-extension of the heating flue.
  • one or two pairs of recirculation passages are arranged in like height positions on the same x-coordinate as at least one of the air and mixed gas inlets.
  • the air and mixed gas inlets can optionally be arranged completely overlapping in the x direction, that is to say without an offset being realized or without the geometrically smaller inlet protruding beyond the geometrically larger inlet in the x direction. Furthermore, it has been shown that the air and mixed gas inlets can optionally also be arranged without any overlap in the x direction, that is to say with such a large offset that an overlap in the x direction cannot be determined.
  • only one of the types of inlets described here is provided for each heating flue, i.e. only one combustion air inlet and only one mixed gas inlet.
  • combustion air can preferably be supplied in stages, in particular for the purpose of two-stage combustion over the entire height of the respective heating flue.
  • Corresponding bulges or inlets for step air can be arranged in an individually optimized manner depending on the application.
  • the ratio y1: y2 is at least 25%. This also enables good distribution or thorough mixing of the gases over the entire extent of the heating channel.
  • the distance y1 is at least 100 mm, for example at least 150 mm, for example 200 to 250 mm. This allows the gas flow paths to be set and regulated more individually.
  • the ratio y1: y2 is at least 35%, in particular a maximum of 50% or a maximum of 60% or a maximum of 70%. It has been shown that, starting from 10% or 15%, the distance y1 can be further increased or also maximized without this having to be associated with noticeable disadvantages with regard to the NOx emissions or with regard to further operating parameters of the furnace. This opens up further constructive degrees of freedom.
  • the distance y1 is at least 150mm or at least 200mm. In this way, an advantageous relative arrangement can be ensured even with comparatively large-volume ovens.
  • the distance y1 is a maximum of 350 mm or a maximum of 375 mm. It has been shown that distances y1 greater than 400 mm could be associated with disadvantages with regard to further process parameters of the furnace. According to the invention, it is recommended to limit the distance to an upper limit below 400mm.
  • the distance y1 is in the range from 200mm to 300mm or in the range from 150mm to 250mm. This range or this distance spectrum has proven to be particularly advantageous in many tests. A more exact distance specification can be defined depending on the overall extent of the furnace or the heating channels.
  • each heating flue of the coke oven device is preferably the same.
  • An analogous construction or symmetrical design with regard to all heating flues also has thermal and structural advantages.
  • a comparatively large ratio y1: y2, in particular over 25% or even over 35% or 40%, can be advantageous in particular in the case of rather small systems.
  • the geometric centers of the inlets of the respective heating flue and of the at least one lower coupling passage, in particular one of several lower coupling passages further away from the combustion air and mixed gas inlet define a triangular or square arrangement (polygonal arrangement), the area of which (A) in plan view is at least 50 cm 2 , in particular at least 200 cm 2 or at least 300 cm 2 or at least 500 cm 2 or at least 700 cm 2 or at least 900 cm 2 , in particular between 1,000 cm 2 and 1,350 cm 2 .
  • This enables a good distribution of material and energy flows largely independent of the individual structural features of the respective furnace. It has been shown that particularly strong effects can be achieved from a surface area of 200 cm 2 . The effects can be further intensified in particular from 300cm 2 or 500cm 2 .
  • the triangular or square arrangement has an area (A) in plan view of a maximum of 2,000 cm 2 , in particular a maximum of 1,800 cm 2 or a maximum of 1,500 cm 2 or a maximum of 1,300 cm 2 or a maximum of 700 cm 2 , in particular between 1,000 cm 2 and 1,300 cm 2 .
  • A area in plan view of a maximum of 2,000 cm 2 , in particular a maximum of 1,800 cm 2 or a maximum of 1,500 cm 2 or a maximum of 1,300 cm 2 or a maximum of 700 cm 2 , in particular between 1,000 cm 2 and 1,300 cm 2 .
  • a surface area of less than 1,500 cm 2 can favor a particularly large number of furnace configurations, but the upper limit can also be greater than 1,500 cm 2, especially in the case of very large or high furnace chambers.
  • the respectively preferred lower / upper limit can also be dependent, for example, on the furnace chamber height, such as in connection with the Description of the figures is explained in more detail.
  • the lower limit for furnace chambers with a height greater than seven (7) meters can be increased by 100 or 200 cm 2 .
  • a relative triangular or square arrangement, with corner points defined by geometric centers of the mixed gas and combustion air inlets and the (more distant) lower recirculation passage (relative position geometry relative to one another) also provides the advantage of the best possible use of the available (combustion) space, in particular such that the mixing ratio of the gases can advantageously be set.
  • an advantageous distribution of the material and energy flows can be ensured with a comparatively large surface area.
  • combustion which is particularly advantageous in the vertical direction (in particular strongly delayed) can be ensured for the usual types of heating (mixed gas or coke oven gas heating).
  • corner points of the triangular arrangement are defined by the geometric centers of the mixed gas and combustion air inlets and by the center of the (more distant) lower recirculation passage, i.e. offset inward with respect to an exit plane from the corresponding partition.
  • the edges of the combustion air inlet and the mixed gas inlet facing the rotor walls are arranged on the respective floor at different distances x1, x2 from at least one of the two opposite rotor walls of the respective twin heating flue, in particular with a difference in distance of at least 10mm or at least 50mm.
  • the offset in the x-direction also enables an additional differentiation with regard to temperature and flow distribution.
  • the distances x1, x2 to the two rotor walls can be set comparatively freely.
  • the respective openings / inlets can also be of different sizes both in the x and in the y direction have a different geometry.
  • the inlets can be offset in the x-direction even with the same cross-section.
  • the cross-sectional area is
  • Combustion air inlet and / or the mixed gas inlet on the respective floor at least 30cm 2 or at least 50cm 2 . This can also further promote a flattening of temperature peaks.
  • the cross-sectional area is
  • Combustion air inlet and / or the mixed gas inlet maximum 500cm 2 or maximum 400cm 2 These comparatively large areas also favor a large-area heat input.
  • the respective inlet cross-sectional area is comparatively large, in particular larger by a factor of 2 to 3 than the usual cross-sectional area contents.
  • the prior art only significantly smaller cross-sectional areas are described, for example in the range from approx. 50 to 100 cm 2 .
  • the aforementioned publication by K. WESSIEPE describes dimensions of 51 mm x 144 mm, i.e. only approx. 75 cm 2 .
  • a connecting opening for the exhaust gas or flue gas flow reversal (passage) can also be designed with a passage area of at least 500 cm 2 . Last but not least, this also enables unwanted ones
  • the cross-sectional geometry of the combustion air inlet and / or the mixed gas inlet is rectangular or elliptical or round.
  • the Geometry can, for example, also be optimized with regard to design specifications or stability aspects. In particular, a further optimization can also be carried out by means of adjustable outlet openings (inlets) for the gases, in particular by means of slide blocks.
  • the cross-sectional area of the combustion air inlet and / or the mixed gas inlet is designed to be adjustable in terms of geometry and / or size on the respective floor, in particular by means of at least one displaceable valve block and / or by means of at least one exchangeable / removable nozzle. This allows further optimizations to be implemented, especially during operation (fine adjustment).
  • the at least one upper recirculation passage coupling the two respective heating channels of a respective twin heating flue in the upper area is set up for the mutual transfer of gases, the recirculation passage having a cross-sectional area of at least 250 cm 2 , in particular of a maximum of 1200 cm 2 or a maximum 1000cm 2 .
  • the paired heating channels are fluidically coupled to one another by means of at least two lower coupling passages, the combustion air inlet being arranged at least approximately in the same x-position as the corresponding lower coupling passage, in particular with the respective center point of the combustion air inlet and the corresponding one Passage in an arrangement on the same x-coordinate.
  • the combustion air inlet and the mixed gas inlet are arranged offset in the x direction with respect to the opposite rotor wall. This variation can promote good mixing. Different geometries and / or cross-sectional areas can also be provided.
  • the ratio x1: y1 or x2: y1 of the distance x1, x2 of the combustion air inlet and / or the mixed gas inlet to the opposite rotor wall is at least 90% and / or a maximum of 290%, in particular between 200% and 250%.
  • the inlets remain comparatively far away from the center in the x direction, at least one of the inlets. This allows the gas distribution to be further differentiated.
  • the combustion air inlet is arranged further inside closer to the opposite rotor wall than the mixed gas inlet (or vice versa), in particular with a difference in distance of at least 10mm or at least 50mm, in particular in an at least approximately central area centrally between the opposite one Runner walls.
  • a difference in distance of at least 10mm or at least 50mm, in particular in an at least approximately central area centrally between the opposite one Runner walls.
  • the combustion air inlets and the mixed gas inlets of a twin heating flue are arranged relative to one another in such a way that a line connecting the inlets is a diagonal or extends at least approximately diagonally through the respective heating channel, in particular a straight diagonal through the center points of the inlets, in particular a diagonal at an angle in the range from 40 ° to 50 ° with respect to the horizontal x-direction, in particular a diagonal running through the corner points between the runner and truss wall.
  • the diagonal configuration can also be characterized by an at least approximately aligned arrangement on a line between diagonally opposite corners.
  • a coke oven device for producing coke by coking coal at least with mixed gas heating, with nitrogen oxide emissions minimized by internal thermal energy balance, with a large number of twin heating ducts with heating ducts in pairs, each of which is delimited from one another by a partition and through two opposing rotor walls are sealed off, with at least one inlet from the following group being provided at the bottom of the respective heating duct: coke oven gas inlet, combustion air inlet, mixed gas inlet;
  • the paired heating channels are fluidically coupled to one another by means of at least one upper coupling passage and also by means of at least two lower coupling passages each for internal exhaust gas recirculation on at least one circular flow path, with the ratio of the distance between the facing edges of the combustion air inlet and the mixed gas at the respective bottom -
  • the inlet to the distance between the inner edges of the partition walls is at least 10%, the distance between the facing edges of the combustion air inlet and the mixed gas inlet being at least 50mm, with
  • a coke oven device for producing coke by coking coal at least with mixed gas heating and with nitrogen oxide emissions minimized by internal thermal energy balancing, with a large number of twin heating flues with heating ducts, each of which is separated from one another in pairs by a partition and by two opposing rotor walls are sealed off, the paired heating channels being fluidically coupled by means of at least one upper coupling passage and also by means of at least one lower coupling passage each for internal exhaust gas recirculation on at least one circular flow path, with at least one inlet in the lower area at the bottom of the respective heating channel the following group is provided: coke oven gas inlet, combustion air inlet, mixed gas inlet; where on the respective floor the ratio y1: y2 of the distance y1 between the facing edges of the combustion air inlet and the mixed gas inlet to the distance y2 of the inner edges of the partition walls is at least 10%, the distance y1 between the facing edges of the combustion air inlet and the mixed gas
  • a coke oven device for producing coke by coking coal or coal mixtures, at least with mixed gas heating and optionally also with occasional coke oven gas heating, the coke oven device being set up for minimized nitrogen oxide emissions through internal thermal energy compensation by means of the steel mill's own gases and coke oven's own gases a multitude of twin heating flues each with a heating duct flamed with gas and a heating duct flowing downwards through the exhaust gas, which heating ducts are separated from each other in pairs by a partition and sealed off from a respective furnace chamber by two opposing rotor walls, the paired heating ducts being fluidically coupled by means of at least one upper coupling Passage and also by means of at least one lower coupling passage each for internal exhaust gas recirculation on at least one circle Trompfad are coupled to each other, with at least one inlet from the following group being provided in the lower area at the bottom of the respective twin heating flue: coke oven gas inlet, combustion air inlet, mixed gas in
  • the recirculation gas is introduced essentially in a vertical direction into the gas-flamed heating channel. Rather, an essentially horizontal inflow direction of the recirculation gas into this gas is known from the general prior art. It is possible that the coupling channel extends below the twin heating flue in such a way that its inlet opening for admitting or receiving the recirculation exhaust gas is formed in the bottom area of the heating channel through which the exhaust gas flows, while its outlet opening for discharging the recirculation exhaust gas in the bottom area of the gas-flamed heating channel is trained.
  • the inlet opening is formed centrally between the central / coupling partition and the outer / partitioning partition lying opposite this central / coupling partition. It is also possible for the outlet opening to be formed centrally between the central / coupling partition and the outer / partitioning partition lying opposite this central / coupling partition.
  • the central / coupling partition has at least one more passage opening or a coupling passage, in particular an upper coupling passage for recirculation of the recirculation gas and is arranged between the two heating channels of the twin heating flue.
  • At least the outlet opening and / or the inlet opening is / are formed decentrally between the central / coupling partition and the outer / partitioning partition opposite this central / coupling partition, in particular closer to the central / coupling partition in the y-direction considered.
  • the inlet opening and / or the outlet opening may be / are formed centrally / centrally between the corresponding rotor walls.
  • a decentralized design is also conceivable.
  • the coupling channel has an inlet opening and / or an outlet opening, the size of which, in particular cross-sectional size, covers a quarter, in particular a third of the bottom area of the exhaust gas-carrying downward flow-through heating channel or of the heating channel flamed with gas.
  • the coupling channel can be designed with a round, oval, angular, in particular rectangular or polygonal cross section.
  • the central building area is a block of refractory material that connects the individual combustion shafts or twin heating flues with the regenerators (air preheating) through ducts.
  • the gas ducts in which fuel gas and air alternately lead from the regenerator up into the twin heating duct, in particular into the heating duct flamed with gas for combustion, as well as exhaust gas from the twin heating duct, in particular from the exhaust-gas conducting downward flow heating duct into the regenerator for evacuation downwards will.
  • the aforementioned object is also achieved according to the invention by a method for operating a coke oven device for producing coke by coking coal or coal mixtures with optimized minimized nitrogen oxide emissions through internal thermal energy compensation by means of gas from the steelworks (blast furnace original gases) and coke oven gases by measures taken internally on the coke oven device at least with mixed gas heating and optionally also with occasional coke oven gas heating, in particular for operating a coke oven device described above, with an internal exhaust gas recirculation on at least one circulating current path in a respective twin heating duct of the coke oven device with a flamed heating channel and an exhaust gas-carrying heating channel by means of at least one coupling passage through a partition the partition is set around, with at least two gases from the following group in the lower area at the bottom of the respective twin heating flue e: coke oven gas, combustion air, mixed gas, the group of admitted gases comprising at least the two gases combustion air and mixed gas; whereby the combustion air and the mixed gas are admitted on flow paths at a distance y1 to each other
  • the cross-sectional area of the combustion air inlet and / or the mixed gas inlet are adjusted with regard to geometry and / or size on the respective floor, in particular by means of at least one slide valve. This enables further optimization.
  • the flame temperature with mixed gas heating is a maximum of 1,700 ° C or a maximum of 1,600 ° C or a maximum of 1,500 ° C, in particular with a nozzle stone temperature of at least 1,300 ° C or at least 1,320 ° C.
  • the device can optionally be operated with regard to maximized output (no strict NOx limit values), or alternatively with regard to minimized NOx emissions. Compared to previously known devices, a higher output can be achieved with a comparatively high NOx emission.
  • the gas flows in the respective heating flue are set in such a way that the ratio of flame temperature to nozzle brick temperature is minimized, in particular at a nozzle brick temperature of at least 1,300 ° C or 1,320 ° C.
  • a minimized ratio can in each case characterize a comparatively homogeneous temperature distribution, with as few or small areas as possible with temperature peaks. This also provides process optimization in terms of output and economy.
  • a bulge in the temperature profile can be homogenized over the height.
  • many constructions have usually had a two-stage temperature profile across the height, each with a comparatively pronounced "belly" or a comparatively blatant uneven distribution.
  • the arrangement according to the invention enables the temperature profile to be flattened, in particular over a large height section of the entire heating flue.
  • the mixed gas and / or the combustion air is / are at least approximately in at the respective bottom by means of the respective inlet let in vertical direction.
  • the mixed gas and / or the combustion air can be admitted in a direction inclined with respect to the vertical at the respective floor by means of the respective inlet.
  • the mixed gas and / or the combustion air can optionally be admitted at the respective bottom with a vortex or with a swirl impulse on at least one spiral flow path. This also enables a fine adjustment of flow paths.
  • the admitted gas (in particular combustion air, mixed gas) and / or the circulating gas is aligned or guided in the horizontal direction, in particular at several height levels, in particular by means of baffles or baffle plates or stones or screens, in particular each made of refractory material.
  • baffles or baffle plates or stones or screens in particular each made of refractory material.
  • the gas (combustion air and / or mixed gas) is admitted by means of the inlets at different height levels, in particular with the mixed gas inlet at a height level above the combustion air inlet, in particular by means of the mixed gas inlet in an arrangement on a base above the Soil. This also enables further influence on the temperature distribution.
  • the above-mentioned object is also achieved according to the invention by a method for operating a coke oven device for producing coke by coking coal or coal mixtures with optimized minimized nitrogen oxide emissions through internal thermal energy compensation by means of steel mill's own gases and coke oven's own gases by measures internal to the coke oven device at least with mixed gas heating and optionally also with temporary coke oven gas heating, in particular for operating a coke oven device according to one of the preceding claims, wherein in a respective twin heating duct of the coke oven device with a flamed heating channel and an exhaust gas-carrying Internal flue gas recirculation on at least one circulating flow path around the partition is set in the heating channel by means of at least one coupling passage through a partition, with at least two gases from the following group being admitted in the lower area at the bottom (5.4) of the respective twin heating flue: Coke oven gas (G1 a ), Combustion air (G1), mixed gas (Gi b), the group of gases admitted comprising at least the two gases combustion air
  • a recirculation gas of the exhaust gas recirculation flows through a central building area located at least in sections below the paired heating channels and connecting the gas-flamed heating channel with the exhaust-carrying, downward-flowing heating channel in such a way that the recirculation gas is introduced essentially in a vertical direction into the gas-flamed heating channel becomes.
  • the recirculation gas flows or is admitted into the heating channel at least almost / approximately / approximately in the vertical direction (z-direction).
  • the aforementioned object is also achieved according to the invention by using combustion air and mixed gas inlets in a coke oven device with a large number of twin heating flues each with two heating channels for producing coke by coking coal or coal mixtures, at least with mixed gas heating and optionally also with occasional coke oven gas heating, in particular in a coke oven device described above, with an internal exhaust gas recirculation on at least one circular flow path being set in a respective twin heating flue by means of at least one coupling passage, the inlets to minimize nitrogen oxide emissions through internal thermal energy compensation in a ratio y1: y2 of the distance y1 between facing edges of the Combustion air inlet and the mixed gas inlet are arranged at the distance of the inner edges of the partition walls of a respective heating duct of at least 10%, the distance y1 between the facing th edges of the combustion air inlet and the mixed gas inlet is at least 50mm.
  • the above-mentioned object is also achieved according to the invention by using combustion air and mixed gas to minimize nitrogen oxide emissions through internal thermal energy compensation in heating channels of a plurality of twin heating flues of a coke oven device, in particular in a coke oven device described above, with one in a respective twin heating flue by means of at least one coupling passage internal exhaust gas recirculation is set on at least one circular flow path, the combustion air and the mixed gas in a distance ratio y1: y2 of the distance y1 between their inlets and the distance y2 of the inner edges of partition walls of a respective heating duct of at least 10% and at a distance from one another of at least 50mm be admitted, in particular at a flame temperature with mixed gas heating of a maximum of 1,700 ° C or a maximum of 1,600 ° C or a maximum of 1,500 ° C, in particular at a nozzle stone temperature of at least 1,300 ° C or at least 1,320 ° C.
  • FIG 1A, 1 B, 1 C, 1 D, 1 E, 1 F, 1G, 1 H each in a schematic representation in sectional side views and plan views of twin heating ducts or coke ovens according to the prior art;
  • 2A, 2B, 2C, 2D, 2E each in a schematic representation in sectional side views and in plan views of twin heating cables or coke oven devices according to exemplary embodiments;
  • Fig. 8 in a schematic representation in plan view of a relative arrangement of
  • Fig. 1 1 a in a schematic representation in plan view of a relative arrangement of the inlets relative to a single lower
  • Fig. 12 in a schematic representation in plan view an illustration of a
  • Twin heating cables according to exemplary embodiments.
  • reference symbols that are not explicitly described with reference to an individual figure, reference is made to the other figures.
  • the positions and angular orientations of the individual inlets and passages or flow paths are only exemplary (in particular only in individual heating channels) and are not fully illustrated or, if applicable, are not arranged precisely at an angle.
  • FIGS 1A, 1 B, 1 C, 1 D, 1 E, 1 F, 1 G, 1 H show a coke oven 1 in the manner of a horizontal chamber oven, with several oven chambers 2 each with a coal charge.
  • the furnace chambers 2 have a height of e.g. 6 to 8m.
  • the furnace chambers 2 are partitioned off by rotor walls 3, which each extend in a yz plane. Between two rotor walls 3, heating channels 5.1, 5.2 in pairs each form a twin heating duct 5, the inner wall 5.3 of which delimits the heating space through which gases flow (free of coal) from the respective furnace chamber.
  • the heating channels 5.1, 5.2 are alternately operated as a flamed or exhaust-gas-carrying heating channel, which requires switching the direction of flow and in a cycle of e.g. 20 minutes.
  • the paired heating channels are each separated from one another by a coupling partition (binder wall) 4, in which a coupling passage 4.4 is provided above and below, via which a circulating flow 9 of recirculated exhaust gas can be realized.
  • Adjacent twin heating ducts are completely sealed off from one another by a separating partition 4a without any passages.
  • each of the partition walls 4, 4a there is a step air duct 4.1 which is coupled to the heating duct via at least one combustion step 4.2 or the corresponding inlet or outlet.
  • the respective combustion stage 4.2 can be arranged in a characterizing height position. For example, two or three height positions are defined in which step air is admitted.
  • the respective walls are in particular made of stones which, according to their dimensions, each define a wall layer.
  • the x-direction denotes the width of the furnace 1
  • the y-direction denotes the depth (or the horizontal push-out direction in the case of a horizontal chamber kiln)
  • the z-direction denotes the vertical (vertical axis).
  • the central longitudinal axis M of the respective heating channel runs through the center of the respective heating channel (not explicitly marked; approximately in the center of the respective circular flow-around partition, in particular in the center of a centrally arranged step air channel), which is arranged centrally in the x and y directions in relation to the inner surfaces / inner walls ).
  • the term “centric” or “center” here relates to a center in the xy plane
  • the term “centered” or “center” here relates to the height direction (z).
  • inlets are arranged in the so-called burner level 5.4 or at the bottom of a respective heating channel, namely a (first) combustion air inlet 6, in particular for coke oven gas heating, and a further combustion air inlet 7, in particular for mixed gas heating, and a coke oven gas inlet 8 Gas introduced via these inlets flows upwards on the wall surfaces 4.3 of the partition walls and on the inner walls of the rotor walls.
  • the following temperatures at the coke oven 1 that are characteristic for the furnace builder / operator can be mentioned: nozzle stone temperature T1, (gas) temperature T2 in the respective heating channel, Temperature T3 in the furnace chamber.
  • the present invention relates in particular to a profile that is as homogeneous as possible with regard to temperature T2 (in particular also in the vertical direction).
  • the individual gas flows are described below with reference to FIGS. 1 F to 1 H.
  • the gas flow G1 identifies newly admitted or supplied heating gas or combustion air.
  • the gas flow G1 can comprise a gas flow G1 a (coke oven gas) and / or a gas flow Gi b (mixed gas).
  • the gas flow G4 identifies recirculation exhaust gases that are returned or circulated.
  • the gas flow G5 identifies gas or air from a respective combustion stage 4.2, 14.1 1, and the gas flow G6 identifies exhaust gases that are discharged from the respective heating duct or heating flue.
  • the recirculation arrows shown in FIG. 1D are only shown schematically and do not exactly reflect the direction of the respective gas flow.
  • Fig. 1G shows schematically a heating differential 5.6 with individual openings 5.61 through which the gas can be diverted in a head area of the heating channel.
  • the heating differential 5.6 is sealed off from the respective twin heating flues by an (intermediate) ceiling 5.7.
  • the heating differential 5.6 is independent of the circulating current 9.
  • a distance E between the heating differential 5.6 and the passage 4.4 can be designed individually for each furnace.
  • the reference symbol E can also characterize a cross-sectional area.
  • the cross-sectional area E is preferably at least 300 cm 2 or at least 340 cm 2 .
  • FIGS 2A, 2B, 2C, 2D, 2E show a coke oven device 10 according to an embodiment, comprising: oven chamber 10.2, flamed heating channels 1 1, Inner wall 11.1, exhaust gas-carrying heating ducts 12, twin heating ducts 13, partition walls 14 with inner surface 14.3, partitioning walls 14a without passages, step air ducts 14.1 with combustion stages 14.11, coupling passages 14.2, bulges 14.4, runner walls 15 with inner surface 15.1, combustion air inlets 16, mixed gas inlets 17 , Coke oven gas inlets 18, slide blocks 19.
  • FIG. 2A the paired arrangement of the inlets 16, 17 opposite to the inlet 18 is schematically (in some heating channels).
  • FIG. 2B it is shown that the inlets 16, 17 are offset comparatively strongly outwards in the x-direction (eccentrically), and are at a comparatively great distance from one another in the y-direction.
  • the arrangement of the optional coke oven gas inlet 18 is independent of this, or can be chosen largely freely.
  • FIG. 2C it is shown that an advantageous relative arrangement with respect to the step clearance G4 can also be realized through the offset in the x and y directions.
  • the angle indicated in FIG. 2C for an angular alignment of the inlets can be varied individually for each inlet.
  • an angle in the range of 5 to 10 ° could be a rational compromise of additional constructional, technical system effort and achievable thermal and / or fluidic effects.
  • the passages 14.2 or the step gas inlet 14.11 shown in FIG. 2C can also be varied in their arrangement, number and geometry according to the variants shown or discussed in the other figures.
  • the individual gas flows are described below with reference to FIGS. 2C and 2E.
  • the respective gas flow path GP1 characterizes inflow paths or flow paths according to the invention for at least one of the gases G1 introduced via the inlets.
  • the respective gas flow path GP4 identifies flow paths of recirculated exhaust gas / flue gas G4, and the respective gas flow path GP5 identifies flow paths of gas G5 introduced in stages.
  • 2D particularly illustrates the comparatively large distance y1.
  • FIG. 2E shows a view analogous to that according to FIG. 2C.
  • the inflow angle illustrated in FIGS. 2C, 2E, in particular for coke oven gas, is preferably less than 30 °, in particular less than 10 °, in each case with respect to the z-axis.
  • the inflow angle can also be implemented for the further inlets 17, 18 in a similar manner.
  • the distances and relative positions mentioned in relation to the respective inlets and passages can also reciprocally refer to the distances and relative positions of the respective gas flow paths / circulating flow paths, at least in a section upstream of a subsequent mixing with adjacent gas flows.
  • the ratio y1: y2 is in the range from 25% to 30%, so it is comparative large.
  • Y1 is greater than 50mm.
  • Fig. 3 shows in particular an advantageously adjustable inlet cross-section of both openings (gas and air).
  • this also enables process engineering variations, particularly in connection with the following situations:
  • inner corners between the walls can also have radii or be rounded, in particular for reasons of stability, in particular in the form of so-called head ties.
  • the proportions and dimensions according to the invention are independent of such roundings; rather, the proportions and dimensions relate to the distances from parallel walls or from at least approximately parallel wall sections, in particular to the respective largest distances in the relevant cross-sectional plane.
  • FIG 3 shows an arrangement in which the air inlet 16 and mixed gas inlet 17 completely overlap in the x direction, the inlets being arranged without an x offset and having at least approximately the same x extension.
  • the extension y2 is dimensioned as such (per se) in relation to the inner surface of the respective partition wall, in particular in relation to the most distant parallel section of the partition wall, i.e. independent of any optionally provided bulges 14.4 for step air ducts. Such bulges 14.4 are optionally provided, in particular for reasons of stability, in the case of comparatively narrow partition walls.
  • the y dimension (depth) is, for example, in the range from 5 to 40mm. Especially in the case of an arrangement according to FIG.
  • a low-calorific mixed gas (especially with lower calorific values less than 4185 kJ per Nm 3 ; typical lower calorific values of mixed gases in the range from 4185 to 5500 kJ per Nm 3 ) can be used;
  • the ratio y1: y2 is in the range from 25% to 30%.
  • Y1 is greater than 50mm.
  • the ratio x2: x1 is e.g. in the range of 0.7.
  • FIG. 5 also shows measures with regard to the geometry of the inlets or with regard to their design as nozzles.
  • this also enables process engineering variations, particularly in connection with the following situations: - Air opening on the floor in the form of a nozzle 16 (illustrated by round cross-sectional geometry); Nozzles can be more easily accessible and replaceable than slide blocks, especially when they are accessed from above from the ceiling.
  • FIG 5 shows an arrangement in which the air inlet 16 completely overlaps the mixed gas inlet 17 in the x direction.
  • the coke oven gas inlets can optionally also be integrated into the partition, that is to say not arranged at a distance from the partition in the y-direction, but rather built into the partition.
  • the ratio y1: y2 is in the range from 25% to 30%. Y1 is much larger than 50mm.
  • the ratio x1: x2 is e.g. in the range of 0.7.
  • particularly advantageous effects with regard to NOx reduction and also with regard to further operating parameters such as e.g. Pressure loss can be ensured.
  • the air and mixed gas inlets 16, 17 can in particular be arranged without any overlap in the x direction.
  • FIG. 7 shows an arrangement comparable to that according to FIG. 6, the offset between the inlets 16 and 17 being inverted (x1> x2).
  • the ratio y1: y2 is in the range from 25% to 30%. Y1 is much larger than 50mm.
  • the ratio x2: x1 is e.g. in the range of 0.6 or 0.5.
  • the air and mixed gas inlets 16, 17 can in particular be arranged without any overlap in the x direction, in particular asymmetrically to the arrangement shown in FIG. 6.
  • slide blocks can also be provided.
  • the inlet 8 shows an arrangement according to the prior art, with the inlets 6, 7 on a comparable (in particular identical) x-coordinate and offset comparatively strongly towards the x-center, in particular in an at least approximately central x-arrangement, the inlet 8 is arranged on an x-coordinate in the area of recirculation openings.
  • the distance y1 is on average large, and the ratio y1: y2 is on average large.
  • the x-coordinate of the inlets 6, 7, in particular of their centers, is approximately half the absolute x-width of the respective heating flue, and lies in particular within the following range for the ratio of the absolute x-distance of the runner walls 15 to x1 or to x2: range from 0.4 to 0.6.
  • FIG. 9 describes an exemplary arrangement of the openings according to the invention in the context of further structural details of a furnace.
  • the furnace pitch xO is in particular in the range from 1000 to 1800 mm (dimension from furnace chamber half to furnace chamber half; center to center).
  • the heating duct division yO is in particular in the range from 400 to 550 mm (center partition to center partition).
  • the partition walls 14 have eg a thickness (y-dimension) in the range from 130 to 170mm.
  • the rotor walls 15 have, for example, a thickness (x dimension) in the range from 70 to 130 mm.
  • the y-extension of the combustion air inlets 16 is, for example, in the range greater than or equal to 50 mm, with a minimum distance from the closest partition 14 of at least 50 mm.
  • the y-extension of the mixed gas inlets 17 is, for example, in the range greater than or equal to 50 mm, with a minimum distance from the closest partition 14 of at least 50 mm.
  • the x-extent of the combustion air inlets 16 is, for example, in the range greater than or equal to 100 mm, with a minimum distance from the rotor wall 15 of at least 50 mm.
  • the x-extension of the mixed gas inlets 17 is, for example, in the range greater than or equal to 100 mm.
  • FIGS. 10A, 10B, 10C illustrate in particular the “forward burning” operating mode, with recirculation passages being provided in pairs by way of example.
  • 10A describes an exemplary arrangement according to the invention with the inlets 16, 17, 18 in such a relative arrangement to the more distant lower recirculation passage 14.2 (in each case center points) that a square with an area A is spanned.
  • the surface area is, for example, in the range from 500 cm 2 to 1,700 cm 2 , in particular in the range from 1,000 cm 2 to 1,500 cm 2 .
  • 10A further illustrates the exit plane xz14 of the partition wall 14.
  • the relevant corner point of the polygon is offset inwards to the center of the wall.
  • the area information is therefore independent of the wall thickness of the partition 14.
  • 10B describes an exemplary arrangement according to the invention with the inlets 16, 17, 18 in such an arrangement relative to the more distant lower one
  • Recirculation passage 14.2 (each center point) that a square with a
  • Area A is spanned.
  • the surface area is in particular in the range from 700 cm 2 to 1,600 cm 2 .
  • the basic shape of the square is trapezoidal.
  • 10C describes an exemplary arrangement according to the invention with the inlets 16, 17, 18 in such a relative arrangement to the more distant lower one Recirculation passage 14.2 (center points in each case) that a square with an area A is spanned.
  • the surface area is in particular in the range from 500 cm 2 to 1,400 cm 2 .
  • an area A in the range from 1,100 to 1,500 cm 2 can be particularly advantageous.
  • an advantageous range of 200 cm 2 to 2,000 cm 2 can be defined for the area A, particularly preferably 500 cm 2 to 1,500 cm 2 , especially in the case of comparatively large ovens with an oven chamber fleas of more than seven (7) meters, more preferably 700cm 2 to 1,500cm 2 , that is to say for the fleas of more than 7 meters that have become common in many applications in recent years.
  • FIG. 11 describes an exemplary arrangement according to the invention with reference to an oven design with only one lower recirculation passage, in particular with so-called “back-to-back” heating.
  • the inlets 16, 17, 18 are so arranged relative to one another and relative to the (single) lower recirculation passage 14.2 (in each case center points) that a square with an area A is spanned.
  • the area is for example in the range of 300 cm 2 to 1300 cm 2, in particular in the range from 800cm 2 to 1 .300cm 2
  • an area A in the range from 1,000 to 1,250 cm 2 can be particularly advantageous.
  • an advantageous range of 50 cm 2 to 1,800 cm 2 can be defined for the area A, particularly preferably 300 cm 2 to 1,300 cm 2 , especially in the case of comparatively large furnaces with a furnace chamber flea of more than 7 meters, more preferably 500 cm 2 to 1,300 cm 2 .
  • a triangle can optionally also be spanned, namely in the event that the high-gas inlet 18 is on a connecting line from one of the further inlets 16, 17 to the center point of the recirculation passage 14.2 (cf. in particular FIG. 1 1), or in the event that the inlet 16 is arranged on a connecting line between the inlet 17 and the recirculation passage 14.2.
  • an inclined, in particular uneven arrangement of the inlets 16 and 17 with regard to a straight line G extending between the partition walls 14 and running parallel to the rotor wall 15 is shown in FIG.
  • 11a are no longer parallel to one another, in particular with their midpoints lying on the above-mentioned straight line G.
  • the geometric centers of the inlets of the respective heating flue and of the at least one lower coupling passage, in particular one of several lower coupling passages that are further away from the combustion air and mixed gas inlet define a square arrangement Area in plan view is at least 50 cm 2 , preferably at least 200 cm 2 or at least 300 cm 2 or at least 500 cm 2 or at least 700 cm 2 .
  • the height positions of the inlets can vary downwards or upwards with respect to the burner plane, as generally described above.
  • FIG. 13A shows a relative arrangement of the mixed gas inlet 17 relative to the combustion air inlet 16 according to one of the measures according to the present invention.
  • the flow exchange section B is comparable in size as in the arrangement according to FIG. 12.
  • the inlets overlap completely and are designed to be the same size, at least in the x direction.
  • the distance in the y direction is significantly greater than in the arrangement according to FIG. 12, with the effect that the mixing of air and mixed gas (in terms of time or in relation to the direction of fleas) can be delayed and / or less thorough mixing he follows.
  • the comparatively large flow exchange area is not a disadvantage.
  • FIG. 13B shows an arrangement in which the flow exchange area or the flow exchange section B is reduced due to the lateral x-offset.
  • the flow exchange section B is also plotted here orthogonally to cross connections between the inlets.
  • the inlets overlap only very slightly or, optionally, not at all.
  • the y-distance is comparably large to that according to the arrangement in FIG. 13A. It has been shown that with this combined measure the mixing of air and mixed gas can be significantly delayed, and that a very advantageous temperature distribution, in particular over the fleas of the meat course and optionally also in other dimensions of the meat course, can be ensured.
  • the NOx emissions can be reduced very effectively.
  • FIGS. 14, 15, 16, 17, 18 and 19 each show exemplary embodiments of a twin heating flue 13 of a coke oven device according to the invention.
  • a heating differential 5.6 with individual openings is also shown schematically in FIGS. 14 and 15 5.61, through which the gas can be diverted in a head area of the heating duct.
  • the heating differential 5.6 is sealed off from the respective twin heating duct 13 by an (intermediate) ceiling 5.7.
  • the heating differential 5.6 is independent of the circulating current 9.
  • a central building or a central building area 30 and an adjoining regenerator area 40 are shown schematically in FIG. However, these areas can also be transferred to the exemplary embodiments in FIGS. 15, 16, 17, 18 and 19.
  • the central building area 30 is formed at least in sections below the burner level 5.4, in particular below the floor or floor area 5.4 of the twin heating flue 13 or the corresponding channels. In the central building area 30, the supply of gases and the regulation of the volume flows take place.
  • the coupling channel 20 extends at least in sections within the central building area 30 and has an inlet opening 21 and an outlet opening 22.
  • the inlet opening 21 is formed in the bottom area 5.4 of the exhaust gas carrying downward flow through heating channel 12 in order to transfer recirculation exhaust gas G4 from the exhaust gas carrying downward flow through heating channel 12 through the coupling channel 20 and via the outlet opening 22 into the gas flamed heating channel 1 1.
  • the recirculation exhaust gas G4 is advantageously introduced in the vertical direction into the gas-flamed heating duct 11 and does not first have to be deflected from the essentially horizontal direction into a vertical direction, as in the prior art (see FIG. 1G).
  • the twin heating duct 13 only has an upper coupling passage. 14.2, which extends through the coupling partition 14.
  • the coupling partition 14 is designed in such a way that it contacts the base 5.4 of the twin heating flue 13, so that no coupling passage 14.2 is formed between this base 5.4 and the coupling partition 14.
  • the coupling partition 14 also has no further openings or passages which serve as a coupling passage 14.2, so that only a single circulating flow 9 is used to recirculate the recirculation exhaust gas G4.
  • gas inlets G1 and G1 a and gas outlets G6 in the bottom area 5.4 of the respective heating channels 1 1, 12 there is also at least one gas inlet for stage air gas G5, or, as shown in Figure 19, at least two gas inlets for stage gas G5 and at least an additional gas outlet for exhaust gas G6 is formed in the areas of the partitioning walls 14a, or as shown in FIG. 18 in the area of the coupling partition 14.
  • the exemplary embodiment in FIG. 15 has more than just one coupling passage 14.2, but three coupling passages 14.2 formed in the area of the coupling partition 14, which in addition to the coupling channel 20, which can be understood as the lowest coupling passage , are trained.
  • the recirculation gas G4 can be recirculated or recirculated within the twin heating flue 13 in two circular flows 9, namely an inner circular flow and an outer circular flow.
  • the exemplary embodiments in FIGS. 16 and 17 do not have a heating differential.
  • three coupling passages 14.2 are formed, one of these coupling passages 14.2 being formed by the coupling channel 20, which again represents the lowermost coupling passage 14.2.
  • An additional gas outlet for discharging an exhaust gas G6 is provided in the coupling partition 14.
  • FIG. 17 The exemplary embodiment shown in FIG. 17 is essentially similar to the exemplary embodiment shown in FIG. 15 with regard to the number and arrangement of the Coupling passages 14.2 or the coupling channel 20.
  • FIG. 17 shows a large number of, in particular two, step air channels or step air channel outlets 4.2 arranged one above the other in the vertical direction (z-direction), which bring step air G5 into the gas-flamed heating channel 11 . It is also conceivable to design more than two step air ducts.
  • an additional outlet for exhaust gas G6 is formed in a partitioning wall 14a of the exhaust gas-carrying heating channel 12.
  • a area polygonal arrangement (triangle or square)

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Coke Industry (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Koksofenvorrichtung (10) zum Herstellen von Koks, mit einer Vielzahl von Zwillingsheizzügen (13) mit Heizkanälen, welche jeweils paarweise durch eine Trennwand (14) voneinander abgegrenzt und durch zwei einander gegenüberliegende Läuferwände (15) abgeschottet sind, wobei im unteren Bereich am Boden (5.4) des jeweiligen Heizkanals wenigstens ein Einlass aus der folgenden Gruppe vorgesehen ist: Koksofengas-Einlass (18), Verbrennungsluft-Einlass (16), Mischgas-Einlass (17); wobei am jeweiligen Boden (5.4) das Verhältnis (y1:y2) des Abstandes (y1) zwischen den zugewandten Kanten des Verbrennungsluft-Einlasses (16) und des Mischgas-Einlasses (17) zum Abstand (y2) der Innenkanten der Trennwände (14) mindestens 10% beträgt, wobei der Abstand (y1) zwischen den zugewandten Kanten des Verbrennungsluft-Einlasses (16) und des Mischgas-Einlasses (17) mindestens 50mm beträgt, wobei wenigstens einer der Verbrennungsluft- und Mischgas-Einlässe (16, 17) exzentrisch in einem x-Abstand größer Faktor 0,7 der absoluten x-Erstreckung des Heizkanals zwischen gegenüberliegenden Läuferwänden (15) angeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren.

Description

Koksofenvorrichtung zum Herstellen von Koks und Verfahren zum Betreiben der Koksofenvorrichtung sowie Verwendung
Beschreibung:
TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen von Koks bei minimierten NOx-Emissionen sowie entsprechende Verwendungen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des jeweiligen unabhängigen Anspruchs.
HINTERGRUND
Der Bedarf an Koksöfen ist weltweit nach wie vor hoch und wird auch für die Zukunft als weiterhin hoch eingeschätzt, wie z.B. in der folgenden Veröffentlichung beschrieben: K. WESSI EPE et al. : Optimization of Combustion and Reduction of NOx-Formation at Coke Chambers.... COKE MAKING INTERNATIONAL; 9, 2; 42-53; VERLAG STAHLEISEN MBH; 1997. Jedes Jahr werden auch heute noch, trotz immer strengerer Umweltkriterien, mehrere hundert Koksöfen neu gebaut und in Betrieb genommen. Die Anzahl jährlich neu gebauter Koksöfen liegt schätzungsweise sogar bei weit über 1000 Stück allein in Asien. Gleichwohl ist mittlerweile nicht nur unter Ingenieuren, sondern auch innerhalb der Gesellschaft gut bekannt, dass die Energiegewinnung mittels Koksöfen nicht sonderlich umweltfreundlich ist. An den Bau von neuen Koksöfen, oder auch an den Betrieb bestehender Koksöfen, werden daher von vielen Seiten zunehmend strengere Anforderungen bezüglich minimierter Emissionen gestellt, insbesondere bezüglich Stickoxiden (NOx). In diesem Zusammenhang gibt es zahlreiche Bemühungen, die Effizienz der Verkokung zu verbessern. Die Planung und der Bau von Koksöfen müssen vor langem Zeithorizont durchgeführt werden. Insbesondere in Hinblick auf die gewünschte lange Betriebsdauer bzw. Lebensdauer eines Koksofens ist es wichtig zu wissen, welche umwelttechnischen Verbesserungen sich in den nächsten Jahren bei Koksöfen realisieren lassen. Eine gezielte Verfolgung einzelner Optimierungsmaßnahmen ist jedoch in Hinblick auf die prozesstechnische und konstruktive Komplexität von Koksöfen nicht trivial; vielmehr müssen einzelne Optimierungsmaßnahmen relativiert werden und in einem Gesamtkonzept bei zahlreichen Interdependenzen gegeneinander aufgewogen werden.
Auf Fachkongressen und in Fachzeitschriften wird in den letzten Jahren verstärkt kommuniziert, dass bei den lokalen Umweltbehörden der jeweiligen Länder sowie auf Kundenseite sehr viel strengere Anforderungen hinsichtlich reduzierter Umweltbelastungen durch Rauchgasemissionen bereits gestellt werden oder in naher Zukunft zu erwarten sind. Bezüglich dieser Rauchgasemissionen hat sich die thermische NOc-Bildung in den vertikalen, rauchgasführenden Heizzügen von Koksöfen als eine der Hauptursachen erwiesen.
Als im Jahr 2018 zulässiger oder in bestehenden Anlagen noch tolerierter Emissions- Grenzwert lässt sich insbesondere für europäische Territorien nennen: 500mg/Nm3, entsprechend ca. 250ppm bei 5% Sauerstoff 02. Dieser Grenzwert gilt jedoch schon seit vielen Jahren und wird möglicherweise in naher Zukunft in vielen Ländern weiter herabgesetzt. Interesse besteht daher an einer signifikanten Unterschreitung dieses Grenzwerts mittels technischer Maßnahmen in möglichst naher Zukunft.
Stickoxide werden insbesondere durch das speziell bei der Verbrennung von Koksofengas erzeugte Rauchgas freigesetzt, insbesondere ab einer Düsensteintemperatur (also einer Temperatur im abgasführenden Heizkanal am Boden) von ca. 1.250°C; hierbei wird von der so genannten thermischen NOx-Bildung gesprochen. Die thermische NOx-Bildung wird mit weiter ansteigenden Temperaturen exponentiell weiter begünstigt bzw. angefacht, so dass die Emission von Stickoxiden stark durch die thermischen Betriebsbedingungen des Koksofens im jeweiligen Lastzustand bestimmt wird. Es ist demnach auch hinreichend bekannt, dass insbesondere in den vertikalen, rauchgasführenden Heizzügen des Koksofens durch Einstellen bzw. Regeln eines bestimmten Temperaturregimes Einfluss auf die NOx- Emission genommen werden kann. Ein Ofenbetreiber ist also bemüht bzw. wird durch umwelttechnische Vorgaben dazu gezwungen, die Temperatur im abgasführenden Heizkanal möglichst niedrig zu halten, insbesondere nicht über 1.250°C ansteigen zu lassen. Gleichwohl haben sich in der Anlagenpraxis weltweit deutlich höhere Prozesstemperaturen im Bereich von 1.250 bis 1.320°C etabliert, als Kompromiss für einen nicht nur ökologischen, sondern auch ökonomischen Anlagenbetrieb.
Eine hinsichtlich NOx-Emissionen optimierte Anlagenfahrweise muss also auf ein abgesenktes (vergleichsweise niedriges) Temperaturniveau im Heizzug abgestimmt werden. Dies ist jedoch mit dem Absinken der Verkokungsleistung und damit zwangsläufig mit einem Verlust an Koksproduktion verbunden. Beispiel: Anstelle 100 Öfen müssen bei einer höheren zulässigen Betriebstemperatur nur ca. 95 bis 98 Öfen gebaut werden, entsprechend einer apparativen Einsparung von 2 bis 5 Prozent (geringeres Investitionsvolumen, bis zu 5% weniger Anlagenkosten, z.B. in Bezug auf ein Investitionsvolumen von 100 bis 800 Mio. Euro).
Zum Senken der NOx-Emission wird aufgrund dieser unwirtschaftlichen Leistungsverluste nur sehr ungern versucht, während der Verkokung ein abgesenktes Temperaturniveau dauerhaft einzuhalten bzw. lokale Temperaturspitzen in den Heizzügen zu vermeiden. Vielmehr wird, solange es rechtlich zulässig bleibt, in Kauf genommen, dass die NOx-Emissionen nachteilig hoch bleiben. Der Ofenbetreiber weiß jedoch: Wenn es möglich wäre, bei vergleichsweise moderater, abgesenkter Temperatur den Wärmeenergieeintrag konstant hoch zu halten, so wirkt sich dies bei vergleichbarem Output positiv hinsichtlich möglichst geringer NOx-Emissionen aus.
Koksöfen können insbesondere bezüglich der Ausdrückrichtung des Kokses in Vertikalkammeröfen und Horizontalkammeröfen unterteilt werden. Bei Horizontalkammeröfen erfolgt das Verkoken chargenweise: Nach dem Verkoken wird der Koks in horizontaler Richtung ausgedrückt (Batch- Betrieb). Im Gegensatz dazu wird die Kohle in Vertikalkammeröfen kontinuierlich in vertikaler Richtung zu- und abgeführt (Conti-Betrieb). Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf Horizontalkammeröfen. Koksöfen werden wahlweise durch ein aus Hochofengicht- und Koksofengas erzeugtes Mischgas oder durch pures Koksofengas beheizt (Koksofengas-Beheizung üblicherweise in weniger als 10% der jährlichen Betriebsdauer). Auf Grund der hohen Anteile an Wasserstoff und Kohlenmonoxid und der daraus resultierenden hohen Flammentemperatur ist vor allem das durch Koksofengasverbrennung erzeugte Rauchgas mit hohen NOx-Anteilen belastet. Auch deshalb zielten viele der bisherigen Maßnahmen vornehmlich auf die Minderung von NOx-Emissionen speziell bei Koksofengasbeheizung ab. Im Folgenden wird eine tabellarische Übersicht über die Elementenverteilung (in Vol.%) der jeweiligen Gasart wiedergegeben, wobei diese Angabe auf Mittelwerten beruhen, die über mehrere Jahre ermittelt wurden, insbesondere von den Inhabern des geistigen Eigentums der vorliegenden Erfindung:
Spurenelemente in allen drei Gasarten: z.B. Ammoniak, Edelgase; Hochofengase entstehen während Eisenerzschmelzvorgängen in Hochöfen und werden auch als „niederkalorige“ Gase bezeichnet, da sie typischer Weise nur geringe Wärmeinhalte aufweisen (untere Heizwerte zwischen 2.700 und 3.800 kJ/Nm3). Hochofengase sind vergleichsweise kostengünstig. Koksofengase werden während des Verkokungsprozesses in Koksöfen erzeugt und weisen hohe Wärmeinhalte auf (untere Heizwerte zwischen 15.900 und 19.500 KJ/Nm3). Sie werden daher auch als “Starkgase“ bezeichnet. Koksofengase sind vergleichsweise teuer.
Aus ökonomischen Gründen werden beide Gasarten in der Praxis üblicherweise so verwendet, dass sie vorab im Verhältnis 87 bis 97 Vol.-% Hochofengas zu 3 bis 13% Koksofengas gemischt und zur Verbrennung den Koksöfen zugeführt werden. Dieses Mischgas wird üblicherweise zu mehr als 90% des Jahres als Beheizungsgas in den Koksöfen verwendet. Sonstige Gasarten, die gelegentlich als alternative Komponenten zu den Ausgangsgasarten (Hochofengas, Koksofengas) hinzugemischt werden (das entstehende Gasgemisch wird üblicherweise als„Koksofen-Mischgas“ bezeichnet), sind unter dem Begriff „Konvertergas“ oder „Generatorgas“ bekannt. „Konvertergase“ stammen zumeist aus der stahlerzeugenden Industrie.„Generatorgase“ werden in vielen Industriezweigen, zumeist in kohleverarbeitenden Prozessen generiert. Die vorliegende Erfindung betrifft vornehmlich die Verwendung von Mischgasen im engeren Sinne, also Mischgas ohne vordefinierten Anteil von„Konvertergas“ oder„Generatorgas“.
Unter Bezugnahme auf die obige Tabelle wird Wasserstoff als diejenige Komponente eingeschätzt, deren Verbrennung mit der höchsten lokalen Flammentemperatur und damit mit der höchsten thermischen Stickoxidbildung verbunden ist. Koksofengas weist einen beträchtlich größeren Wasserstoffanteil als Hochofengas auf. Daher verursacht die Koksofengasbeheizung hinsichtlich Emissionsgrenzwerten besonders große Schwierigkeiten im Anlagenbetrieb.
Erwähnenswert ist, dass es auch Kokereianlagen mit so genannten„Starkgasöfen“ gibt, die insbesondere aufgrund isolierter geografischer Lage nicht mit einem Hochofen verbunden sein können, und die zur Beheizung zu 100% der Betriebsdauer das in den Koksöfen während der Kohlepyrolyse selbst erzeugte Gas nutzen (müssen), wobei das Gas üblicher Weise nach entsprechender Entfernung von Verunreinigungen oder Wertstoffen in einer so genannten Nebengewinnungsanlage zu den Öfen zurückgeführt wird. Diese Öfen sind jedoch nicht für die standardmäßige „Mischgasbeheizung“ konzipiert.
Die Ofenkammern der zuvor beschriebenen Koksöfen weisen üblicherweise (Situation im Jahr 2018) eine Höhe im Bereich von 4 bis 8.5m auf, wobei die bevorzugte Höhe der Ofenkammern bzw. Heizkanäle auch durch die Betriebsweise vorgegeben wird. Die Höhe hat Einfluss auf die sich im Heizkanal einstellende Druckdifferenz. Ist eine große Druckdifferenz erforderlich, so muss eine große Höhe gewählt werden. Es ist anzunehmen, dass die Temperatur über die gesamte Höhe der Ofenkammer möglichst konstant gehalten werden sollte, denn nur dann dürfte es möglich sein, einen effizienten Betriebszustand einzustellen, ohne zu starken Anstieg der NOx-Emissionen. Das Temperaturgefälle soll möglichst deutlich kleiner als 40K bzw. 40°C sein, insbesondere bei einer Temperatur in der Ofenkammer im Bereich von 1.000 bis 1.100°C. Ein derart kleines Temperaturgefälle begünstigt auch eine optimale Koksqualität. Ein Temperaturmaximum deutlich über der Durchschnittstemperatur würde die thermische NOx-Bildung fördern. Ein Koksofen kann wohl dann bei einem besonders optimalen Kompromiss aus hohem Output und niedrigen NOx-Emissionen betrieben werden, wenn die Temperaturverteilung sehr homogen ist und wenn die Temperatur dabei in der gesamten Ofenkammer knapp unterhalb derjenigen Temperatur bleibt, ab welcher die thermische NOx-Bildung erfolgt oder exponentiell stark angefacht wird.
Design-Variationen sind im Koksofenbau mit großem Aufwand verbunden. Die Effekte einzelner Optimierungs-Maßnahmen müssen möglichst kosteneffizient vorhersehbar sein, bevor die Maßnahmen beim Ofenbau umgesetzt werden können. Die Simulation von Betriebszuständen ist ein nützliches Werkzeug, um die Effekte einzelner Optimierungs-Maßnahmen besser einschätzen zu können. Ein Koksofen ist jedoch eine vergleichsweise komplexe Anlage, so dass auch rein computergestützte Simulationen mit entsprechendem Aufwand einhergehen. Beispielsweise kann eine neue Konstruktion mit einer neuen Art und Weise einer Gasführung einen Rechenaufwand (selbst bei den technologischen Möglichkeiten im Jahre 2018) von mehreren Wochen je Berechnung bedeuten, so dass auch bei rein elektronischen/computergestützten Simulationen ein Arbeitsaufwand von mehreren Jahren (bei z.B. über 100 erforderlichen Variationen) entstehen mag. Nicht nur eine Erprobung von neuen Maßnahmen im technischen Maßstab am fertiggestellten Koksofen muss daher unter eingeschränkten Möglichkeiten durchgeführt werden, sondern auch eine einfache konstruktive Maßnahme muss allein aus Kostengründen zunächst unter zahlreichen Aspekten überprüft werden, bevor diese Maßnahme durch Simulationen näher untersucht werden kann. Dies führt dazu, dass konstruktive Variationen an bestehenden Ofen-Designs eher nur auf sehr moderate, konservative Weise angeregt, überprüft und experimentell verifiziert werden.
Bisher direkt am Koksofen bzw. an dessen konstruktivem Aufbau erprobte Maßnahmen, die auch bei leistungsoptimierter Betriebsart effektiv sein sollen, sind üblicherweise die interne druckdifferenzgetriebene bzw. durch Temperatur- und Dichteunterschiede getriebene Rauchgasrückführung aus dem abwärts in den aufwärts durchströmten Heizzug (interne Kreislaufführung eines Teilvolumenstroms des Rauchgases, so genannter Kreisstrom), und/oder die Stufung der Verbrennungsluft, also das Einleiten von Verbrennungsgas aus Trennwänden bzw. Binderwänden in unterschiedlichen Höhenpositionen hinein in die Heizzüge. Das Stufen der Verbrennungsluft erfolgt dabei insbesondere in Hinblick auf folgende Kriterien: die maximale
Gassammelraumtemperatur in der benachbarten Ofenkammer oberhalb der Kohlecharge muss/sollte z.B. kleiner 820°C sein; die Deckenoberflächentemperatur muss z.B. möglichst kleiner gleich 65°C sein; die Ofenkammerwandinnentemperaturdifferenz muss z.B. kleiner gleich 40K sein, insbesondere zwischen den Höhenpositionen 500mm oberhalb der Ofensohle/Brennerebene und 500mm unterhalb der Ofenkammeroberkante.
Eine Kreisstromführung (teilweise an nur einem Ende des Heizkanals oder vollumfänglich im Kreis) wird dabei üblicherweise in so genannten Zwillingsheizzügen realisiert. Paarweise nebeneinander angeordnete Heizzüge bzw. Heizkanäle, insbesondere in vertikaler Ausrichtung, werden aneinander gekoppelt, indem das Gas aus dem beflammten Heizkanal in den nicht beflammten Heizkanal zurückgeführt wird, sei es nur an einem oberen/unteren Umkehrpunkt, oder sei es sowohl oben als auch unten. Bei einem Horizontalkammerofen können in Ausdrückrichtung gesehen in Reihe nebeneinander ca. 24 bis 48 Heizkanäle vorgesehen sein, also ca. 12 bis 24 Zwillingspaare. Ein optional realisierbarer Kreisstrom kann sich dabei aufgrund der Druckdifferenzen autonom ausbilden, also allein aufgrund von Temperatur- und Dichteunterschieden in den beiden jeweiligen Zwillingsheizzügen, also ohne zusätzliche aktive strömungstechnische Regelung oder Unterstützung. Anders ausgedrückt: Konstruktive Design-Variationen sind auch durch das sensible (thermische) Gleichgewicht eingeschränkt, welches mittels Druckdifferenzen realisiert werden muss.
Das Optimieren einer Kreisstromführung insbesondere auch zwecks homogener Wärmeverteilung begann schon in den 1920er Jahren im industriellen Maßstab. Seit den 1970er Jahren wurden auch die Einflüsse der Kreisstromführung auf NOx-Emissionen eingehender/systematischer untersucht.
In paarweisen Heizkanälen (Zwillingsheizzügen) muss die mittlere Düsenstein- Temperatur kontrolliert bzw. limitiert werden, und muss insbesondere durch Absenken der lokalen Flammentemperatur (bei Starkgasbeheizung über 2000°C, bei Mischgasbeheizung unter 2000°C) auf einem moderaten Niveau gehalten werden (z.B. bei einer Düsenstein-Temperatur von 1240 bis 1300°C). Effekt: Kontrolle der NOx- Emissionen. Die Flammentemperatur bei Mischgasbeheizung liegt dabei z.B. in einem Bereich von 1.500 bis 1.700°C, insbesondere bei etwa 1.600°C.
Beispielsweise kann die folgende Anordnung (Höhenposition) eines unteren Durchlasses zwischen paarweisen Heizkanälen genannt werden: zwischen 0mm (also direkt auf dem Niveau der Brennerebene) bis 300mm oberhalb der Brennerebene. Dabei wird die Querschnittsfläche des Durchlasses üblicherweise durch eine Lagenhöhe (bzw. Breite der Lage) von ca. 1 10mm bis 150mm vorgegeben. Der untere Durchlass kann bei Bedarf in der Anordnung am Boden mittels einer Rolle verschlossen werden, welche auf der Brennerebene vor den Durchlass gerollt werden kann. Vorteilhafterweise wird der Durchlass mittels einer Aussparung in einer Wandlage realisiert (Lücke bzw. fehlender Stein). Sofern in der vorliegenden Beschreibung von einem einzigen Durchlass die Rede ist, kann auch ein Paar von Durchlässen gemeint sein, welche paarweise in derselben Höhenposition angeordnet sind.
Als Brennerebene ist dabei das Höhenniveau zu verstehen, auf welchem die
Einmündung der Einlässe in den Heizzug konstruktiv vorgesehen ist, und ausgehend von welchem Höhenniveau optional durch verlängerte Einlass-Düsen eine Höhenvariation in gewissen Grenzen realisierbar ist, insbesondere bis 1.000mm oberhalb der Brennerebene. Davon abgegrenzt werden können Ofen-Typen, welche als Stufengas-Öfen bezeichnet werden, und bei welchen wenigstens ein Einlass erst in einer Höhe deutlich über 1.000mm oberhalb der Brennerebene vorgesehen ist.
Die Höhenposition eines unteren Durchlasses oder eines Paars von unteren
Durchlässen kann dabei auch bis zu einer Höhe von 1.000mm oberhalb der Brennerebene angeordnet sein.
Die Höhenposition eines unteren Durchlasses oder eines Paars von unteren
Durchlässen kann dabei auch unterhalb der Brennerebene angeordnet sein, insbesondere bis zu 500mm unterhalb der Brennerebene.
Ein üblicherweise zurück in den beflammten Heizkanal geführter Teilvolumenstrom des Rauchgases beträgt bei Starkgasbeheizung z.B. 30 bis 45% des gesamten im aufwärts durchströmten Heizkanal erzeugten Rauchgasvolumens. Ein Beispiel für diese Anordnung von Zwillingsheizzügen mit Kreisstrom ist das so genannte Combiflame- Beheizungssystem, welches sich seit Ende der 80er Jahre etabliert hat. Dabei erfolgt eine Kombination von Luftstufung und Kreisstromführung. Zuvor bis Mitte der 1980er Jahre erfolgte entweder nur eine Luftstufung (Otto-System) oder nur eine Kreisstromführung (Koppers-System).
Wie zuvor angedeutet, kann auch eine Stufung der Verbrennung erfolgen, indem Gas bzw. Luft über wenigstens einen Stufenluftkanal in wenigstens einer Höhenposition über der Brennerebene (Boden) in den jeweiligen Heizzug geleitet wird, bzw. entsprechendes Abgas ausgeleitet wird. Die gestufte Verbrennung ist mit der Kreisstromführung kombinierbar.
Werden speziell die Maßnahmen direkt am Koksofen betrachtet, also Maßnahmen zum wärmetechnischen Optimieren insbesondere durch eine optimierte Art und Weise der Medienführung, so ist der konstruktive Aufbau des Koksofens und damit einher gehend auch die Stabilität des Koksofens von großer Relevanz, insbesondere der konstruktive Aufbau der einzelnen Wände einer jeweiligen Ofenkammer und des jeweiligen Heizzuges (Läuferwände, Trennwände). Kleine Maßnahmen am konstruktiven Aufbau können große Effekte auf das Temperaturgleichgewicht und den Verkokungsprozess haben. Jede Maßnahme hat jedoch auch gegebenenfalls sehr nachteilige, zu vermeidende Nebeneffekte, z.B. auf die Statik der Heizwände, auf den Strömungswiderstand, oder die sich letztendlich einstellenden Strömungsgeschwindigkeiten und Temperaturprofile. Es ist daher zu erwarten, dass Änderungen an dem im Folgenden näher beschriebenen Aufbau nur in einem engen Toleranzbereich durchgeführt werden können. Insbesondere steht der Fachmann dabei auch vor der Aufgabe, durch neue Maßnahmen keine Schwächung des Heizwandverbundes zu riskieren. Denn auf jede Wand können je nach Betriebszustand hohe Lateralkräfte wirken. Beispielsweise entsteht nach etwa 75% der Garungszeit ein hoher lateraler Innendruck (Treibdruck der Kohlecharge) insbesondere auf Läuferwände mit einem Druckmaximum in einer Höhe von ca. 1 m über der Brennerebene, welcher Treibdruck sogar dazu führen kann, dass sich Fugen im Mauerwerk der Trennwand zur Ofenkammer aufweiten, möglicherweise auch mit dem Effekt, dass ungewünschte Bypass-Strömungen (in Verbindung mit Koksofengasübertritten und der damit einhergehenden CO-Bildung) zwischen einzelnen Heizzügen und (benachbarten) Ofenkammern entstehen. Auch das Gleichgewicht des Gasgemisches wird dadurch gestört; insbesondere steht für zusätzliche im Heizkanal zu verbrennenden Gasmengen nur eine unzureichend hohe Luftmenge zur Verfügung. Auch führen unterschiedliche Befüllungszeitpunkte, beispielsweise jeweils versetzt um mehrere Stunden, bei den benachbarten Ofenkammern zu unterschiedlichen Lateralkräften in den jeweiligen Wänden. Die Stabilität des Ofens hat daher auch bei den zuvor geschilderten erforderlichen Maßnahmen zur Reduktion der Emissionen eine hohe Priorität. Hohe Stabilität wird üblicherweise durch eine Nut-Feder-Anordnung der Steine erzielt. Diese gleichzeitig sehr flexible Bauweise wird auch in Hinblick auf Dichtigkeit zur Vermeidung von Bypass-Strömungen und Vorverbrennung bevorzugt. Der Fachmann hat keinen Anlass, von einer möglichst flexiblen und gleichzeitig auch maximal stabilen robusten Bauweise ohne besonderen Anlass abzuweichen.
Bei einer Batterie mit mehreren Ofenkammern, z.B. mindestens 15 bis maximal 90 Ofenkammern, sind die Ofenkammern durch Läuferwände gegenüber gasführenden Heizkanälen abgegrenzt, insbesondere an einer relativ schmaleren Stirnseite des jeweiligen Kanals, insbesondere durch zwei sich entlang der gesamten jeweiligen Ofenkammer erstreckende gegenüberliegende Läuferwände. Die einzelnen Heizkanäle sind dabei durch so genannte Binderwände (Trennwände) voneinander abgeschottet, die sich insbesondere orthogonal zu den beiden Läuferwänden zwischen den Läuferwänden erstrecken. Eine Binderwand schottet zwei Kanäle voneinander ab, bzw. zwei Binderwände schotten ein Zwillingsheizzugpaar von einem benachbarten weiteren Zwillingsheizzugpaar ab. Ein jeweiliger Heizkanal ist also durch zwei Läuferwand- Abschnitte und durch zwei Binderwände abgegrenzt. In der Ausdrückrichtung (Tiefe y) ist ein jeweiliger Heizkanal z.B. ca. 400 bis 550mm lang bzw. tief (Mitte bis Mitte). Eine Läuferwanddicke liegt dabei z.B. im Bereich von 80 bis 120mm. Eine Binderwanddicke liegt dabei z.B. im Bereich von 120 bis 150mm.
Der Begriff „Binderwand“ hat sich im allgemeinen Sprachgebrauch etabliert. In der vorliegenden Beschreibung wird dieser Begriff synonym mit dem Begriff„Trennwand“ verwendet, insbesondere um klarzustellen, dass eine Läuferwand und eine Binderwand/Trennwand in derselben Bauweise hergestellt sein können, nämlich durch jeweils an deren Schmalseite aneinander gereihte Steine. Die„Läuferwand“ eines Horizontalkammerofens kann auch als längs in Ausdrückrichtung angeordnete Längswand beschrieben werden, und die „Binderwand“ kann auch als quer zur Ausdrückrichtung angeordnete Quer(trenn)wand beschrieben werden. An der Unterseite eines jeweiligen Heizkanals sind Verbrennungsluftöffnungen und Mischgasöffnungen vorgesehen, deren Funktion sich je nach Art der Beheizung (Mischgas- oder Kokosofengasbeheizung) wählen bzw. einstellen lässt. An der Unterseite mündet eine Koksofengasöffnung in den Heizkanal. Bei einer Kreisstromführung ist jeweils ein Paar von Heizkanälen über an der Unterseite der Ofenkammern angeordnete Abgasrezirkulationsöffnungen aneinander gekoppelt, so dass ein Zwillingsheizzug mit Kreisstromführung gebildet wird. Der Volumenstrom durch die Abgasrezirkulationsöffnungen kann wahlweise geregelt werden, insbesondere mittels einer am Boden in der Brennerebene angeordneten und dort verlagerbaren Justierrolle. In den Binderwänden sind Stufengas-Kanäle vorgesehen, die an einer oder mehreren Höhenpositionen Verbrennungsluft (Stufengas) in die Ofenkammer einleiten (Luftstufe bzw. Binderwandöffnung). Als ein übliches Verhältnis der in die Ofenkammer eingeleiteten Volumenströme kann genannt werden: ca. 30% durch den bodenseitigen Verbrennungslufteinlass, ca. 30% durch den bodenseitigen Mischgaseinlass, und ca. 40% durch den wenigstens einen Stufengaseinlass (Binderwandöffnung). Dieses Verhältnis kann analog auch für das Ausleiten der Gase aus der Ofenkammer eingestellt werden, je nach Leistungsanforderungen.
Oberhalb vom Abgas-Wendepunkt (Rezirkulations-Durchlass) kann zum Anpassen von Verkokungsparametern eine Bypassströmung in der Art eines Beheizungsdifferentials ausgebildet werden. Die Bypassströmung kann über eine insbesondere horizontale Wand bzw. Decke von den Heizzügen abgeschottet sein, in welcher Decke Durchlässe vorgesehen sind, die beispielsweise mittels Schiebersteinen abgedeckt oder bzgl. des Querschnitts eingestellt werden können.
Die zuvor genannte Veröffentlichung von K. WESSI EPE betrachtet insbesondere auch Maßnahmen an Öfen mit Zwillingsheizzügen, wobei in den 90er Jahren auch bereits herausgearbeitet wurde, dass die so genannte Kreisstrom-Anordnung Vorteile hinsichtlich einer möglichst niedrigen NOx-Konzentration liefern kann. Als Stand der Technik können die Patentschriften DE 34 43 976 C2 und DE 38 12 558 C2 beispielhaft genannt werden, in welchen der Aspekt einer optimalen Kreisstromrate und einer sinnvollen Höhenposition für gestufte Einleitung von Verbrennungsluft diskutiert wird, insbesondere am Beispiel des Koppers-Kreisstrom-Ofens. Darin wird auch erwähnt, dass eine Rückführung von Rauchgas in einer Höhenposition im Bereich der Heizzugsohle ein Absenken der Temperatur im jeweiligen Heizzug ermöglicht, mit dem Effekt einer Reduktion von NOx-Emissionen.
In der Offenlegungsschrift CN 107033926 A von August 2017 wird eine Anordnung mit Zwillingsheizzügen mit gestufter Einleitung von Verbrennungsluft und mit Kreisstromöffnungen beschrieben, welche beidseitig seitlich vom Stufenluftkanal angeordnet sind.
Auch wurde bereits mit einer bestimmten Art von Gasleit-Komponenten oder Füllkörpern experimentiert, um Einfluss auf die Wärmeverteilung im Koksofen nehmen zu können. Beispielsweise in der Patentschrift DE 39 16 728 C1 werden Beheizungsräume (Heizzüge) mit Einbauten in Form von durchlässigen Wabenkörpern bzw. Wabengittern oder Kugelschüttungen versehen, wobei abschnittweise auch bestimmte Arten der Rauchgasführung vorteilhaft sein sollen. Dabei geht es um eine Verbesserung der Strömungsverhältnisse in den Beheizungsräumen, und es wird auch vorgeschlagen, Verbrennungsluft in unterschiedlichen Höhenpositionen zuzuführen.
Auch mit bestimmten Beschichtungen zum effektiven Ableiten oder Rückstrahlen von Wärmeenergie von inneren Oberflächen wurde bereits experimentiert.
Die zuvor beschriebenen Maßnahmen direkt am oder im Koksofen bzw. Heizzug können hier als primäre Maßnahmen bezeichnet werden, also Maßnahmen, die den primären NOx-Bildungsmechanismen im Heizzug entgegen wirken sollen (insbesondere interne Rauchgasrückführung bzw. Kreisstrom, Stufung der Verbrennungsluft). Bei allen zuvor beschriebenen Maßnahmen muss beachtet werden, dass die hier beschriebenen Öfen üblicherweise bei Selbstzündung (insbesondere bei über 800°C) betrieben werden, so dass die entsprechende Maßnahme zum Kühlen oder Absenken der Gastemperatur nur unter engen Randbedingungen bzw. nur in einem engen Temperaturbereich erfolgen kann, insbesondere um zu vermeiden, dass die Verbrennung erlischt.
Ferner wurden auch bereits so genannte sekundäre Maßnahmen erprob, die stromab vom Koksofen in nachgeschalteten Anlagenkomponenten durchgeführt werden können, beispielsweise durch Verwendung selektiver Katalysatoren im Kamin (SCR oder DeNOx) zur Reduzierung des NOx-Anteiles im Rauchgas vor dessen Evakuierung in die Atmosphäre, oder die externe Rückführung bereits evakuierten Rauchgases aus dem Kamin zurück in den Koksofen. Unabhängig davon, wie effektiv diese nachgeschalteten Maßnahmen sind, scheitern sie in vielen Fällen an extrem hohen Kosten (bis zu 50% der Gesamtinvestition für den gesamten Koksofen) oder am zusätzlichen Wartungsaufwand. Diese Maßnahmen sind zwar effektiv, jedoch in vielen Fällen zu kostspielig.
Ferner kann die Patentanmeldung DE 40 06 217 A1 genannt werden, in welcher die Kombination mehrerer Maßnahmen umfassend sowohl Maßnahmen an Regeneratoren im Mittelbau des Ofens als auch Maßnahmen für externen Rauchgas-Kreisstrom beschrieben wird, mit dem Ziel homogener Beheizungs-Zustände und geringer NOx- Emission auch bei hohen Ofenkammern.
Nicht zuletzt sind auch Maßnahmen chemischer, reaktiver Art wie z.B. das Einleiten von CH4-Gas oder das Erhöhen der Feuchtigkeit durch Einspritzen von Wasser oder die Ammoniakeinspeisung erwogen worden. Das Einspritzen von Wasser oder Dampf ist jedoch nicht an beliebigen Stellen der Ofenkammer möglich, sondern insbesondere nur zentral auf einer mittleren Höhenposition; diese Maßnahme hat zudem auch nachteilige Effekte auf die verwendeten (Silikat-)Materialien. Eine Erhöhung der regenerativen Vorwärmtemperatur von Gas und Luft ist eine Maßnahme, die mittlerweile als ausgereizt und unökonomisch erachtet wird.
Im Jahr 2018 schien es jedenfalls noch undenkbar zu sein, dass die zuvor beschriebenen Anforderungen insbesondere mit den zuvor beschriebenen internen, primären Maßnahmen, sei es jeweils allein oder kumulativ, erfüllt werden können. Ein Absenken der NOx-Emissionen um einen beträchtlichen Faktor, insbesondere um einen Faktor im Bereich von 2 bis 5, dürfte damit nicht realisierbar sein, insbesondere nicht bis in einen Bereich unter 200mg/Nm3 oder unter 100mg/Nm3, zumindest nicht unter vertretbarem Aufwand, also nicht auf wirtschaftliche Weise.
T rotz der zuvor geäußerten Bedenken ist die vorliegende Erfindung auf die Optimierung von Koksöfen durch Maßnahmen direkt am Koksofen bzw. an dessen konstruktivem Aufbau ausgerichtet, insbesondere durch Maßnahmen am etablierten Beheizungssystem mit Heizzügen mit wenigstens einer Rezirkulationsöffnung, insbesondere mit Kreisstromführung, insbesondere um möglicherweise die Option zu schaffen, den Koksofen bei leistungsoptimierter Betriebsart auch ganz ohne nachgeschaltete Anlagenkomponenten betreiben zu können (ausschließlich interne, primäre Maßnahmen zur NOx-Minderung). Hierin kann eventuell ein großes Verbesserungspotential erhofft werden, mit großen Vorteilen auch für die Ofen befrei ber, und damit auch mit guten Chancen für eine Durchsetzung des technischen Konzeptes am Markt.
Bisherige Maßnahmen zielen vornehmlich auf die Absenkung von überproportional hoher NO-Bildung bei Koksofengasbeheizung ab, also bei Beheizung mit purem Koksofengas (nicht mit Mischgas) - bei Mischgasbeheizung sind diese Maßnahmen möglicherweise tendenziell weniger effektiv. Viele dieser Maßnahmen wirken sich möglicherweise sogar negativ auf die NOx-Bildung bei Mischgasbeheizung aus. Üblicherweise werden Kokereianlagen jedoch vorrangig durch Mischgasbeheizung betrieben; schätzungsweis ist die Mischgasbeheizung in mehr als 90% der Anwendungsfälle bzw. in mehr als 90% der Betriebsdauer die dominierende Beheizungsmethode (Koksofengasbeheizung z.B. nur in Notsituationen oder bei Wartungsarbeiten). Theoretisch müssten daher die auf die Koksofengasbeheizung gerichteten Maßnahmen ca. 10fach effektiver sein als eine Maßnahme für die Mischgasbeheizung, um über die Lebensdauer des Ofens in der Summe dieselbe NOx- Einsparung zu ermöglichen. Viele auf die Koksofengasbeheizung gerichtete Maßnahmen haben zudem den Nachteil erhöhter Druckverluste im Ofen, was dazu führt, dass bei der Anlagenplanung eine Unterdruckquelle mit erhöhter Leistung eingeplant werden muss.
Auch jüngere Maßnahmen zur Absenkung von überproportional hoher NO-Bildung betreffen bisher vornehmlich die Koksofengasbeheizung. Daher besteht Interesse an einer NOx-bezogenen Optimierung bestehender Beheizungsmethoden sowie des Heizzugdesigns speziell für die bisher in vielen Fällen weniger beachtete Beheizungsmethode der Mischgasbeheizung. Dabei können freilich zunächst einmal die bekannten primären NOx-Minderungstechnologien berücksichtigt werden.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Koksofenvorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben der Koksofenvorrichtung bereit zu stellen, womit NOx-Emissionen speziell für die Mischgasbeheizung gering gehalten werden können bzw. bei bestehenden oder neuen Anlagen auch bei Betrieb unter Volllast minimiert werden können, wobei die Koksofenvorrichtung ein vorteilhaft niedriges NOx-Emissionsniveau bevorzugt ohne nachgeschaltete Anlagenkomponenten ermöglichen soll. Insbesondere ist es Aufgabe, eine Koksofenvorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben der Koksofenvorrichtung bereit zu stellen, womit sich die NOx-Emissionen speziell bei Mischgasbeheizung durch Maßnahmen intern in den Heizzügen verringern lassen, insbesondere ausschließlich durch interne primäre Maßnahmen. Bevorzugt sollen derlei Maßnahmen speziell für die Mischgasbeheizung nur minimal größere Druckverluste erfordern; insbesondere sollen etwaige durch diese Maßnahmen erforderliche Druckverlustzunahmen im Ofen in einem unkritischen Bereich von weniger als 50Pa liegen. Letztlich sollen derlei Maßnahmen speziell für die Mischgasbeheizung möglichst auch kompatibel mit etwaigen Maßnahmen für die Koksofengasbeheizung sein, oder zumindest die Betriebsart der Koksofengasbeheizung nicht in besonderem Maße negativ beeinflussen, auch wenn die Koksofengasbeheizung nur zu einem geringen Anteil der jährlichen Betriebsdauer erfolgt. Dies würde eine vergleichsweise flexible Betriebsweise ermöglichen, also einen sehr variablen Ofen für ein breites Aufgabenspektrum. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Koksofenvorrichtung zum Herstellen von Koks durch Verkokung von Kohle oder Kohlemischungen zumindest bei Mischgasbeheizung und wahlweise auch bei zeitweiser Koksofengasbeheizung, wobei die Koksofenvorrichtung eingerichtet ist zur minimierten Stickoxidemission durch internen thermischen Energieausgleich mittels stahlwerkseigener Gase (insbesondere Hochofen-originärer Gase) und koksofeneigener Gase G1 ,G4,G5 durch Maßnahmen intern an der Koksofenvorrichtung, mit einer Vielzahl von Zwillingsheizzügen jeweils mit einem mit Gas beflammten Heizkanal und einem abgasführenden abwärts durchströmten Heizkanal, welche Heizkanäle jeweils paarweise durch eine (auch als Binderwand bezeichnete) Trennwand voneinander abgegrenzt und durch zwei einander gegenüberliegende Läuferwände von einer jeweiligen Ofenkammer abgeschottet sind, wobei die paarweisen Heizkanäle strömungstechnisch mittels wenigstens eines oberen koppelnden Durchlasses und auch mittels wenigstens eines unteren koppelnden Durchlasses jeweils für interne Abgasrezirkulation auf wenigstens einem Kreisstrompfad aneinander gekoppelt sind, wobei im unteren Bereich am Boden des jeweiligen Zwillingsheizzuges jeweils wenigstens ein Einlass aus der folgenden Gruppe vorgesehen ist: Koksofengas-Einlass, Verbrennungsluft-Einlass, Mischgas-Einlass; wobei am jeweiligen Boden das Verhältnis y1 :y2 des Abstandes y1 zwischen den zugewandten Kanten des Verbrennungsluft-Einlasses und des Mischgas-Einlasses zum Abstand y2 der Innenkanten (Innenoberflächen) der Trennwände eines jeweiligen Heizkanals mindestens 10% beträgt, wobei der Abstand y1 zwischen den zugewandten Kanten des Verbrennungsluft-Einlasses und des Mischgas-Einlasses dabei mindestens 50mm beträgt, wobei wenigstens einer der Verbrennungsluft- und Mischgas-Einlässe exzentrisch in einem x-Abstand größer Faktor 0,7 der absoluten x-Erstreckung des Heizkanals zwischen gegenüberliegenden Läuferwänden angeordnet ist. Dies ermöglicht mittels interner thermischer Maßnahmen eine Reduzierung von NOx- Emissionen. Erfindungsgemäß sind Verbrennungsluft-Einlass und Mischgas-Einlass in y-Richtung vergleichsweise weit voneinander beabstandet angeordnet, wobei ein relativer Mindestabstand bezüglich der gesamten y-Erstreckung des jeweiligen Heizkanals definiert wird. Erfindungsgemäß wird ferner ein absoluter Mindestabstand definiert (yl min = 50mm). Dies ermöglicht jeweils eine vorteilhafte Einflussnahme auf das Temperatur- und Strömungsprofil. Der Mindestabstand y1 liegt z.B. im Bereich von 60 bis 220mm. Der Abstand y2 zwischen gegenüberliegenden Trennwänden liegt z.B. im Bereich von 250 bis 400mm.
Die absolute Position des Mischgas-Einlasses kann dabei z.B. auch durch einen Minimalabstand zu den Läuferwänden in y- Richtung definiert werden, und/oder durch einen Minimalabstand zu den Trennwänden, insbesondere z.B. > 10mm zwischen Außenkante Mischgasöffnung und Innenkante Trennwand (Binderwand). Der Abstand zwischen Mischgasöffnung und Koksofengasdüse (relative Position) kann dabei in x- Richtung insbesondere mindestens 100mm betragen.
Erfindungsgemäß hat sich gezeigt, dass eine ökonomisch günstige Prozesstemperatur oberhalb von 1 250°C und damit eine hohe Anlagenleistung bei gleichzeitiger Einhaltung der oben beschriebenen strengen Grenzwerte basierend auf geometrischen Maßnahmen am Boden der Heizzüge mit gutem Effekt sichergestellt werden kann. Dabei kann auch eine etwaige Zunahme von Druckverlusten in vergleichsweise moderaten Grenzen gehalten werden. Durch die erfindungsgemäße relative bzw. absolute Positionierung des Mischgaseinlasses kann dabei auch auf besonders effektive Weise die gewünschte Temperaturverteilung realisiert werden.
Die bisher aufgrund des geringen Wasserstoffanteils als weniger kritisch erachtete Verbrennung von Mischgasen war bisher noch nicht Hauptgegenstand von stickoxidreduzierenden Weiterentwicklungen bei vertikalen Heizkanaldesigns bei Verbund-Koksöfen. Die Betriebsweise unter Mischgas-Beheizung betrifft jedoch oftmals einen beträchtlichen Anteil der absoluten Betriebsdauer eines Ofens. Erfindungsgemäß können besonders vorteilhafte NOx-reduzierende Effekte speziell bei der Mischgasbeheizung realisiert werden. Eine Vergrößerung des absoluten Abstandes der Austrittspositionen für die Verbrennungsmedien„Bodenluft“ und Mischgas“ insbesondere im Zusammenhang mit einem relativen Mindestabstand bezüglich der gesamten Erstreckung des Heizkanals in y-Richtung ermöglicht insbesondere eine Auslegung des Ofens unabhängig von den jeweils spezifischen Volumina oder Leistungsbereichen des Ofens.
Was die jeweilige Funktion der einzelnen Einlässe betrifft, so kann diese auch in Hinblick auf unterschiedliche Betriebsarten beschrieben werden: Für einen mit einem Stahlwerk verbundenen Verbundofen sind bei Mischgasbeheizung am Heizzugboden zwei Öffnungen bzw. Einlässe vorgesehen, nämlich ein Einlass für Mischgas und ein Einlass für (Verbrennungs-)Luft. Für einen Verbundofen unter Koksofengasbeheizung werden die Mischgaskanäle ebenfalls mit Luft beaufschlagt. Für einen Ofen, welcher für ausschließlich Koksofengasbeheizung konstruiert ist (so genannter Starkgasofen), wird nur ein Luft-Einlass benötigt (kein Mischgas-Einlass). Letztere konstruktive Ausgestaltung ist eher als Sonderfall zu verstehen.
Bei reiner Mischgasbeheizung ist dabei die Anordnung des Koksofengas-Einlasses vergleichsweise unwichtig; die relative Anordnung des Koksofengas-Einlasses kann daher je nach Anwendungsfall mehr oder weniger stark variiert werden, sei es in Längs und/oder in Querrichtung. Ein sinnvoller Kompromiss hängt dann auch von den zu erwartenden Betriebszeiten bei der jeweiligen Beheizungsart ab. Mittels der erfindungsgemäßen absoluten und relativen Anordnung der Einlässe für Verbrennungsluft und Mischgas kann für einen großen Anteil der absoluten Betriebsdauer für diverse unterschiedliche Ausgestaltungen von Öfen ein guter Kompromiss bei minimierten NOx-Emissionen geliefert werden.
Ein vergleichsweise großer Abstand der beiden Einlässe für Verbrennungsluft und Mischgas relativ zum Koksofengas- Einlass kann zwar als zweckdienlich oder sogar als optimal unterstellt werden; es hat sich jedoch gezeigt, dass die erfindungsgemäßen Effekte auch weitgehend unabhängig von der relativen Anordnung des Koksofengas- Einlasses realisiert werden können. Dies liefert auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung weitere konstruktive oder prozesstechnische Variablen (bzw. Freiheitsgrade) zur Anpassung eines Ofens an spezifische Anwendungen.
Beispielsweise wird ein Abstand y1 im Bereich von 100 bis 300mm vorgesehen. Beispielsweise wird ein Verhältnis y1/y2 im Bereich zwischen 30 und 60% gewählt (bzw. 0,3 und 0,6). Das Verhältnis y1/y2 kann dabei auch deutlich größer sein, beispielsweise bis zu 90% (bzw. 0,9). Bevorzugt liegt das Verhältnis y1/y2 in einem mittleren Bereich unter 0,5. Dies hat sich als vorteilhaft insbesondere auch in Hinblick auf eine Temperaturverteilung in vertikaler Richtung erwiesen.
Es hat sich gezeigt, dass eine Variation des Abstandes y1 als wirkungsvolle Maßnahme zur NOx-Optimierung genutzt werden kann. Insbesondere konnte ein positiver Effekt bei der erfindungsgemäßen Größe bzw. des erfindungsgemäßen Bereiches des Abstandes y1 auf die NOx-Bildung auf systematische Weise nachgewiesen werden. Bisher wurde seitens der Ofenbauer von einer Variation des Abstandes y1 abgesehen. Insbesondere wurde dieser Abstand nicht als Maßnahme für NOx-Einsparungen identifiziert. Es gab daher auch keinen Anlass für eine derart zweckgerichtete Variation des Abstandes y1 , insbesondere da eine Abstandsvariation auf den ersten Blick keinerlei systematische Rückschlüsse auf die NOx-Emissionen zulässt/zuließ.
Die x-Position der Verbrennungsluft- und Mischgas-Einlässe kann dabei insbesondere in Bezug auf deren Mittelpunkte definiert sein. Insbesondere kann wenigstens einer der Verbrennungsluft- und Mischgas-Einlässe, insbesondere dessen Mittelpunkt, exzentrisch in einem x-Abstand größer Faktor 0,8 der absoluten x-Erstreckung des Heizkanals zwischen gegenüberliegenden Läuferwänden angeordnet sein. Dieser Grad der Exzentrizität in x-Richtung kann auch eine vorteilhafte primäre Durchmischung der Gase vor Verbrennung sicherstellen.
Als stahlwerkseigene Gase sind dabei die im Zusammenhang mit der Stahlerzeugung stehenden Gase in weiterem Sinne zu verstehen, insbesondere auch so genanntes Konvertergas. Konvertergas wird streng genommen nicht der Roheisenerzeugung im Hochofen zugeordnet, sondern eher der dahinter befindlichen Prozesskette der eigentlichen Stahlerzeugung im Stahlwerk. Unter den Begriff „stahlwerkseigene Gase“ können insbesondere auch Kohlenwasserstoffanteile oder Erdgas subsumiert werden, insbesondere als Mischungs-Bestandteile.
Ein vergleichsweise kleines Verhältnis y1 :y2, insbesondere unter 15%, kann insbesondere bei eher großen Anlagen vorteilhaft sein.
Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht z.B. auch vergleichsweise moderate Flammentemperaturen bei vergleichsweise hoher Düsensteintemperatur, insbesondere eine Flammentemperatur bei Mischgasbeheizung von maximal etwa 1.600°C bei einer Düsensteintemperatur von mindestens 1.300°C oder 1.320°C.
Es hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemäße Anordnung sowohl bei einer konstruktiven Ausgestaltung der Zwillingsheizzüge in der Art einer„Rücken-an-Rücken“- Beheizung (jeweils vertikal gleich ausgerichtete Strömungsrichtung in benachbarten Zwillingsheizzügen) als auch bei einer konstruktiven Ausgestaltung der Zwillingsheizzüge in der Art einer vorwärts gerichteten Durchströmung (vertikal gegenläufige Strömungsrichtung in benachbarten Heizzügen) realisierbar ist. Dabei können bei der „Rücken-an-Rücken“-Beheizung wahlweise ein einzelner unterer Rezirkulationsdurchlass oder mehrere insbesondere paarweise Rezirkulationsdurchlässe vorgesehen sein. Dabei sind bei der vorwärts gerichteten Durchströmung bevorzugt paarweise untere Rezirkulationsdurchlässe vorgesehen.
Bei der Betriebsart „vorwärtsbrennend“ brennen beispielsweise die Heizzüge mit ungerader Nummer #1 , #3, #5, #7, #9,... (n+2), oder nach Beheizungsumstellung brennen die geraden Heizzüge mit den Nummern #2, #4, #6, #8, .... (n+2). Insbesondere ist in jeder Binderwand wenigstens eine Rezirkulationsöffnung vorgesehen. Bevorzugt werden bei dieser Art von Öfen wenigstens zwei untere Rezirkulationsöffnungen vorgesehen, welche den Stufenluftkanal in der Binderwand einfassen bzw. umgrenzen oder umgeben. Es hat sich gezeigt, dass mittels des durch die Rezirkulationsöffnungen strömenden Rauchgases zumindest teilweise eine verbrennungsinerte Zwischenschicht in horizontaler Richtung zu wenigstens einem der eingelassenen Medien (Gas und/oder Luft) gebildet werden kann. Es hat sich gezeigt, dass dadurch die Verbrennung in vertikaler Richtung verzögert werden kann, was sich günstig auf die Temperaturverteilung auswirken kann. Beispielsweise befinden sich in jeder Binderwand wenigstens zwei Rezirkulationsöffnungen pro Lage. Vorzugsweise in einer der untersten fünf Binderwandlagen befindet sich ein erstes Paar Rezirkulationsöffnungen. Insbesondere aus Stabilitätsgründen werden erst in der übernächsten, darüber befindlichen Lage (z.B. Vertikallage Nummer 3) weitere Öffnungen vorgesehen, die insbesondere parallel (symmetrisch) zu Lage Nummer 1 angeordnet sein können.
Bei der Betriebsart„Rücken-an-Rücken“ brennen insbesondere die Heizzüge Nummer #1 , #4, #5, #8, #9, ... (beginnend mit 1 , wobei n+3/n+1), oder nach der Beheizungsumstellung brennen die Heizzüge Nummer #2, #3, #6, #7, #10, #1 1 , ... (beginnend mit 2, wobei n+1/n+3). Es hat sich gezeigt, dass mittels des durch die Rezirkulationsöffnungen rückströmenden Rauchgases eine verbrennungsinerte Zwischenschicht zu wenigstens einem der eingelassenen Medien (Gas und/oder Luft) gebildet werden kann. Insbesondere ist in jeder zweiten Binderwand wenigstens eine Rezirkulationsöffnung vorgesehen. Beispielsweise ist eine (insbesondere vergleichsweise große) einzelne Rezirkulationsöffnung in der Mitte der Binderwand vorgesehen. Beispielsweise befinden sich Stufenluftkanal und Rezirkulationsöffnung(en) jeweils nur gemeinsam in der entsprechenden Binderwand. Bevorzugt ist in wenigstens einer der darüber befindlichen Wandlagen wenigstens eine weitere Rezirkulationsöffnung vorgesehen.
Die jeweilige Anordnung des wenigstens einen Rezirkulationsdurchlasses kann dabei weitgehend frei gewählt werden. Wahlweise kann dessen Anordnung relativ zu der Anordnung der weiteren Einlässe definiert werden. Wahlweise kann eine x-Koordinate und/oder eine z-Koordinate für die Anordnung des Mittelpunktes des Rezirkulationsdurchlasses vorgegeben werden. Beispielsweise ist der (unterste) Rezirkulationsdurchlass bzw. sind die (untersten) Rezirkulationsdurchlässe in einer Höhenposition kleiner 2m oberhalb vom Boden angeordnet. Gemäß einer Varianten sind je Höhenposition paarweise Rezirkulationsdurchlässe vorgesehen, insbesondere in symmetrischer Anordnung in Bezug auf die x-Erstreckung des Heizzuges. Beispielsweise sind ein oder zwei Paare von Rezirkulationsdurchlässen in wie Höhenpositionen auf derselben x-Koordinate wie wenigstens einer der Luft- und Mischgaseinlässe angeordnet.
Es hat sich gezeigt, dass es vorteilhaft ist, wenigstens einen der Luft- und Mischgaseinlässe in einem vergleichsweise kleinen x-Abstand zur nähergelegenen Läuferwand anzuordnen, insbesondere maximal 50mm oder sogar nur maximal 20mm oder 10mm.
Ferner hat sich gezeigt, dass die Luft- und Mischgaseinlässe optional vollständig überlappend in x-Richtung angeordnet sein können, also ohne dass ein Versatz realisiert wird, oder ohne dass der geometrisch kleinere Einlass über den geometrisch größeren Einlass in x-Richtung hinausragt. Ferner hat sich gezeigt, dass die Luft- und Mischgaseinlässe optional auch ganz ohne Überlappung in x-Richtung angeordnet sein können, also mit derart großem Versatz, dass eine Überlappung in x-Richtung nicht feststellbar ist.
Insbesondere ist je Heizzug nur einer der hier beschriebenen Typen von Einlässen vorgesehen, also nur ein Verbrennungslufteinlass und nur ein Mischgaseinlass.
Ferner hat sich gezeigt, dass die Verbrennungsluft vorzugsweis gestuft zugeführt werden kann, insbesondere zwecks zweistufiger Verbrennung über der gesamten Höhe des jeweiligen Heizzuges. Entsprechende Ausbuchtungen bzw. Einlässe für Stufenluft können je nach Anwendungsfall individuell optimiert angeordnet sein.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel beträgt das Verhältnis y1 :y2 mindestens 25%. Dies ermöglicht auch eine gute Verteilung bzw. Durchmischung der Gase über die gesamte Erstreckung des Heizkanals. Gemäß einem Ausführungsbeispiel beträgt der Abstand y1 mindestens 100mm, beispielsweise mindestens 150mm, beispielsweise 200 bis 250mm. Hierdurch lassen sich die Gasströmungspfade individueller einstellen und regeln.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel beträgt das Verhältnis y1 :y2 mindestens 35%, insbesondere maximal 50% oder maximal 60% oder maximal 70%. Es hat sich gezeigt, dass der Abstand y1 ausgehend von 10% oder 15% weiter vergrößert bzw. auch maximiert werden kann, ohne dass dies mit spürbaren Nachteilen hinsichtlich der NOx- Emissionen oder hinsichtlich weiterer Betriebsparameter des Ofens einhergehen muss. Dies eröffnet weitere konstruktive Freiheitsgrade.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel beträgt der Abstand y1 mindestens 150mm oder mindestens 200mm. Hierdurch kann auch bei vergleichsweise großvolumigen Öfen eine vorteilhafte relative Anordnung sichergestellt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel beträgt der Abstand y1 maximal 350mm oder maximal 375mm. Es hat sich gezeigt, dass Abstände y1 größer 400mm mit Nachteilen hinsichtlich weiterer Prozessparameter des Ofens einhergehen könnten. Erfindungsgemäß wird empfohlen, den Abstand auf eine Obergrenze unterhalb von 400mm zu limitieren.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel liegt der Abstand y1 im Bereich von 200mm bis 300mm oder im Bereich von 150mm bis 250mm. Diese Bereiche bzw. dieses Abstands- Spektrum hat sich bei vielen Versuchen als besonders vorteilhaft erwiesen. Eine exaktere Abstandsangabe kann jeweils in Abhängigkeit der Gesamterstreckung des Ofens bzw. der Heizkanäle definiert werden.
Bevorzugt ist der Abstand in jedem Heizzug der Koksofenvorrichtung gleich groß. Eine analoge Konstruktion bzw. symmetrische Ausgestaltung hinsichtlich aller Heizzüge hat auch thermische und konstruktive Vorteile. Ein vergleichsweise großes Verhältnis y1 :y2, insbesondere über 25% oder sogar über 35% oder 40%, kann insbesondere bei eher kleinen Anlagen vorteilhaft sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel definieren die geometrischen Mittelpunkte der Einlässe des jeweiligen Heizzuges und des wenigstens einen unteren koppelnden Durchlasses, insbesondere eines zu Verbrennungsluft- und Mischgas-Einlass entfernteren von mehreren unteren koppelnden Durchlässen, eine Dreieck- oder Viereckanordnung (Vieleckanordnung), deren Flächeninhalt (A) in Draufsicht mindestens 50cm2 beträgt, insbesondere mindestens 200cm2 oder mindestens 300cm2 oder mindestens 500cm2 oder mindestens 700cm2 oder mindestens 900cm2, insbesondere zwischen 1.000cm2 und 1.350cm2. Dies ermöglicht eine gute Verteilung von Stoff- und Energieströmen weitgehend unabhängig von individuellen konstruktiven Eigenheiten des jeweiligen Ofens. Es hat sich gezeigt, dass bereits ab einem Flächeninhalt von 200cm2 besonders starke Effekte realisiert werden können. Die Effekte können insbesondere ab 300cm2 oder 500cm2 weiter verstärkt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Dreieck- oder Viereckanordnung einen Flächeninhalt (A) in Draufsicht von maximal 2.000cm2 auf, insbesondere maximal 1.800cm2 oder maximal 1.500cm2 oder maximal 1.300cm2 oder maximal 700cm2, insbesondere zwischen 1.000cm2 und 1.300cm2. Diese Obergrenzen können einen vorteilhaften Bereich kennzeichnen, der auch konstruktiv noch auf vertretbare Weise realisierbar ist. Es hat sich gezeigt, dass der Flächeninhalt nicht zu groß gewählt sein darf, insbesondere um je nach Ofenkonfiguration möglicherweise nachteilig wirkende Nebeneffekte vermeiden zu können. Ein Flächeninhalt von weniger als 1.500cm2 kann dabei bereits besonders viele Ofen-Konfigurationen begünstigen, jedoch kann die Obergrenze insbesondere bei sehr großen bzw. hohen Ofenkammern auch größer als 1.500cm2 sein. Die jeweils bevorzugte Unter-/Obergrenze kann dabei auch z.B. von der Ofenkammerhöhe abhängig sein, wie z.B. im Zusammenhang mit der Figurenbeschreibung näher erläutert wird. Insbesondere kann die Untergrenze bei Ofenkammern mit einer Höhe größer sieben (7) Metern um 100 oder 200cm2 erhöht sein.
Eine relative Dreieck- oder Viereckanordnung, mit Eckpunkten definiert durch geometrische Mittelpunkte der Mischgas- und Verbrennungslufteinlässe und des (entfernteren) unteren Rezirkulationsdurchlasses (relative Lage-Geometrie relativ zueinander) liefert auch den Vorteil einer möglichst guten Nutzung des verfügbaren (Brenn-)Raumes, insbesondere derart dass das Mischungsverhältnis der Gase vorteilhaft einstellbar ist. Insbesondere kann bei einem vergleichsweise großen Flächeninhalt eine vorteilhafte Verteilung der Stoff- und Energieströme sichergestellt werden. Insbesondere dank breit verteilter Anordnung der Einlässe auf der verfügbaren Grundfläche kann eine in vertikaler Richtung besonders vorteilhafte (insbesondere stark verzögerte) Verbrennung für die üblichen Beheizungsarten (Mischgas- bzw. Koksofengas-Beheizung) sichergestellt werden.
Insbesondere werden die Eckpunkte der Dreieckanordnung durch die geometrischen Mittelpunkte der Mischgas- und Verbrennungslufteinlässe und durch den Mittelpunkt des (entfernteren) unteren Rezirkulationsdurchlasses definiert, also nach innen versetzt in Bezug auf eine Austrittsebene aus der entsprechenden Trennwand.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind am jeweiligen Boden die den Läuferwänden zugewandten Kanten des Verbrennungsluft-Einlasses und des Mischgas-Einlasses in unterschiedlich großem Abstand x1 , x2 zu wenigstens einer der beiden gegenüberliegenden Läuferwände des jeweiligen Zwillingsheizzuges angeordnet, insbesondere mit einem Abstands-Unterschied von mind. 10mm oder mind. 50mm. Der Versatz in x-Richtung ermöglicht dabei auch eine zusätzliche Differenzierung hinsichtlich Temperatur- und Strömungsverteilung.
Es hat sich gezeigt, dass die Abstände x1 , x2 zu den beiden Läuferwänden vergleichsweise frei eingestellt werden können. Auch können die jeweiligen Öffnungen/Einlässe sowohl in x- als auch in y-Richtung unterschiedlich groß sein und eine unterschiedliche Geometrie aufweisen. Die Einlässe können dabei auch bei gleichbleibendem Querschnitt in x-Richtung versetzt sein.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel beträgt der Querschnittsflächeninhalt des
Verbrennungsluft-Einlasses und/oder des Mischgas-Einlasses am jeweiligen Boden mindestens 30cm2 oder mindestens 50cm2. Hierdurch kann auch eine Abflachung von Temperaturspitzen weiter begünstigt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel beträgt der Querschnittsflächeninhalt des
Verbrennungsluft-Einlasses und/oder des Mischgas-Einlasses maximal 500cm2 oder maximal 400cm2. Diese vergleichsweise großen Flächeninhalte begünstigen auch einen großflächigen Wärmeeintrag.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die jeweilige Einlass-Querschnittsfläche vergleichsweise groß, insbesondere um einen Faktor 2 bis 3 größer als bisher übliche Querschnittsflächeninhalte. Im Stand der Technik werden nur deutlich kleinere Querschnittsflächeninhalte beschrieben, beispielsweise im Bereich von ca. 50 bis 100cm2. Beispielsweise beschreibt die zuvor genannte Veröffentlichung von K. WESSIEPE Abmessungen von 51 mm x 144mm, also nur ca. 75cm2.
Insbesondere kann dabei auch eine verbindende Öffnung zur Abgas- oder Rauchgas- Strömungsumkehr (Durchlass) mit einem Durchtrittsflächeninhalt von mindestens 500cm2 ausgestaltet sein. Dies ermöglicht nicht zuletzt auch, unerwünschte
Druckverlustzunahmen im Heizkanal in einem akzeptablen und auch in ökonomischer Hinsicht vorteilhaften Bereich zu halten, insbesondere bei weniger als 50Pa. Dies erspart nicht zuletzt auch eine verstärkte oder zusätzliche Unterdruckquelle. Anders ausgedrückt: Eine Erhöhung des Abgaskamins und/oder ein zusätzliches Gebläse ist nicht erforderlich.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Querschnittsgeometrie des Verbrennungsluft- Einlasses und/oder des Mischgas-Einlasses rechteckig oder elliptisch oder rund. Die Geometrie kann dabei z.B. auch in Hinblick auf konstruktive Vorgaben oder Stabilitäts- Aspekte optimiert werden. Insbesondere kann auch mittels justierbaren Austrittsöffnungen (Einlässen) für die Gase eine weitere Optimierung vorgenommen werden, insbesondere mittels Schiebersteinen.
Weitere Maßnahmen können weitere vorteilhafte Effekte erzielen. Insbesondere kann basierend auf einer Variation der Position der Einlässe in Hinblick auf eine asymmetrische Anordnung (zumindest für Bodenluft und Mischgas) eine weitere Optimierung erfolgen, z.B. durch nichtparallele Anordnung am Boden in Bezug zur Läuferwand.
Es hat sich gezeigt, dass mittels erfindungsgemäßer Maßnahmen insbesondere bei Mischgasbeheizung eine Absenkung der NOX-Bildung bzw. NOx-Emission im Vergleich zum Istzustand (Stand der Technik) um mind. 15% erzielbar ist. Dieser Prozentanteil mag auf den ersten Blick nicht revolutionär hoch erscheinen, kann jedoch einen wirtschaftlichen Betrieb begründen, insbesondere dann, wenn eine wirtschaftliche Funktionsweise aufgrund von Emissions-Vorgaben und aufgrund Einschränkung auf eine bestimmte Maximal-Temperatur bisher nicht möglich war.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist am jeweiligen Boden die Querschnittsfläche des Verbrennungsluft-Einlasses und/oder des Mischgas-Einlasses hinsichtlich Geometrie und/oder Größe justierbar ausgeführt, insbesondere mittels wenigstens eines verlagerbaren Schiebersteins und/oder mittels wenigstens einer auswechselbaren / demontierbaren Düse. Hierdurch lassen sich weitere Optimierungen realisieren, insbesondere auch während des Betriebs (Fein-Justage).
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der wenigstens eine obere, die beiden jeweiligen Heizkanäle eines jeweiligen Zwillingsheizzuges im oberen Bereich koppelnde Rezirkulations-Durchlass eingerichtet zur wechselseitigen Überführung von Gasen, wobei der Rezirkulations-Durchlass einen Querschnittsflächeninhalt von mindestens 250cm2 aufweist, insbesondere von maximal 1200cm2 oder maximal 1000cm2. Hierdurch kann eine Optimierung auch dank vergleichsweise großer Durchlass-Öffnungen auf vergleichsweise flexible Weise erfolgen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die paarweisen Heizkanäle strömungstechnisch mittels wenigstens zwei unteren koppelnden Durchlässen aneinander gekoppelt, wobei der Verbrennungsluft-Einlass zumindest annähernd in derselben x-Position angeordnet ist wie der entsprechende untere koppelnde Durchlass, insbesondere mit dem jeweiligen Mittelpunkt des Verbrennungsluft-Einlasses und des entsprechenden Durchlasses in einer Anordnung auf derselben x-Koordinate. Dies begünstigt auf besonders vorteilhafte Weise eine Durchmischung von Rezirkulations-Gas und Verbrennungsluft, insbesondere vor Verbrennung.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind der Verbrennungsluft-Einlass und der Mischgas-Einlass in x-Richtung versetzt in Bezug auf die gegenüberliegende Läuferwand angeordnet. Diese Variation kann eine gute Durchmischung begünstigen. Dabei können auch unterschiedliche Geometrien und/oder Querschnittsflächen vorgesehen sein.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel beträgt das Verhältnis x1 :y1 oder x2:y1 des Abstandes x1 , x2 des Verbrennungsluft-Einlasses und/oder des Mischgas-Einlasses zur gegenüberliegenden Läuferwand jeweils zum Abstand y1 mindestens 90% und/oder maximal 290%, insbesondere zwischen 200% und 250%. Anders ausgedrückt: die Einlässe bleiben in x-Richtung vergleichsweise weit von der Mitte entfernt, zumindest einer der Einlässe. Hierdurch kann die Gasverteilung weiter differenziert werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Verbrennungsluft-Einlass weiter innen näher zur gegenüberliegenden Läuferwand hin angeordnet als der Mischgas-Einlass (oder umgekehrt), insbesondere mit einem Abstandsunterschied von mind. 10mm oder mind. 50mm, insbesondere in einem zumindest annähernd mittigen Bereich mittig zwischen den gegenüberliegenden Läuferwänden. Durch einen solchen Versatz in y-Richtung können die Strömungspfade weiter aufgefächert werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Verbrennungsluft-Einlässe und die Mischgas-Einlässe eines Zwillingsheizzuges derart relativ zueinander angeordnet, dass eine die Einlässe verbindende Linie eine Diagonale ist oder sich zumindest annähernd diagonal durch den jeweiligen Heizkanal erstreckt, insbesondere eine geradlinige Diagonale durch die Mittelpunkte der Einlässe, insbesondere eine Diagonale in einem Winkel im Bereich von 40° bis 50° gegenüber der horizontalen x-Richtung, insbesondere eine durch die Eckpunkte zwischen Läufer- und Binderwand verlaufende Diagonale. Hierdurch lässt sich eine vorteilhafte lokale Diversifizierung von Temperatur- und Stofftransport im jeweiligen Heizzug einstellen. Die diagonale Ausgestaltung kann auch durch eine zumindest annähernd fluchtende Anordnung auf einer Linie zwischen diagonal gegenüberliegenden Ecken gekennzeichnet sein.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch eine Koksofenvorrichtung zum Herstellen von Koks durch Verkokung von Kohle zumindest bei Mischgasbeheizung, mit durch internen thermischen Energieausgleich minimierter Stickoxidemission, mit einer Vielzahl von Zwillingsheizzügen mit paarweise Heizkanälen, welche jeweils paarweise durch eine Trennwand voneinander abgegrenzt und durch zwei einander gegenüberliegende Läuferwände abgeschottet sind, wobei am Boden des jeweiligen Heizkanals wenigstens ein Einlass aus der folgenden Gruppe vorgesehen ist: Koksofengas-Einlass, Verbrennungsluft-Einlass, Mischgas-Einlass; wobei die paarweisen Heizkanäle strömungstechnisch mittels wenigstens eines oberen koppelnden Durchlasses und auch mittels wenigstens zwei unteren koppelnden Durchlässen jeweils für interne Abgasrezirkulation auf wenigstens einem Kreisstrompfad aneinander gekoppelt sind, wobei am jeweiligen Boden das Verhältnis des Abstandes zwischen den zugewandten Kanten des Verbrennungsluft-Einlasses und des Mischgas- Einlasses zum Abstand der Innenkanten der Trennwände mindestens 10% beträgt, wobei der Abstand zwischen den zugewandten Kanten des Verbrennungsluft-Einlasses und des Mischgas-Einlasses mindestens 50mm beträgt, wobei wenigstens einer der Verbrennungsluft- und Mischgas-Einlässe exzentrisch in einem x-Abstand größer Faktor 0,7 der absoluten x-Erstreckung des Heizkanals zwischen gegenüberliegenden Läuferwänden angeordnet ist; wobei die paarweisen Heizkanäle strömungstechnisch mittels wenigstens zwei unteren koppelnden Durchlässen aneinander gekoppelt sind, wobei der Verbrennungsluft-Einlass zumindest annähernd in derselben x-Position angeordnet ist wie der entsprechende untere koppelnde Durchlass, insbesondere mit dem jeweiligen Mittelpunkt des Verbrennungsluft-Einlasses und des entsprechenden Durchlasses in einer Anordnung auf derselben x-Koordinate, insbesondere in Kombination mit den Merkmalen einer zuvor beschriebenen Koksofenvorrichtung. Dies liefert zuvor genannte Vorteile, insbesondere in Hinblick auf primäre Durchmischung von Rezirkulations-Gas und Verbrennungsluft vor Verbrennung.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch eine Koksofenvorrichtung zum Herstellen von Koks durch Verkokung von Kohle zumindest bei Mischgasbeheizung und bei durch internen thermischen Energieausgleich minimierter Stickoxidemission, mit einer Vielzahl von Zwillingsheizzügen mit Heizkanälen, welche jeweils paarweise durch eine Trennwand voneinander abgegrenzt und durch zwei einander gegenüberliegende Läuferwände abgeschottet sind, wobei die paarweisen Heizkanäle strömungstechnisch mittels wenigstens eines oberen koppelnden Durchlasses und auch mittels wenigstens eines unteren koppelnden Durchlasses jeweils für interne Abgasrezirkulation auf wenigstens einem Kreisstrompfad aneinander gekoppelt sind, wobei im unteren Bereich am Boden des jeweiligen Heizkanals wenigstens ein Einlass aus der folgenden Gruppe vorgesehen ist: Koksofengas-Einlass, Verbrennungsluft-Einlass, Mischgas-Einlass; wobei am jeweiligen Boden das Verhältnis y1 :y2 des Abstandes y1 zwischen den zugewandten Kanten des Verbrennungsluft-Einlasses und des Mischgas-Einlasses zum Abstand y2 der Innenkanten der Trennwände mindestens 10% beträgt, wobei der Abstand y1 zwischen den zugewandten Kanten des Verbrennungsluft-Einlasses und des Mischgas-Einlasses mindestens 50mm beträgt, wobei wenigstens einer der Verbrennungsluft- und Mischgas- Einlässe exzentrisch in einem x-Abstand größer Faktor 0,7 der absoluten x-Erstreckung des Heizkanals zwischen gegenüberliegenden Läuferwänden angeordnet ist; insbesondere zuvor beschriebene Koksofenvorrichtung; wobei ferner der Abstand y1 mindestens 100mm beträgt, insbesondere mindestens 150mm, wobei der Verbrennungsluft-Einlass und der Mischgas-Einlass in x-Richtung versetzt in Bezug auf die gegenüberliegende Läuferwand angeordnet sind. Dies liefert zahlreiche zuvor genannte Vorteile.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch eine Koksofenvorrichtung zum Herstellen von Koks durch Verkokung von Kohle oder Kohlemischungen zumindest bei Mischgasbeheizung und wahlweise auch bei zeitweiser Koksofengasbeheizung, wobei die Koksofenvorrichtung eingerichtet ist zur minimierten Stickoxidemission durch internen thermischen Energieausgleich mittels stahlwerkseigener Gase und koksofeneigener Gase mit einer Vielzahl von Zwillingsheizzügen jeweils mit einem mit Gas beflammten Heizkanal und einem abgasführenden abwärts durchströmten Heizkanal, welche Heizkanäle jeweils paarweise durch eine Trennwand voneinander abgegrenzt und durch zwei einander gegenüberliegende Läuferwände von einer jeweiligen Ofenkammer abgeschottet sind, wobei die paarweisen Heizkanäle strömungstechnisch mittels wenigstens eines oberen koppelnden Durchlasses und auch mittels wenigstens eines unteren koppelnden Durchlasses jeweils für interne Abgasrezirkulation auf wenigstens einem Kreisstrompfad aneinander gekoppelt sind, wobei im unteren Bereich am Boden des jeweiligen Zwillingsheizzuges jeweils wenigstens ein Einlass aus der folgenden Gruppe vorgesehen ist: Koksofengas-Einlass, Verbrennungsluft-Einlass, Mischgas-Einlass, wobei der untere koppelnde Durchlass für die interne Abgasrezirkulation ein koppelnder Kanal ist, welcher sich zumindest abschnittsweise durch einen unterhalb der paarweisen Heizkanäle befindlichen Mittelbau-Bereich erstreckt und den mit Gas beflammten Heizkanal mit dem abgasführenden abwärts durchströmten Heizkanal verbindet. Vorteilhaft wird mittels des koppelnden Kanals das Rezirkulationsgas im Wesentlichen in vertikaler Richtung in den Gas beflammten Heizkanal eingebracht. Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist vielmehr ein im Wesentlichen horizontale Einströmrichtung des Rezirkulationsgases in diesen Gas beflammten Heizkanal bekannt. Dabei ist es möglich, dass der koppelnde Kanal sich derart unterhalb des Zwillingsheizzuges erstreckt, dass dessen Einlassöffnung zum Einlassen bzw. Aufnehmen des Rezirkulationsabgases im Bodenbereich des abgasführenden abwärts durchströmten Heizkanals ausgebildet ist, während dessen Auslassöffnung zum Auslassen des Rezirkulationsabgases im Bodenbereich des mit Gas beflammten Heizkanals ausgebildet ist. Es ist des Weiteren denkbar, dass zumindest die Einlassöffnung mittig zwischen der mittigen/koppelnden Trennwand und der dieser mittigen/koppelnden Trennwand gegenüberliegenden äußeren/abschottenden Trennwand ausgebildet ist. Auch ist es möglich, dass die Auslassöffnung mittig zwischen der mittigen/koppelnden Trennwand und der dieser mittigen/koppelnden Trennwand gegenüberliegenden äußeren/abschottenden Trennwand ausgebildet ist. Dabei weist die mittige/koppelnde Trennwand zumindest noch eine Durchlassöffnung bzw. einen koppelnden Durchlass, insbesondere einen oberen koppelnden Durchlass zur Rezirkulation des Rezirkulationsgases auf und ist zwischen den beiden Heizkanälen des Zwillingsheizzuges angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, dass zumindest die Auslassöffnung und/oder die Einlassöffnung dezentral zwischen der mittigen/koppelnden Trennwand und der dieser mittigen/koppelnden Trennwand gegenüberliegenden äußeren/abschottenden Trennwand ausgebildet ist/sind, insbesondere näher zur mittigen/koppelnden Trennwand in y-Richtung betrachtet. In x- Richtung betrachtet ist es möglich, dass die Einlassöffnung und/oder die Auslassöffnung mittig/zentral zwischen den entsprechenden Läuferwänden ausgebildet ist/sind. Auch eine dezentrale Ausgestaltung ist denkbar. Es ist weiterhin denkbar, dass der koppelnde Kanal eine Einlassöffnung und/oder eine Auslassöffnung aufweist, deren Größe, insbesondere Querschnittsgröße, ein Viertel, insbesondere ein Drittel der Bodenfläche des abgasführenden abwärts durchströmten Heizkanals bzw. des mit Gas beflammten Heizkanals abdeckt. Der koppelnde Kanal kann mit einem runden, ovalen, eckigen, insbesondere rechteckigem oder vieleckigem Querschnitt ausgebildet sein.
Der Mittelbau-Bereich stellt einen Block aus feuerfestem Material dar, welcher die einzelnen Verbrennungsschächte bzw. Zwillingsheizzüge mit den Regeneratoren (Luftvorwärmung) durch Kanäle verbindet. Durch diesen Mittelbau-Bereich erstrecken sich beispielsweise die Gaskanäle, in denen wechselseitig Brenngas und Luft aus dem Regenerator nach oben in den Zwillingsheizzug, insbesondere in den mit Gas beflammten Heizkanal zur Verbrennung sowie Abgas aus dem Zwillingsheizzug, insbesondere aus dem abgasführenden abwärts durchströmten Heizkanal in den Regenerator zur Evakuierung nach unten geführt werden.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Koksofenvorrichtung zum Herstellen von Koks durch Verkokung von Kohle oder Kohlemischungen bei optimierter minimierter Stickoxidemission durch internen thermischen Energieausgleich mittels stahlwerkseigener Gase (Hochofen originärer Gase) und koksofeneigener Gase durch Maßnahmen intern an der Koksofenvorrichtung zumindest bei Mischgasbeheizung und wahlweise auch bei zeitweiser Koksofengasbeheizung, insbesondere zum Betreiben einer zuvor beschriebenen Koksofenvorrichtung, wobei in einem jeweiligen Zwillingsheizzug der Koksofenvorrichtung mit einem beflammten Heizkanal und einem abgasführenden Heizkanal mittels wenigstens eines koppelnden Durchlasses durch eine T rennwand eine interne Abgasrezirkulation auf wenigstens einem Kreisstrompfad um die Trennwand herum eingestellt wird, wobei im unteren Bereich am Boden des jeweiligen Zwillingsheizzuges wenigstens zwei Gase aus der folgenden Gruppe eingelassen werden: Koksofengas, Verbrennungsluft, Mischgas, wobei die Gruppe der eingelassenen Gase zumindest die beiden Gase Verbrennungsluft und Mischgas umfasst; wobei am jeweiligen Boden die Verbrennungsluft und das Mischgas auf Strömungspfaden in einem Abstand y1 zueinander im Verhältnis y1 :y2 von mindestens 10% zum Abstand y2 der Innenkanten (Innenoberflächen) der Trennwände eines jeweiligen Heizkanals eingelassen werden, wobei der Abstand y1 dieser beiden eingelassenen Strömungspfade mindestens 50mm beträgt, wobei Verbrennungsluft und/oder Mischgas exzentrisch in einem x-Abstand größer Faktor 0,7 der absoluten x- Erstreckung des Heizkanals zwischen gegenüberliegenden Läuferwänden eingelassen werden. Dies liefert zuvor genannte Vorteile. Gemäß einer Ausführungsform werden am jeweiligen Boden die Querschnittsfläche des Verbrennungsluft-Einlasses und/oder des Mischgas-Einlasses hinsichtlich Geometrie und/oder Größe justiert, insbesondere mittels wenigstens eines Schiebersteins. Dies ermöglicht weitere Optimierungen.
Gemäß einer Ausführungsform beträgt die Flammentemperatur bei Mischgasbeheizung maximal 1.700°C oder maximal 1.600°C oder maximal 1.500°C, insbesondere bei einer Düsensteintemperatur von mindestens 1.300°C oder mindestens 1.320°C. Hierdurch kann auch ein vorteilhafter Rahmen bzgl. Betriebsparametern und Output geschaffen werden. Insbesondere kann die Vorrichtung wahlweise hinsichtlich maximiertem Output betrieben werden (keine strengen NOx-Grenzwerte), oder wahlweise hinsichtlich minimierter NOx-Emission. Im Vergleich zu bisher bekannten Vorrichtungen kann bei vergleichbar hoher NOx-Emission ein höherer Output erzielt werden.
Gemäß einer Ausführungsform werden die Gasströme im jeweiligen Heizzug derart eingestellt, dass das Verhältnis aus Flammentemperatur zu Düsensteintemperatur minimiert ist, insbesondere bei einer Düsensteintemperatur von mindestens 1.300°C oder 1.320°C. Ein derart minimiertes Verhältnis kann jeweils eine vergleichsweise homogene Temperaturverteilung kennzeichnen, mit möglichst wenigen oder kleinen Bereichen mit Temperaturspitzen. Dies liefert eine Prozessoptimierung auch hinsichtlich Output und Wirtschaftlichkeit.
Erfindungsgemäß kann eine Ausbauchung im Temperaturprofil über die Höhe homogenisiert werden. Bisher gab es bei vielen Konstruktionen üblicherweise einen zweistufigen Temperaturverlauf über die Höhe, jeweils mit einem vergleichsweise stark ausgeprägten „Bauch“ oder einer vergleichsweise krassen Ungleichverteilung. Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht eine Abflachung des Temperaturprofils, insbesondere über einen großen Höhenabschnitt des gesamten Heizzuges.
Gemäß einer Ausführungsform wird/werden am jeweiligen Boden mittels des jeweiligen Einlasses das Mischgas und/oder die Verbrennungsluft zumindest annähernd in vertikaler Richtung eingelassen. Alternativ kann am jeweiligen Boden mittels des jeweiligen Einlasses das Mischgas und/oder die Verbrennungsluft in gegenüber der Vertikalen geneigter Richtung eingelassen werden. Wahlweise kann am jeweiligen Boden das Mischgas und/oder die Verbrennungsluft mit einem Wirbel oder mit einem Drall-Impuls auf wenigstens einem spiralförmigen Strömungspfad eingelassen werden. Dies ermöglicht jeweils auch eine Fein-Justage von Strömungspfaden.
Gemäß einer Ausführungsform wird das eingelassene Gas (insbesondere Verbrennungsluft, Mischgas) und/oder das zirkulierende Gas in horizontaler Richtung ausgerichtet oder geführt, insbesondere auf mehreren Höhenniveaus, insbesondere mittels Pralleinbauten oder Prallplatten oder Steinen oder Schirmen, insbesondere jeweils aus Feuerfestmaterial. Dies ermöglicht weitere Optimierungsmaßnahmen hinsichtlich interner energetischer Durchmischung und Abflachung von Temperaturprofilen insbesondere über die Höhe des Heizzuges.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Gas (Verbrennungsluft und/oder Mischgas) mittels der Einlässe auf unterschiedlichen Höhenniveaus eingelassen, insbesondere mit dem Mischgas-Einlass auf einem Höhenniveau über dem Verbrennungsluft-Einlass, insbesondere mittels des Mischgas-Einlasses in einer Anordnung auf einem Sockel oberhalb des Bodens. Dies ermöglicht auch weitere Einflussnahme auf die Temperaturverteilung.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Koksofenvorrichtung zum Herstellen von Koks durch Verkokung von Kohle oder Kohlemischungen bei optimierter minimierter Stickoxidemission durch internen thermischen Energieausgleich mittels stahlwerkseigener Gase und koksofeneigener Gase durch Maßnahmen intern an der Koksofenvorrichtung zumindest bei Mischgasbeheizung und wahlweise auch bei zeitweiser Koksofengasbeheizung, insbesondere zum Betreiben einer Koksofenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem jeweiligen Zwillingsheizzug der Koksofenvorrichtung mit einem beflammten Heizkanal und einem abgasführenden Heizkanal mittels wenigstens eines koppelnden Durchlasses durch eine Trennwand eine interne Abgasrezirkulation auf wenigstens einem Kreisstrom pfad um die Trennwand herum eingestellt wird, wobei im unteren Bereich am Boden (5.4) des jeweiligen Zwillingsheizzuges wenigstens zwei Gase aus der folgenden Gruppe eingelassen werden: Koksofengas (G1 a), Verbrennungsluft (G1), Mischgas (Gi b), wobei die Gruppe der eingelassenen Gase zumindest die beiden Gase Verbrennungsluft (G1) und Mischgas umfasst. Dabei durchströmt ein Rezirkulationsgas der Abgasrezirkulation einen sich zumindest abschnittsweise unterhalb der paarweisen Heizkanäle befindlichen Mittelbau-Bereich erstreckenden und den mit Gas beflammten Heizkanal mit dem abgasführenden abwärts durchströmten Heizkanal verbindenden koppelnden Kanal derart, dass das Rezirkulationsgas im Wesentlichen in vertikaler Richtung in den Gas beflammten Heizkanal eingebracht wird. Im Wesentlichen bedeutet hier, dass das Rezirkulationsgas zumindest nahezu/annähernd/in etwa in vertikaler Richtung (z- Richtung) in den Heizkanal einströmt bzw. eingelassen wird.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch Verwendung von Verbrennungsluft- und Mischgas-Einlässen in einer Koksofenvorrichtung mit einer Vielzahl von Zwillingsheizzügen jeweils mit zwei Heizkanälen zum Herstellen von Koks durch Verkokung von Kohle oder Kohlemischungen zumindest bei Mischgasbeheizung und wahlweise auch bei zeitweiser Koksofengasbeheizung, insbesondere in einer zuvor beschriebenen Koksofenvorrichtung, wobei in einem jeweiligen Zwillingsheizzug mittels wenigstens eines koppelnden Durchlasses eine interne Abgasrezirkulation auf wenigstens einem Kreisstrompfad eingestellt wird, wobei die Einlässe zum Minimieren von Stickoxidemission durch internen thermischen Energieausgleich in einem Verhältnis y1 :y2 des Abstandes y1 zwischen zugewandten Kanten des Verbrennungsluft-Einlasses und des Mischgas-Einlasses zum Abstand der Innenkanten der Trennwände eines jeweiligen Heizkanals von mindestens 10% angeordnet sind, wobei der Abstand y1 zwischen den zugewandten Kanten des Verbrennungsluft-Einlasses und des Mischgas- Einlasses dabei mindestens 50mm beträgt. Dies liefert zuvor genannte Vorteile. Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch Verwendung von Verbrennungsluft und Mischgas zum Minimieren von Stickoxidemission durch internen thermischen Energieausgleich in Heizkanälen von einer Vielzahl von Zwillingsheizzügen einer Koksofenvorrichtung, insbesondere in einer zuvor beschriebenen Koksofenvorrichtung, wobei in einem jeweiligen Zwillingsheizzug mittels wenigstens eines koppelnden Durchlasses eine interne Abgasrezirkulation auf wenigstens einem Kreisstrompfad eingestellt wird, wobei die Verbrennungsluft und das Mischgas in einem Abstandsverhältnis y1 :y2 des Abstandes y1 zwischen ihren Einlässen und dem Abstand y2 der Innenkanten von Trennwänden eines jeweiligen Heizkanals von mindestens 10% und in einem Abstand zueinander von mindestens 50mm eingelassen werden, insbesondere bei einer Flammentemperatur bei Mischgasbeheizung von maximal 1.700°C oder maximal 1.600°C oder maximal 1.500°C, insbesondere bei einer Düsensteintemperatur von mindestens 1.300°C oder mindestens 1.320°C. Dies liefert zuvor genannte Vorteile, insbesondere bei um mindestens 20 Kelvin gegenüber bisherigen Betriebsarten (optional) erhöhter Düsensteintemperatur bei gleicher oder niedrigerer NOx-Emission.
Bei dem beschriebenen Verfahren ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einer Koksofenvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung wenigstens eines Ausführungsbeispiels anhand von Zeichnungen, sowie aus den Zeichnungen selbst. Dabei zeigt FIGURENBESCHREIBUNG Fig. 1A, 1 B, 1 C, 1 D, 1 E, 1 F, 1G, 1 H jeweils in schematischer Darstellung in geschnittenen Seitenansichten und Draufsichten Zwillingsheizzüge bzw. Koksöfen gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 2A, 2B, 2C, 2D, 2E jeweils in schematischer Darstellung in geschnittenen Seitenansichten und in Draufsichten Zwillingsheizzüge bzw. Koksofenvorrichtungen gemäß Ausführungsbeispielen;
Fig. 3, 4, 5, 6, 7 jeweils in schematischer Darstellung in Draufsicht eine relative
Anordnung von Einlässen gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 8 in schematischer Darstellung in Draufsicht eine relative Anordnung von
Einlässen gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 9 in schematischer Darstellung in Draufsicht konstruktive Größen bei
Zwillingsheizzügen;
Fig. 10A, 10B, 10C jeweils in schematischer Darstellung in Draufsicht eine relative
Anordnung der Einlässe relativ zu einem entfernteren unteren Rezirkulationsdurchlass gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 11 in schematischer Darstellung in Draufsicht eine relative Anordnung der
Einlässe relativ zu einem einzelnen unteren Rezirkulationsdurchlass gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 1 1 a in schematischer Darstellung in Draufsicht eine relative Anordnung der Einlässe relativ zu einem einzelnen unteren
Rezirkulationsdurchlass gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 12 in schematischer Darstellung in Draufsicht eine Illustration eines
Strömungsaustauschabschnitts bei einer relativen Anordnung der Einlässe gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 13A, 13B jeweils in schematischer Darstellung in Draufsicht eine Illustration eines
Strömungsaustauschabschnitts bei einer relativen Anordnung der Einlässe gemäß einem der Ausführungsbeispiele;
Fig. 14, 15, 16,
17 18, 19 jeweils in schematischer Darstellung in geschnittenen Seitenansichten
Zwillingsheizzüge gemäß Ausführungsbeispielen. Bei Bezugszeichen, die nicht explizit in Bezug auf eine einzelne Figur beschrieben werden, wird auf die anderen Figuren verwiesen. In Figuren, welche den Stand der Technik beschreiben, sind die Positionen und winkeligen Ausrichtungen der einzelnen Einlässe und Durchlässe oder Strömungspfade nur exemplarisch (insbesondere nur in einzelnen Heizkanälen) und nicht vollständig illustriert oder gegebenenfalls nicht exakt winkelig angeordnet.
In Figuren, welche die vorliegende Erfindung beschreiben, sind die Positionen und winkeligen Ausrichtungen der einzelnen Einlässe und Durchlässe oder Strömungspfade schematisch illustriert (insbesondere nur in einzelnen Heizkanälen), wobei die Beträge der jeweiligen Abstände in der Beschreibung näher definiert werden. Es ist anzumerken, dass für ein und dieselben Merkmale bei den Figuren zum Stand der Technik im Vergleich zu den Figuren, welche Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung aufzeigen, unterschiedliche Bezugszeichen verwendet wurden. Das wirkt sich jedoch nicht auf die Kombinierbarkeit der einzelnen Merkmale untereinander aus.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Figuren 1A, 1 B, 1 C, 1 D, 1 E, 1 F, 1 G, 1 H zeigen einen Koksofen 1 in der Art eines Horizontalkammerofens, mit mehreren Ofenkammern 2 jeweils mit Kohle-Charge. Die Ofenkammern 2 weisen eine Höhe von z.B. 6 bis 8m auf. Die Ofenkammern 2 sind durch Läuferwände 3 abgeschottet, die sich jeweils in einer yz-Ebene erstrecken. Zwischen zwei Läuferwänden 3 bilden paarweise Heizkanäle 5.1 , 5.2 jeweils einen Zwillingsheizzug 5, dessen Innenwandung 5.3 den (frei von Kohle) von Gasen durchströmten Heizraum von der jeweiligen Ofenkammer abgrenzt. Die Heizkanäle 5.1 , 5.2 werden abwechselnd als beflammter oder abgasführender Heizkanal betrieben, was ein Umschalten der Strömungsrichtung erfordert und in einem Zyklus von z.B. 20 Minuten erfolgt.
Die paarweisen Heizkanäle sind jeweils durch eine koppelnde Trennwand (Binderwand) 4 voneinander getrennt, in welcher oben und unten ein koppelnder Durchlass 4.4 vorgesehen ist, über welchen ein Kreisstrom 9 von rezirkuliertem Abgas realisierbar ist. Benachbarte Zwillingsheizzüge sind durch eine abschottende Trennwand 4a ganz ohne Durchlässe vollständig voneinander abgeschottet.
In den Trennwänden 4, 4a ist jeweils ein Stufenluftkanal 4.1 angeordnet, welcher über wenigstens eine Verbrennungsstufe 4.2 bzw. den entsprechenden Einlass oder Auslass an den Heizkanal gekoppelt ist. Die jeweilige Verbrennungsstufe 4.2 kann in einer charakterisierenden Höhenposition angeordnet sein. Beispielsweise werden zwei oder drei Höhenpositionen definiert, in welchen Stufenluft eingelassen wird.
Die jeweiligen Wände sind insbesondere aus Steinen gemauert, welche gemäß deren Abmessungen jeweils eine Wandlage definieren.
Die x-Richtung kennzeichnet die Breite des Ofens 1 , die y-Richtung kennzeichnet die Tiefe (bzw. die horizontale Ausdrückrichtung bei einem Horizontalkammerofen), und die z-Richtung kennzeichnet die Vertikale (Hochachse). Die Mittenlängsachse M des jeweiligen Heizkanals verläuft durch das in x- und in y-Richtung zentrisch in Bezug auf die Innenoberflächen/Innenwandungen angeordnete Zentrum des jeweiligen Heizkanals (nicht explizit gekennzeichnet; etwa im Zentrum der jeweiligen kreisumströmten Trennwand, insbesondere im Zentrum eines zentrisch angeordneten Stufenluftkanals). Der Begriff„zentrisch“ oder„Zentrum“ bezieht sich hier auf eine Mitte in der xy-Ebene, und der Begriff„mittig“ oder„Mitte“ bezieht sich hier auf die Höhen-Richtung (z).
In der so genannten Brennerebene 5.4 bzw. am Boden eines jeweiligen Heizkanals sind mehrere Einlässe angeordnet, nämlich ein (erster) Verbrennungsluft-Einlass 6, insbesondere für Koksofengasbeheizung, und ein weiterer Verbrennungsluft-Einlass 7, insbesondere für Mischgasbeheizung, und ein Koksofengas-Einlass 8. Über diese Einlässe eingeleitetes Gas strömt an den Wandoberflächen 4.3 der Trennwände sowie an den Innenwandungen der Läuferwände nach oben.
Als für den Ofenbauer/-betreiber charakteristische Temperaturen am Koksofen 1 lassen sich nennen: Düsensteintemperatur T1 , (Gas-)Temperatur T2 im jeweiligen Heizkanal, Temperatur T3 in der Ofenkammer. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein möglichst homogenes Profil betreffend Temperatur T2 (insbesondere auch in vertikaler Richtung).
Unter Bezugnahme auf die Figuren 1 F bis 1 H werden im Folgenden die einzelnen Gasströme beschrieben. Der Gasstrom G1 kennzeichnet neu eingelassenes bzw. zugeführtes Beheizungsgas bzw. Verbrennungsluft. Der Gasstrom G1 kann einen Gasstrom G1 a (Koksofengas) und/oder einen Gasstrom Gi b (Mischgas) umfassen. Der Gasstrom G4 kennzeichnet Rezirkulationsabgase, welche zurückgeführt bzw. im Kreis geführt werden. Der Gasstrom G5 kennzeichnet Gas bzw. Luft aus einer jeweiligen Verbrennungsstufe 4.2, 14.1 1 , und der Gasstrom G6 kennzeichnet Abgase, die aus dem jeweiligen Heizkanal oder Heizzug ausgeleitet werden.
Die in Fig. 1 D gezeigten Rezirkulations-Pfeile sind nur schematisch dargestellt und geben nicht exakt die Richtung des jeweiligen Gasstroms wieder.
Fig. 1 G zeigt schematisch ein Beheizungsdifferential 5.6 mit einzelnen Öffnungen 5.61 , über welche das Gas in einem Kopfbereich des Heizkanals umgeleitet werden kann. Das Beheizungsdifferential 5.6 ist durch eine (Zwischen-)Decke 5.7 vom jeweiligen Zwillingsheizzug abgeschottet. Das Beheizungsdifferential 5.6 ist unabhängig vom Kreisstrom 9. Ein Abstand E zwischen Beheizungsdifferential 5.6 und Durchlass 4.4 kann dabei individuell je Ofen konstruktiv ausgelegt werden. Das Bezugszeichen E kann dabei auch einen Querschnittsflächeninhalt charakterisieren. Bevorzugt beträgt der Querschnittsflächeninhalt E mindestens 300cm2 oder mindestens 340cm2.
Auf eine Illustration des unter der Brennerebene 5.4 angeordneten Mittelbaus des Ofens wird bewusst verzichtet, zwecks besserer Übersichtlichkeit. Im Mittelbau können das Zuleiten der Gase und das Regeln der Volumenströme erfolgen.
Die Figuren 2A, 2B, 2C, 2D, 2E zeigen eine Koksofenvorrichtung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel, umfassend: Ofenkammer 10.2, beflammte Heizkanäle 1 1 , Innenwandung 11.1 , abgasführende Heizkanäle 12, Zwillingsheizzüge 13, Trennwände 14 mit Innenoberfläche 14.3, abschottende Trennwände 14a ohne Durchlässe, Stufenluftkanäle 14.1 mit Verbrennungsstufen 14.11 , koppelnde Durchlässe 14.2, Ausbuchtungen 14.4, Läuferwände 15 mit Innenoberfläche 15.1 , Verbrennungsluft- Einlässe 16, Mischgas-Einlässe 17, Koksofengas-Einlässe 18, Schiebersteine 19.
Unter Bezugnahme auf die Figuren 2A, 2B, 2C, 2D, 2E werden im Folgenden die erfindungsgemäßen Abstände und Relativpositionen der einzelnen Einlässe und Durchlässe an weiteren Ausführungsbeispielen beschrieben.
In Fig. 2A ist schematisch (in einigen Heizkanälen) die paarweise Anordnung der Einlässe 16, 17 gegenüberliegend vom Einlass 18.
In Fig. 2B ist gezeigt, dass die Einlässe 16, 17 in x-Richtung vergleichsweise stark nach außen versetzt sind (exzentrisch), und dabei in y-Richtung zueinander vergleichsweise stark beabstandet sind. Die Anordnung des optionalen Koksofengas-Einlasses 18 ist unabhängig davon, bzw. kann weitgehend frei gewählt werden.
In Fig. 2C ist gezeigt, dass durch den Versatz in x- und in y-Richtung auch eine vorteilhafte relative Anordnung bezüglich der Stufenluft G4 realisiert werden kann. Der in Fig. 2C angedeutete Winkel für eine winkelige Ausrichtung der Einlässe kann individuell je Einlass variiert werden. Je nach Ausgestaltung des Mittelbaus kann z.B. ein Winkel im Bereich von 5 bis 10° ein rationaler Kompromiss aus zusätzlichem konstruktivem, anlagentechnischem Aufwand und erzielbaren wärmetechnischen und/oder strömungstechnischen Effekten sein.
Die in Fig. 2C gezeigten Durchlässe 14.2 bzw. der Stufengaseinlass 14.11 können in der Anordnung, Anzahl und Geometrie auch gemäß den in den weiteren Fig. gezeigten oder diskutierten Varianten variiert werden. Unter Bezugnahme auf die Figuren 2C und 2E werden im Folgenden die einzelnen Gasströme beschrieben. Der jeweilige Gasstrompfad GP1 kennzeichnet erfindungsgemäße Einströmpfade bzw. Strömungspfade für wenigstens eines der über die Einlässe eingeleiteten Gase G1 . Der jeweilige Gasstrompfad GP4 kennzeichnet Strömungspfade von rezirkuliertem Abgas/Rauchgas G4, und der jeweilige Gasstrompfad GP5 kennzeichnet Strömungspfade von gestuft eingeleitetem Gas G5.
Fig. 2D veranschaulicht insbesondere den vergleichsweise großen Abstand y1 .
Fig. 2E zeigt eine Ansicht analog jener gemäß Fig. 2C. Der in Fig. 2C, 2E illustrierte Einströmwinkel, insbesondere für Koksofengas, ist bevorzugt kleiner als 30°, insbesondere kleiner als 10° jeweils in Bezug auf die z-Achse. Der Einströmwinkel kann analog auch für die weiteren Einlässe 17, 18 realisiert werden.
Die in Bezug auf die jeweiligen Einlässe und Durchlässe erwähnten Abstände und Relativpositionen können sich reziprok auch auf die Abstände und Relativpositionen der jeweiligen Gastrompfade/Kreisstrompfade beziehen, zumindest in einem Abschnitt stromauf von einer nachfolgenden Durchmischung mit benachbarten Gasströmen.
Die Fig. 3 zeigt eine Anordnung mit den Einlässen 16, 17 auf derselben x-Koordinate (x1 =x2) in vergleichsweise großem Abstand zur gegenüberliegenden Läuferwand 15. Das Verhältnis y1 :y2 liegt im Bereich von 25% bis 30%, ist also vergleichsweise groß. Dabei ist y1 größer 50mm. Speziell bei dieser Anordnung kann auch der Vorteil flexiblen Ausgleichs von Druckverlusten sichergestellt werden.
Fig. 3 zeigt insbesondere einen vorteilhaft regulierbaren Eintrittsquerschnitt beider Öffnungen (Gas und Luft). Dies ermöglicht, neben Optimierungen zur internen Energieverteilung, auch verfahrenstechnische Variationen insbesondere auch im Zusammenhang mit den folgenden Situationen:
- vergleichsweise hoher Druckverlust (z.B. im Sommer) im Heizzug: Schieber geöffnet zwecks Minimierung des Druckverlustes; - Regulierung von Druckverlust und Durchflüssen insbesondere zur Anpassung der Leistungskapazität der Anlage (insbesondere je nach gewünschtem Koks-Output);
- Regulierung von Druckverlust und Durchflüssen insbesondere zur Anpassung der Betriebsparameter auf das Einsatzmaterial (Anpassung der so genannten Kohlebasis), z.B. bei zunehmendem Wassergehalt höherer Gasbedarf;
Bei allen gezeigten Ausführungsbeispielen können Innenecken zwischen den Wänden auch Radien aufweisen bzw. abgerundet sein, insbesondere auch aus Stabilitätsgründen, insbesondere auch in Form von so genannten Kopfbindern. Die erfindungsgemäßen Größenverhältnisse und Maßangaben sind unabhängig von derartigen Abrundungen; vielmehr beziehen sich die Größenverhältnisse und Maßangaben auf die Abstände von parallelen Wänden oder von zumindest annähernd parallelen Wandabschnitten, insbesondere auf die jeweils größten Abstände in der betreffenden Querschnittsebene.
Fig. 3 zeigt eine Anordnung, in welcher sich Lufteinlass 16 und Mischgaseinlass 17 in x- Richtung vollständig überlappen, wobei die Einlässe ohne x-Versatz angeordnet sind und zumindest annähernd dieselbe x-Erstreckung aufweisen.
Die Fig. 4 zeigt eine Anordnung mit den Einlässen 16, 17 auf unterschiedlichen x- Koordinaten (x1 >x2) in vergleichsweise großem Abstand y1. Das Verhältnis y1 :y2 liegt im Bereich von 25% bis 30%. Dabei ist y1 sehr viel größer als 50mm. Dabei ist die Erstreckung y2 in Bezug auf die Innenoberfläche der jeweiligen Trennwand als solcher (per se) bemaßt, insbesondere in Bezug auf den am weitesten beabstandeten Parallel- Abschnitt der Trennwand, also unabhängig von irgendwelchen optional vorgesehenen Ausbuchtungen 14.4 für Stufenluftkanäle. Derartige Ausbuchtungen 14.4 sind optional insbesondere aus Stabilitätsgründen bei vergleichsweise schmalen Trennwänden vorgesehen. Die y-Abmessung (Tiefe) liegt dabei z.B. im Bereich von 5 bis 40mm. Speziell bei einer Anordnung gemäß Fig. 4 kann auch der Vorteil großer Flexibilität hinsichtlich variierender Betriebsparameter sichergestellt werden. Fig. 4 zeigt insbesondere auch Maßnahmen hinsichtlich der Größe und Geometrie der Austrittsöffnungen. Dies ermöglicht, neben Optimierungen zur internen Energieverteilung, auch verfahrenstechnische Variationen insbesondere auch im Zusammenhang mit den folgenden Situationen:
- Parameteroptimierung insbesondere hinsichtlich Änderungen der Gasqualität: im Verlauf der Lebensdauer kann temporär oder permanent ein niederkaloriges Mischgas (insbesondere mit unteren Heizwerten kleiner als 4185kJ pro Nm3; typische untere Heizwerten von Mischgasen im Bereich von 4185 bis 5500kJ pro Nm3) zur Anwendung kommen;
- Variation des Gas/Luft-Verhältnisses am Boden über einen vergleichsweise großen Bereich mit gutem Effekt auf die vertikale Temperaturverteilung; dies kann insbesondere bei einer erforderlich werdenden Kapazitätsänderung des Ofens oder bei veränderter Beheizungsführung oder veränderter Kohlebasis vorteilhaft sein.
Fig. 4 zeigt eine Anordnung, in welcher der Lufteinlass 16 den Mischgaseinlass 17 in x- Richtung vollständig überlappt.
Die Fig. 5 zeigt eine Anordnung mit den Einlässen 16, 17 auf vergleichsweise deutlich/stark unterschiedlichen x-Koordinaten (x1 >x2) in vergleichsweise großem Abstand y1 , wobei die Einlässe 18 jeweils vergleichsweise weit mittig in x-Richtung angeordnet sind, insbesondere auch zumindest annähernd mittig in y-Richtung. Das Verhältnis y1 :y2 liegt im Bereich von 25% bis 30%. Dabei ist y1 größer 50mm. Das Verhältnis x2:x1 liegt z.B. im Bereich von 0,7. Speziell bei dieser Anordnung kann auch der Vorteil hoher Praktikabilität hinsichtlich Parametervariationen sichergestellt werden.
Fig. 5 zeigt insbesondere auch Maßnahmen hinsichtlich der Geometrie der Einlässe oder hinsichtlich deren Ausgestaltung als Düsen. Dies ermöglicht, neben Optimierungen zur internen Energieverteilung, auch verfahrenstechnische Variationen insbesondere auch im Zusammenhang mit den folgenden Situationen: - Luftöffnung am Boden in Ausgestaltung als Düse 16 (illustriert durch runde Querschnittsgeometrie); Düsen können insbesondere bei Zugang von oben von der Decke aus einfacher zugänglich und austauschbar sein als Schiebersteine.
Fig. 5 zeigt eine Anordnung, in welcher der Lufteinlass 16 den Mischgaseinlass 17 in x- Richtung vollständig überlappt.
Bei allen gezeigten Ausführungsbeispielen können die Koksofengas-Einlässe wahlweise auch in die Trennwand integriert sein, also nicht in y-Richtung beabstandet von der Trennwand angeordnet sein, sondern mit der Trennwand verbaut sein.
Die Fig. 6 zeigt eine Anordnung mit den Einlässen 16, 17 auf vergleichsweise deutlich/stark unterschiedlichen x-Koordinaten (x1 <x2) in mehr oder weniger maximal großem Abstand y1. Das Verhältnis y1 :y2 liegt im Bereich von 25% bis 30%. Dabei ist y1 sehr viel größer als 50mm. Das Verhältnis x1 :x2 liegt z.B. im Bereich von 0,7. Bei Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 6 können besonders vorteilhafte Effekte hinsichtlich NOx-Reduktion und auch hinsichtlich weiterer Betriebsparameter wie z.B. Druckverlust sichergestellt werden.
Bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 6 können die Luft- und Mischgaseinlässe 16, 17 insbesondere ganz ohne Überlappung in x-Richtung angeordnet sein.
Die Fig. 7 zeigt eine Anordnung vergleichbar zu jener gemäß Fig. 6, wobei der Versatz zwischen den Einlässen 16 und 17 invertiert ist (x1 >x2). Das Verhältnis y1 :y2 liegt im Bereich von 25% bis 30%. Dabei ist y1 sehr viel größer als 50mm. Das Verhältnis x2:x1 liegt z.B. im Bereich von 0,6 oder 0,5. Speziell bei dieser Anordnung kann der Vorteil einer sehr effektiven Durchmischung von rezirkuliertem Abgas mit Luft sichergestellt werden.
Bei Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 7 kann insbesondere dank der Anordnung des Lufteinlasses 16 im Bereich der Rezirkulationsöffnungen 14.2 (insbesondere vergleichbare x-Koordinate) Einfluss auf die Gaszusammensetzung vor deren Verbrennung genommen werden. Insbesondere wird das rezirkulierte Abgas mit der Luft kurz hinter der jeweiligen Rezirkulationsöffnung vermischt, insbesondere ohne dass dort bereits eine Verbrennung hervorgerufen wird. Diese verfahrenstechnische Anordnung kann auch als primäres Mischen von Rauchgas und Luft beschrieben werden. Effekt: Dank der erfindungsgemäßen Anordnung ist eine externe Rezirkulation von Rauchgas und Luft nicht erforderlich; dadurch können auch Maßnahmen hinsichtlich größerer Strömungsquerschnitte im Regenerator eingespart werden.
Bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 7 können die Luft- und Mischgaseinlässe 16, 17 insbesondere ganz ohne Überlappung in x-Richtung angeordnet sein, insbesondere asymmetrisch zu der in Fig. 6 gezeigten Anordnung.
Bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 6, 7 können insbesondere auch jeweils Schiebersteine vorgesehen sein.
Die Fig. 8 zeigt eine Anordnung gemäß dem Stand der Technik, mit den Einlässen 6, 7 auf vergleichbarer (insbesondere identischer) x-Koordinate und vergleichsweise stark zur x-Mitte hin versetzt, insbesondere in zumindest annähend mittiger x-Anordnung, wobei der Einlass 8 auf einer x-Koordinate im Bereich von Rezirkulationsöffnungen angeordnet ist. Der Abstand y1 ist durchschnittlich groß, und das das Verhältnis y1 :y2 ist durchschnittlich groß. Die x-Koordinate der Einlässe 6, 7, insbesondere von deren Mittelpunkten, beträgt ca. die Hälfte der absoluten x-Breite des jeweiligen Heizzuges, und liegt insbesondere innerhalb des folgenden Bereiches für das Verhältnis von absoluter x-Abstand der Läuferwände 15 zu x1 oder zu x2: Bereich von 0,4 bis 0,6.
Fig. 9 beschreibt eine beispielhafte Anordnung der erfindungsgemäßen Öffnungen im Kontext mit weiteren konstruktiven Details eines Ofens. Die Ofenteilung xO liegt insbesondere im Bereich von 1000 bis 1.800mm (Maß von Ofenkammerhälfte zu Ofenkammerhälfte; Mitte zu Mitte). Die Heizzugteilung yO liegt insbesondere im Bereich von 400 bis 550mm (Mitte Trennwand zu Mitte Trennwand). Die Trennwände 14 weisen z.B. eine Dicke (y-Abmessung) im Bereich von 130 bis 170mm auf. Die Läuferwände 15 weisen z.B. eine Dicke (x-Abmessung) im Bereich von 70 bis 130mm auf.
Die y-Erstreckung der Verbrennungsluft-Einlässe 16 liegt beispielsweise im Bereich größer gleich 50mm, bei einem Mindestabstand zur nächstliegenden Trennwand 14 von mindestens 50mm. Die y-Erstreckung der Mischgas-Einlässe 17 liegt beispielsweise im Bereich größer gleich 50mm, bei einem Mindestabstand zur nächstliegenden Trennwand 14 von mindestens 50mm. Die x- Erstreckung der Verbrennungsluft-Einlässe 16 liegt beispielsweise im Bereich größer gleich 100mm, bei einem Mindestabstand zur Läuferwand 15 von mindestens 50mm. Die x-Erstreckung der Mischgas-Einlässe 17 liegt beispielsweise im Bereich größer gleich 100mm.
Die Fig. 10A, 10B, 10C illustrieren insbesondere die Betriebsart„vorwärtsbrennend“, wobei beispielhaft paarweise Rezirkulationsdurchlässe vorgesehen sind. Fig. 10A beschreibt eine beispielhafte erfindungsgemäße Anordnung mit den Einlässen 16, 17, 18 in derart relativer Anordnung zum entfernteren unteren Rezirkulationsdurchlass 14.2 (jeweils Mittelpunkte), dass ein Viereck mit einem Flächeninhalt A aufgespannt wird. Der Flächeninhalt liegt beispielsweise im Bereich von 500cm2 bis 1.700 cm2, insbesondere im Bereich von 1.000cm2 bis 1.500cm2. Fig. 10A veranschaulicht ferner die Austrittsebene xz14 der Trennwand 14. Der relevante Eckpunkt des Vielecks liegt demgegenüber versetzt nach innen zur Wandmitte. Die Flächeninhalts-Angabe ist daher unabhängig von der Wandstärke der Trennwand 14.
Fig. 10B beschreibt eine beispielhafte erfindungsgemäße Anordnung mit den Einlässen 16, 17, 18 in derart relativer Anordnung zum entfernteren unteren
Rezirkulationsdurchlass 14.2 (jeweils Mittelpunkte), dass ein Viereck mit einem
Flächeninhalt A aufgespannt wird. Der Flächeninhalt liegt insbesondere im Bereich von 700cm2 bis 1 600cm2. Die Grundform des Vierecks ist trapezförmig.
Fig. 10C beschreibt eine beispielhafte erfindungsgemäße Anordnung mit den Einlässen 16, 17, 18 in derart relativer Anordnung zum entfernteren unteren Rezirkulationsdurchlass 14.2 (jeweils Mittelpunkte), dass ein Viereck mit einem Flächeninhalt A aufgespannt wird. Der Flächeninhalt liegt insbesondere im Bereich von 500cm2 bis 1 400cm2.
Es hat sich gezeigt, dass für die zuvor beschriebenen „vorwärtsbrennenden“ Ofen- Konfigurationen ein Flächeninhalt A im Bereich von 1 .100 bis 1 .500 cm2 besonders vorteilhaft sein kann. Je nach individueller Ausgestaltung des Ofens (Größe, Leistung) kann für den Flächeninhalt A ein vorteilhafter Bereich von 200cm2 bis 2.000cm2 definiert werden, insbesondere bevorzugt 500cm2 bis 1 .500cm2, insbesondere bei vergleichsweise großen Öfen mit einer Ofenkammer-Flöhe von mehr als sieben (7) Metern weiter bevorzugt 700cm2 bis 1 .500cm2, also bei den in den vergangenen Jahren bei vielen Anwendungen üblich gewordenen Flöhen von größer 7 Metern.
Die Figur 1 1 beschreibt eine beispielhafte erfindungsgemäße Anordnung unter Bezugnahme auf eine Ofen-Bauform mit nur einem unteren Rezirkulationsdurchlass, insbesondere bei so genannter„Rücken-an-Rücken“-Beheizung. Die Einlässe 16, 17, 18 sind derart relativ zueinander und relativ zum (einzigen) unteren Rezirkulationsdurchlass 14.2 (jeweils Mittelpunkte) angeordnet, dass ein Viereck mit einem Flächeninhalt A aufgespannt wird. Der Flächeninhalt liegt beispielsweise im Bereich von 300cm2 bis 1.300 cm2, insbesondere im Bereich von 800cm2 bis 1 .300cm2
Es hat sich gezeigt, dass bei dieser„Rücken-an-Rücken“-Konfiguration ein Flächeninhalt A im Bereich von 1 .000 bis 1 .250 cm2 besonders vorteilhaft sein kann. Je nach individueller Ausgestaltung des Ofens (Größe, Leistung) kann für den Flächeninhalt A ein vorteilhafter Bereich von 50cm2 bis 1 .800cm2 definiert werden, insbesondere bevorzugt 300cm2 bis 1 .300cm2, insbesondere bei vergleichsweise großen Öfen mit einer Ofenkammer-Flöhe von mehr als 7 Metern weiter bevorzugt 500cm2 bis 1 300cm2.
Bei den in den Figuren 10A bis 10C.und 1 1 gezeigten Anordnungen kann wahlweise auch ein Dreieck aufgespannt werden, nämlich für den Fall, dass der Starkgaseinlass 18 auf einer Verbindungslinie von einem der weiteren Einlässe 16, 17 zum Mittelpunkt des Rezirkulationsdurchlasses 14.2 angeordnet ist (vgl. hierzu insbesondere Fig.1 1 ), oder für den Fall, dass der Einlass 16 auf einer Verbindungslinie zwischen dem Einlass 17 und dem Rezirkulationsdurchlass 14.2 angeordnet ist. Insbesondere ist in der Fig.1 1 a eine schräge, insbesondere ungleiche Anordnung der Einlässe 16 und 17 in Hinblick auf eine sich zwischen den Trennwänden 14 erstreckenden und parallel zur Läuferwand 15 verlaufenden Geraden G gezeigt. Abweichend zur Ausführungsform der Fig. 1 1 sind die Einlässe 16, 17 gemäß der Fig.1 1 a nicht mehr parallel zueinander, insbesondere mit deren Mittelpunkte auf der oben genannten Gerade G liegend ausgebildet. Das bedeutet, dass der Einlass 17, insbesondere dessen Mittelpunkt auf der oben genannten Geraden G angeordnet (ausgebildet) ist, während der Einlass 16, insbesondere dessen Mittelpunkt in Richtung des Rezirkulationsdurchlasses 14.2 versetzt zur Geraden G ausgebildet ist oder vice versa.
Bei den in den Figuren 10A bis 10C und 1 1 gezeigten Anordnungen definieren die geometrischen Mittelpunkte der Einlässe des jeweiligen Heizzuges und des wenigstens einen unteren koppelnden Durchlasses, insbesondere eines zu Verbrennungsluft-und Mischgas-Einlass entfernteren von mehreren unteren koppelnden Durchlässen, eine Viereckanordnung, deren Flächeninhalt in Draufsicht mindestens 50cm2 beträgt, bevorzugt mindestens 200cm2 oder mindestens 300cm2 oder mindestens 500cm2 oder mindestens 700cm2.
Bei den zuvor beschriebenen Anordnungen können die Höhenpositionen der Einlässe nach unten oder nach oben in Bezug auf die Brennerebene variieren, wie zuvor allgemein beschrieben.
Fig. 12 beschreibt eine relative Anordnung vom Mischgaseinlass 17 relativ zum Verbrennungslufteinlass 16 gemäß dem Stand der Technik. Ein sich zwischen diesen beiden benachbarten Einlässen 16, 17 ergebender Strömungsaustauschabschnitt B, im Sinne einer strömungstechnisch wirkenden Kontaktfläche zwischen zwei unterschiedlichen Gasarten oder Gasmischungen, ist orthogonal zu Querverbindungen zwischen diesen Einlässen angeordnet. Es hat sich gezeigt, dass diese Anordnung bei vergleichsweise kleinem y-Abstand und vergleichsweise großer Strömungsaustauschfläche zu einer starken Durchmischung bereits kurz oberhalb von den Einlässen führt, mit dem Effekt, dass sich eine hohe Temperatur (zu hohe Maximaltemperatur) einstellt und eine nachteilig hohe NOx-Emission nicht oder nur mittels Gegenmaßnahmen vermieden werden kann.
Fig. 13A zeigt eine relative Anordnung vom Mischgaseinlass 17 relativ zum Verbrennungslufteinlass 16 gemäß einer der Maßnahmen gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Strömungsaustauschabschnitt B ist vergleichbar groß wie in der Anordnung gemäß Fig. 12. Die Einlässe überlappen vollständig und sind zumindest in x-Richtung gleich groß ausgestaltet. Jedoch ist der Abstand in y-Richtung deutlich größer als bei der Anordnung gemäß Fig. 12, mit dem Effekt, dass die Durchmischung von Luft und Mischgas (zeitlich bzw. in Bezug auf die Flöhenrichtung) verzögert werden kann und/oder eine weniger starke Durchmischung erfolgt. Bei dieser Anordnung ist die vergleichsweise große Strömungsaustauschfläche nicht von Nachteil.
Fig. 13B zeigt eine Anordnung, bei welcher aufgrund seitlichen x-Versatzes die Strömungsaustauschfläche bzw. der Strömungsaustauschabschnitt B verkleinert ist. Exemplarisch ist auch hier der Strömungsaustauschabschnitt B orthogonal zu Querverbindungen zwischen den Einlässen aufgetragen. Die Einlässe überlappen sich nur ganz leicht oder optional auch gar nicht. Der y-Abstand ist vergleichbar groß zu jenem gemäß der Anordnung in Fig. 13A. Es hat sich gezeigt, dass bei dieser kombinierten Maßnahme die Durchmischung von Luft und Mischgas signifikant verzögert werden kann, und dass eine sehr vorteilhafte Temperaturverteilung insbesondere über die Flöhe des Fleizzuges und wahlweise auch in weiteren Dimensionen des Fleizzuges sichergestellt werden kann. Die NOx-Emissionen können sehr effektiv vermindert werden.
Die Figuren 14, 15, 16, 17, 18 und 19 zeigen jeweils Ausführungsbeispiele eines Zwillingsheizzuges 13 einer erfindungsgemäßen Koksofenvorrichtung. In den Figuren 14 und 15 ist zudem schematisch ein Beheizungsdifferential 5.6 mit einzelnen Öffnungen 5.61 gezeigt, über welche das Gas in einem Kopfbereich des Heizkanals umgeleitet werden kann. Das Beheizungsdifferential 5.6 ist durch eine (Zwischen-)Decke 5.7 vom jeweiligen Zwillingsheizzug 13 abgeschottet. Das Beheizungsdifferential 5.6 ist unabhängig vom Kreisstrom 9. Zwecks der Übersichtlichkeit wurde lediglich in der Figur 14 ein Mittelbau bzw. ein Mittelbau-Bereich 30 sowie ein angrenzender Regeneratorbereich 40 schematisch dargestellt. Diese Bereiche sind jedoch auch auf die Ausführungsbeispiele der Figuren 15, 16, 17, 18 und 19 zu übertragen. Der Mittelbau-Bereich 30 ist dabei zumindest abschnittsweise unterhalb der Brennerebene 5.4, insbesondere unterhalb des Bodens bzw. des Bodenbereiches 5.4 des Zwillingsheizzuges 13 bzw. der entsprechenden Kanäle ausgebildet. Im Mittelbau- Bereich 30 erfolgen das Zuleiten der Gase und das Regeln der Volumenströme. Der koppelnde Kanal 20 erstreckt sich zumindest abschnittsweise innerhalb des Mittelbau- Bereiches 30 und weist eine Einlassöffnung 21 und eine Auslassöffnung 22 auf. Die Einlassöffnung 21 ist im Bodenbereich 5.4 des abgasführenden abwärts durchströmten Heizkanals 12 ausgebildet, um Rezirkulationsabgas G4 aus dem abgasführenden abwärts durchströmten Heizkanal 12 durch den koppelnden Kanal 20 und über die Auslassöffnung 22 in den mit Gas beflammten Heizkanal 1 1 zu überführen. Dabei wird das Rezirkulationsabgas G4 vorteilhaft in vertikaler Richtung in den mit Gas beflammten Heizkanal 1 1 eingebracht und muss nicht erst, wie aus dem Stand der Technik (siehe Figur 1 G) aus der im Wesentlichen horizontalen Richtung in eine vertikale Richtung umgelenkt werden.
Wie im Ausführungsbeispiel der Figur 14 oder im Ausführungsbeispiel der Figur 18 oder im Ausführungsbeispiel der Figur 19 gezeigt, weist der Zwillingsheizkanal 13 lediglich einen oberen koppelnden Durchlass. 14.2 auf, welcher sich durch die koppelnde Trennwand 14 erstreckt. Ein unterer koppelnder Durchlass 14.2, welcher zur Ermöglichung einer Rezirkulation des Rezirkulationsgases G4 erforderlich ist, wird dabei durch den koppelnden Kanal 20 gebildet. Das bedeutet, dass die koppelnde Trennwand 14 derart ausgestaltet ist, dass diese den Boden 5.4 des Zwillingsheizzuges 13 kontaktiert, sodass zwischen diesem Boden 5.4 und der koppelnden Trennwand 14 kein koppelnder Durchlass 14.2 ausgebildet ist. Auch weist die koppelnde Trennwand 14 keine weiteren Öffnungen oder Durchlässe auf, welche als koppender Durchlass 14.2 dienen, sodass lediglich ein einzelner Kreisstrom 9 zur Rezirkulierung des Rezirkulationsabgases G4 zur Anwendung gelangt. Zusätzlich zu den oben bereits hinreichend beschriebenen Gaseinlässen G1 und G1 a sowie Gasauslässen G6 im Bodenbereich 5.4 der jeweiligen Heizkanäle 1 1 , 12 ist auch wenigstens ein Gaseinlass für Stufenluftgas G5, oder, wie in Figur 19 gezeigt, wenigstens zwei Gaseinlässe für Stufengas G5 sowie wenigsten ein zusätzlicher Gasauslass für Abgas G6 in den Bereichen der abschottenden Trennwände 14a, oder wie in der Figur 18 gezeigt im Bereich der koppelnden Trennwand 14 ausgebildet.
Abweichend zum Ausführungsbeispiel der Figur 14 weist das Ausführungsbeispiel der Figur 15 mehr als nur einen koppelnden Durchlass 14.2, sondern drei sich im Bereich der koppelnden Trennwand 14 ausgebildeten koppelnden Durchlässe 14.2 auf, welche zusätzlich zum koppelnden Kanal 20, der als unterster koppelnder Durchlass verstanden werden kann, ausgebildet sind. Mit deren Hilfe kann das Rezirkulationsgas G4 in zwei Kreisströmen 9, nämlich einem inneren Kreisstrom und einem äußeren Kreisstrom innerhalb des Zwillingsheizzuges 13 rezirkulieren bzw. rezirkuliert werden.
Im Gegensatz zu den Ausführungsbeispielen der Figuren 14 und 15 weisen die Ausführungsbeispiele der Figuren 16 und 17 kein Beheizungsdifferential auf. Gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 16 sind drei koppelnde Durchlässe 14.2 ausgebildet, wobei einer dieser koppelnden Durchlässe 14.2 durch den koppelnden Kanal 20 ausgebildet wird, der wieder den untersten koppelnden Durchlass 14.2 darstellt. Es ist folglich ein oberer koppelnde Durchlass 14.2 zwischen der koppelenden Trennwand 14 und der Decke 5.8 des Zwillingsheizzuges 13 und ein unterer koppelnder Durchlass 14.2 zwischen der koppelnden Trennwand 14 und einem Boden 5.4 des Zwillingsheizzuges 13 ausgebildet. Ein zusätzlicher Gasauslass zum Abführen eines Abgases G6 ist in der koppelnden Trennwand 14 vorgesehen.
Das in der Figur 17 gezeigte Ausführungsbeispiel ähnelt im Wesentlichen dem in der Figur 15 gezeigten Ausführungsbeispiel hinsichtlich der Anzahl und Anordnung der koppelnden Durchlässe 14.2 bzw. des koppelnden Kanals 20. Jedoch sind in der Figur 17 eine Vielzahl, insbesondere zwei in vertikaler Richtung (z-Richtung) übereinander angeordnete Stufenluftkanäle bzw. Stufenluftkanalauslässe 4.2 gezeigt, welche Stufenluft G5 in den mit Gas beflammten Heizkanal 1 1 einbringen. Es ist auch denkbar mehr als zwei Stufenluftkanäle auszubilden. Zudem ist ein zusätzlicher Auslass für Abgas G6 in einer abschottenden Trennwand 14a des abgasführenden Heizkanals 12 ausgebildet.
Bezugszeichenliste:
1 Koksofen, insbesondere Horizontalkammerofen
2 Ofenkammer mit Kohle-Charge
3 Läuferwand
4 koppelnde Trennwand bzw. Binderwand
4a abschottende Trennwand ohne Durchlässe
4.1 Kanal bzw. Stufenluftkanal in Trennwand
4.2 Verbrennungsstufe bzw. Einlass oder Auslass am Stufenluftkanal vom/zum Heizkanal
4.3 Wandoberfläche
4.4 zwei Heizkanäle koppelnder Durchlass
(bzw. Abgasumkehrstelle bzw. Umkehrstelle für Beheizungsgas)
5 Zwillingsheizzug (paarweise Anordnung von zwei Vertikalheizzügen)
5.1 beflammter Heizkanal (Vertikalheizzug)
5.2 abgasführender Heizkanal (Vertikalheizzug)
5.3 Innenwandung
5.4 Brennerebene bzw. Boden eines Heizkanals / Bodenbereich
5.6 Beheizungsdifferential
5.61 einzelne Öffnung im Beheizungsdifferential
5.7 (Zwischen-) Decke eines Heizkanals
5.8 Decke
6 (erster) Verbrennungsluft-Einlass, insbesondere für Koksofengasbeheizung
7 weiterer Verbrennungsluft-Einlass bzw. Einlass für Mischgasbeheizung
8 Koksofengas-Einlass bzw. Koksofengas-Düse
9 Kreisstrom
10 Koksofenvorrichtung, insbesondere mit Horizontalkammerofen
10.2 Ofenkammer
11 beflammter Heizkanal (Vertikalheizzug)
11.1 Innenwandung 12 abgasführender Heizkanal (Vertikalheizzug)
13 Zwillingsheizzug (paarweise Anordnung von zwei Vertikalheizzügen)
14 Trennwand bzw. Binderwand
14a abschottende Trennwand ohne Durchlässe
14.1 Kanal bzw. Stufenluftkanal in Trennwand
14.11 Verbrennungsstufe bzw. Stufenluft-Einlass oder Auslass am Stufenkanal vom/zum Heizkanal
14.2 zwei Heizkanäle koppelnder Durchlass
14.3 Innenoberfläche der Trennwand
14.4 Ausbuchtung für Stufenluftkanal
15 Läuferwand
15.1 Innenoberfläche der Läuferwand
16 (erster) Verbrennungsluft-Einlass bzw. Lufteinlass,
insbesondere für Koksofengasbeheizung
17 weiterer Verbrennungsluft-Einlass bzw. Mischgaseinlass,
insbesondere für Mischgasbeheizung
18 Koksofengas-Einlass bzw. Koksofengas-Düse
19 Schieberstein
20 koppelnder Kanal
21 Einlassöffnung
22 Auslassöffnung
30 Mittelbau-Bereich
40 Regeneratorbereich
A Flächeninhalt Vieleck-Anordnung (Dreieck oder Viereck)
B Strömungsaustauschabschnitt
E Abstand zwischen Beheizungsdifferential und Durchlass
G1 Beheizungsgas bzw. Verbrennungsluft
G1a Koksofengas Gi b Mischgas
G4 Rezirkulationsabgas
G5 Stufengas bzw. Stufenluft aus Verbrennungsstufe
G6 Abgas
GP1 Einströmpfad bzw. Strömungspfad für wenigstens eines der über die Einlässe eingeleiteten Gase
GP4 Strömungspfad von rezirkuliertem Abgas/Rauchgas
GP5 Strömungspfad von gestuft eingeleitetem Gas
M Mittenlängsachse des jeweiligen Heizkanals
T 1 Düsensteintemperatur
T2 (Gas-)Temperatur im Heizzug/Heizkanal
T3 Temperatur in der Ofenkammer x horizontale Richtung (Breite oder Länge; Längserstreckung Binderwand) xO Ofenteilung
x1 Abstand des Verbrennungsluft-Einlasses zur gegenüberliegenden Läuferwand x2 Abstand des Mischgas-Einlasses zur gegenüberliegenden Läuferwand xz14 Austrittsebene Trennwand
y Tiefe bzw. horizontale Ausdrückrichtung (Längserstreckung Läuferwand) yO Heizzugteilung
y1 Abstand zwischen zugewandten Kanten des Verbrennungsluft-Einlasses und des Mischgas-Einlasses
y2 Abstand der Innenkanten der Trennwände
z vertikale Richtung (Hochachse)

Claims

Patentansprüche:
1. Koksofenvorrichtung (10) zum Herstellen von Koks durch Verkokung von Kohle oder Kohlemischungen zumindest bei Mischgasbeheizung und wahlweise auch bei zeitweiser Koksofengasbeheizung, wobei die Koksofenvorrichtung eingerichtet ist zur minimierten Stickoxidemission durch internen thermischen Energieausgleich mittels stahlwerkseigener Gase und koksofeneigener Gase (G1 , G4, G5), mit einer Vielzahl von Zwillingsheizzügen (13) jeweils mit einem mit Gas beflammten Heizkanal (11) und einem abgasführenden abwärts durchströmten Heizkanal (12), welche Heizkanäle jeweils paarweise durch eine Trennwand (14) voneinander abgegrenzt und durch zwei einander gegenüberliegende Läuferwände (15) von einer jeweiligen Ofenkammer (10.2) abgeschottet sind, wobei die paarweisen Heizkanäle strömungstechnisch mittels wenigstens eines oberen koppelnden Durchlasses (14.2) und auch mittels wenigstens eines unteren koppelnden
Durchlasses jeweils für interne Abgasrezirkulation auf wenigstens einem
Kreisstrompfad aneinander gekoppelt sind, wobei im unteren Bereich am Boden (5.4) des jeweiligen Zwillingsheizzuges jeweils wenigstens ein Einlass aus der folgenden Gruppe vorgesehen ist: Koksofengas-Einlass (18), Verbrennungsluft- Einlass (16), Mischgas-Einlass (17);
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass am jeweiligen Boden (5.4) das Verhältnis (y1 :y2) des Abstandes (y1) zwischen den zugewandten Kanten des Verbrennungsluft-Einlasses (16) und des Mischgas-Einlasses (17) zum Abstand (y2) der Innenkanten der Trennwände (14) eines jeweiligen Heizkanals (11 , 12) mindestens 10% beträgt, wobei der Abstand (y1) zwischen den zugewandten Kanten des Verbrennungsluft-Einlasses (16) und des Mischgas-Einlasses (17) dabei mindestens 50mm beträgt, wobei wenigstens einer der Verbrennungsluft- und Mischgas-Einlässe (16, 17) exzentrisch in einem x-Abstand größer Faktor 0,7 der absoluten x-Erstreckung des Heizkanals zwischen gegenüberliegenden Läuferwänden (15) angeordnet ist.
2. Koksofenvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Abstand (y1) mindestens 100mm beträgt; und/oder wobei das Verhältnis (y1 :y2) mindestens 25% beträgt.
3. Koksofenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die geometrischen Mittelpunkte der Einlässe des jeweiligen Heizzuges und des wenigstens einen unteren koppelnden Durchlasses, insbesondere eines zu Verbrennungsluft- und Mischgas-Einlass entfernteren von mehreren unteren koppelnden Durchlässen, eine Dreieck- oder Viereckanordnung definieren, deren Flächeninhalt (A) in Draufsicht mindestens 50cm2 beträgt, insbesondere mindestens 200cm2 oder mindestens 300cm2 oder mindestens 500cm2 oder mindestens 700cm2 oder mindestens 900cm2, insbesondere zwischen 1.000cm2 und 1.350cm2; und/oder wobei die Dreieck- oder Viereckanordnung einen Flächeninhalt (A) in Draufsicht von maximal 2.000cm2 aufweist, insbesondere maximal 1.800cm2 oder maximal 1.500cm2 oder maximal 1.300cm2 oder maximal 700cm2, insbesondere zwischen 1.000cm2 und 1.300cm2.
4. Koksofenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei am
jeweiligen Boden der Querschnittsflächeninhalt des Verbrennungsluft-Einlasses (16) und/oder des Mischgas-Einlasses (17) mindestens 30cm2 oder mindestens 50cm2 betragen; und/oder wobei der Querschnittsflächeninhalt des
Verbrennungsluft-Einlasses (16) und/oder des Mischgas-Einlasses (17) maximal 500cm2 oder maximal 400cm2 betragen; und/oder wobei die
Querschnittsgeometrie des Verbrennungsluft-Einlasses (16) und/oder des Mischgas-Einlasses (17) rechteckig oder elliptisch oder rund ist.
5. Koksofenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei am
jeweiligen Boden die Querschnittsfläche des Verbrennungsluft-Einlasses (16) und/oder des Mischgas-Einlasses (17) hinsichtlich Geometrie und/oder Größe justierbar ausgeführt ist, insbesondere mittels wenigstens eines verlagerbaren Schiebersteins und/oder mittels wenigstens einer auswechselbaren /
demontierbaren Düse.
6. Koksofenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine obere, die beiden jeweiligen Heizkanäle eines jeweiligen Zwillingsheizzuges im oberen Bereich koppelnde Rezirkulations-Durchlass (14.2) eingerichtet ist zur wechselseitigen Überführung von Gasen, wobei der Rezirkulations-Durchlass (14.2) einen Querschnittsflächeninhalt von mindestens 250cm2 aufweist, insbesondere von maximal 1200cm2 oder maximal 1000cm2; und/oder wobei die paarweisen Heizkanäle strömungstechnisch mittels wenigstens zwei unteren koppelnden Durchlässen aneinander gekoppelt sind, wobei der Verbrennungsluft-Einlass (16) zumindest annähernd in derselben x-Position angeordnet ist wie der entsprechende untere koppelnde Durchlass, insbesondere mit dem jeweiligen Mittelpunkt des Verbrennungsluft-Einlasses und des entsprechenden Durchlasses in einer Anordnung auf derselben x-Koordinate; und/oder wobei wenigstens zwei untere koppelnde Durchlässe vorgesehen sind, insbesondere in paarweiser Anordnung auf derselben Höhenposition.
7. Koksofenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der
Verbrennungsluft-Einlass (16) und der Mischgas-Einlass (17) in x-Richtung versetzt in Bezug auf die gegenüberliegende Läuferwand (15) angeordnet sind; und/oder wobei am jeweiligen Boden die den Läuferwänden (15) zugewandten Kanten des Verbrennungsluft-Einlasses (16) und des Mischgas-Einlasses (17) in unterschiedlich großem Abstand (x1 , x2) zu wenigstens einer der beiden gegenüberliegenden Läuferwände (15) des jeweiligen Zwillingsheizzuges angeordnet sind, insbesondere mit einem Abstands-Unterschied von mindestens 10mm oder mindestens 50mm; und/oder wobei das Verhältnis (x1 :y1) oder (x2:y1) des Abstandes (x1 ,x2) des Verbrennungsluft-Einlasses (16) und/oder des
Mischgas-Einlasses (17) zur gegenüberliegenden Läuferwand (15) jeweils zum Abstand (y1) mindestens 90% und/oder maximal 290% beträgt, insbesondere zwischen 200% und 250%.
8. Koksofenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der
Verbrennungsluft-Einlass (16) weiter innen näher zur gegenüberliegenden
Läuferwand (15) hin angeordnet ist als der Mischgas-Einlass (17), oder umgekehrt, insbesondere mit einem Abstandsunterschied von mindestens 10mm oder mindestens 50mm, insbesondere in einem zumindest annähernd mittigen Bereich mittig zwischen den gegenüberliegenden Läuferwänden (15).
9. Koksofenvorrichtung (10) zum Herstellen von Koks durch Verkokung von Kohle zumindest bei Mischgasbeheizung, mit durch internen thermischen
Energieausgleich minimierter Stickoxidemission, mit einer Vielzahl von
Zwillingsheizzügen (13) mit paarweise Heizkanälen, welche jeweils paarweise durch eine Trennwand (14) voneinander abgegrenzt und durch zwei einander gegenüberliegende Läuferwände (15) abgeschottet sind, wobei am Boden (5.4) des jeweiligen Heizkanals wenigstens ein Einlass aus der folgenden Gruppe vorgesehen ist: Koksofengas-Einlass (18), Verbrennungsluft-Einlass (16), Mischgas-Einlass (17); wobei die paarweisen Heizkanäle strömungstechnisch mittels wenigstens eines oberen koppelnden Durchlasses und auch mittels wenigstens zwei unteren koppelnden Durchlässen jeweils für interne
Abgasrezirkulation auf wenigstens einem Kreisstrompfad aneinander gekoppelt sind, wobei am jeweiligen Boden (5.4) das Verhältnis (y1 :y2) des Abstandes (y1) zwischen den zugewandten Kanten des Verbrennungsluft-Einlasses (16) und des Mischgas-Einlasses (17) zum Abstand (y2) der Innenkanten der Trennwände (14) mindestens 10% beträgt, wobei der Abstand (y1) zwischen den zugewandten Kanten des Verbrennungsluft-Einlasses (16) und des Mischgas-Einlasses (17) mindestens 50mm beträgt, wobei wenigstens einer der Verbrennungsluft- und Mischgas-Einlässe (16, 17) exzentrisch in einem x-Abstand größer Faktor 0,7 der absoluten x-Erstreckung des Heizkanals zwischen gegenüberliegenden
Läuferwänden (15) angeordnet ist, und wobei die paarweisen Heizkanäle strömungstechnisch mittels wenigstens zwei unteren koppelnden Durchlässen aneinander gekoppelt sind, wobei der Verbrennungsluft-Einlass (16) zumindest annähernd in derselben x-Position angeordnet ist wie der entsprechende untere koppelnde Durchlass, insbesondere mit dem jeweiligen Mittelpunkt des
Verbrennungsluft-Einlasses und des entsprechenden Durchlasses in einer Anordnung auf derselben x-Koordinate; insbesondere Koksofenvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
10. Koksofenvorrichtung (10) zum Herstellen von Koks durch Verkokung von Kohle zumindest bei Mischgasbeheizung und bei durch internen thermischen
Energieausgleich minimierter Stickoxidemission, mit einer Vielzahl von
Zwillingsheizzügen (13) mit Heizkanälen, welche jeweils paarweise durch eine Trennwand (14) voneinander abgegrenzt und durch zwei einander
gegenüberliegende Läuferwände (15) abgeschottet sind, wobei die paarweisen Heizkanäle strömungstechnisch mittels wenigstens eines oberen koppelnden Durchlasses und auch mittels wenigstens eines unteren koppelnden Durchlasses jeweils für interne Abgasrezirkulation auf wenigstens einem Kreisstrompfad aneinander gekoppelt sind, wobei im unteren Bereich am Boden (5.4) des jeweiligen Heizkanals wenigstens ein Einlass aus der folgenden Gruppe vorgesehen ist: Koksofengas-Einlass (18), Verbrennungsluft-Einlass (16),
Mischgas-Einlass (17); wobei am jeweiligen Boden (5.4) das Verhältnis (y1 :y2) des Abstandes (y1) zwischen den zugewandten Kanten des Verbrennungsluft- Einlasses (16) und des Mischgas-Einlasses (17) zum Abstand (y2) der
Innenkanten der Trennwände (14) mindestens 10% beträgt, wobei der Abstand (y1) zwischen den zugewandten Kanten des Verbrennungsluft-Einlasses (16) und des Mischgas-Einlasses (17) mindestens 50mm beträgt, wobei wenigstens einer der Verbrennungsluft- und Mischgas-Einlässe (16, 17) exzentrisch in einem x- Abstand größer Faktor 0,7 der absoluten x-Erstreckung des Heizkanals zwischen gegenüberliegenden Läuferwänden (15) angeordnet ist; insbesondere
Koksofenvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; wobei ferner der Abstand (y1) mindestens 100mm beträgt, insbesondere mindestens 150mm, wobei der Verbrennungsluft-Einlass (16) und der Mischgas-Einlass (17) in x-Richtung versetzt in Bezug auf die gegenüberliegende Läuferwand (15) angeordnet sind.
11. Koksofenvorrichtung (10) zum Herstellen von Koks durch Verkokung von Kohle oder Kohlemischungen zumindest bei Mischgasbeheizung und wahlweise auch bei zeitweiser Koksofengasbeheizung, wobei die Koksofenvorrichtung eingerichtet ist zur minimierten Stickoxidemission durch internen thermischen Energieausgleich mittels stahlwerkseigener Gase und koksofeneigener Gase (G1 , G4, G5), mit einer Vielzahl von Zwillingsheizzügen (13) jeweils mit einem mit Gas beflammten Heizkanal (11) und einem abgasführenden abwärts durchströmten Heizkanal (12), welche Heizkanäle jeweils paarweise durch eine Trennwand (14) voneinander abgegrenzt und durch zwei einander gegenüberliegende Läuferwände (15) von einer jeweiligen Ofenkammer (10.2) abgeschottet sind, wobei die paarweisen Heizkanäle strömungstechnisch mittels wenigstens eines oberen koppelnden Durchlasses (14.2) und auch mittels wenigstens eines unteren koppelnden Durchlasses jeweils für interne Abgasrezirkulation auf wenigstens einem
Kreisstrompfad aneinander gekoppelt sind, wobei im unteren Bereich am Boden (5.4) des jeweiligen Zwillingsheizzuges jeweils wenigstens ein Einlass aus der folgenden Gruppe vorgesehen ist: Koksofengas-Einlass (18), Verbrennungsluft- Einlass (16), Mischgas-Einlass (17);
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der untere koppelnde Durchlass für die interne Abgasrezirkulation ein koppelnder Kanal (20) ist, welcher sich zumindest abschnittsweise durch einen unterhalb der paarweisen Heizkanäle befindlichen Mittelbau-Bereich (30) erstreckt und den mit Gas beflammten Heizkanal (11) mit dem abgasführenden abwärts durchströmten Heizkanal (12) verbindet.
12. Verfahren zum Betreiben einer Koksofenvorrichtung (10) zum Herstellen von Koks durch Verkokung von Kohle oder Kohlemischungen bei optimierter minimierter Stickoxidemission durch internen thermischen Energieausgleich mittels stahlwerkseigener Gase und koksofeneigener Gase (G1 , G4, G5) durch
Maßnahmen intern an der Koksofenvorrichtung zumindest bei Mischgasbeheizung und wahlweise auch bei zeitweiser Koksofengasbeheizung, insbesondere zum Betreiben einer Koksofenvorrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei in einem jeweiligen Zwillingsheizzug (13) der
Koksofenvorrichtung mit einem beflammten Heizkanal (11) und einem
abgasführenden Heizkanal (12) mittels wenigstens eines koppelnden Durchlasses (14.2) durch eine Trennwand (14) eine interne Abgasrezirkulation auf wenigstens einem Kreisstrompfad um die Trennwand herum eingestellt wird, wobei im unteren Bereich am Boden (5.4) des jeweiligen Zwillingsheizzuges wenigstens zwei Gase aus der folgenden Gruppe eingelassen werden: Koksofengas (G1a),
Verbrennungsluft (G1), Mischgas (Gi b), wobei die Gruppe der eingelassenen Gase zumindest die beiden Gase Verbrennungsluft (G1) und Mischgas (Gi b) umfasst;
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass am jeweiligen Boden (5.4) die Verbrennungsluft und das Mischgas auf Strömungspfaden in einem Abstand (y1) zueinander im Verhältnis (y1 :y2) von mindestens 10% zum Abstand (y2) der Innenkanten (Innenoberflächen) der Trennwände (14) eines jeweiligen Heizkanals (11 , 12) eingelassen werden, wobei der Abstand (y1) dieser beiden eingelassenen Strömungspfade mindestens 50mm beträgt, wobei Verbrennungsluft und/oder Mischgas exzentrisch in einem x-Abstand größer Faktor 0,7 der absoluten x- Erstreckung des Heizkanals zwischen gegenüberliegenden Läuferwänden (15) eingelassen werden.
13. Verfahren nach dem vorhergehenden Verfahrensanspruch, wobei am jeweiligen Boden die Querschnittsfläche des Verbrennungsluft-Einlasses (16) und/oder des Mischgas-Einlasses (17) hinsichtlich Geometrie und/oder Größe justiert werden, insbesondere mittels wenigstens eines Schiebersteins.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei die
Flammentemperatur bei Mischgasbeheizung maximal 1.700°C oder maximal 1.600°C oder maximal 1.500°C beträgt, insbesondere bei einer
Düsensteintemperatur von mindestens 1.300°C oder mindestens 1.320°C;
und/oder wobei die Gasströme im jeweiligen Heizzug derart eingestellt werden, dass das Verhältnis aus Flammentemperatur zu Düsensteintemperatur minimiert ist, insbesondere bei einer Düsensteintemperatur von mindestens 1.300°C oder 1.320°C.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei das
eingelassene Gas und/oder das zirkulierende Gas in horizontaler Richtung ausgerichtet oder geführt wird, insbesondere auf mehreren Höhenniveaus, insbesondere mittels Pralleinbauten oder Prallplatten oder Steinen oder Schirmen, insbesondere jeweils aus Feuerfestmaterial; und/oder wobei das Gas mittels der Einlässe auf unterschiedlichen Höhenniveaus eingelassen wird, insbesondere mit dem Mischgas-Einlass auf einem Höhenniveau über dem Verbrennungsluft- Einlass, insbesondere mittels des Mischgas-Einlasses in einer Anordnung auf einem Sockel oberhalb des Bodens.
16. Verfahren zum Betreiben einer Koksofenvorrichtung (10) zum Herstellen von Koks durch Verkokung von Kohle oder Kohlemischungen bei optimierter minimierter Stickoxidemission durch internen thermischen Energieausgleich mittels
stahlwerkseigener Gase und koksofeneigener Gase (G1 , G4, G5) durch
Maßnahmen intern an der Koksofenvorrichtung zumindest bei Mischgasbeheizung und wahlweise auch bei zeitweiser Koksofengasbeheizung, insbesondere zum Betreiben einer Koksofenvorrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei in einem jeweiligen Zwillingsheizzug (13) der
Koksofenvorrichtung (10) mit einem beflammten Heizkanal (11) und einem abgasführenden Heizkanal (12) mittels wenigstens eines koppelnden Durchlasses (14.2) durch eine Trennwand (14) eine interne Abgasrezirkulation auf wenigstens einem Kreisstrompfad um die Trennwand herum eingestellt wird, wobei im unteren Bereich am Boden (5.4) des jeweiligen Zwillingsheizzuges wenigstens zwei Gase aus der folgenden Gruppe eingelassen werden: Koksofengas (G1a),
Verbrennungsluft (G1), Mischgas (Gi b), wobei die Gruppe der eingelassenen Gase zumindest die beiden Gase Verbrennungsluft (G1) und Mischgas (Gi b) umfasst;
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein Rezirkulationsabgas (G4) der Abgasrezirkulation durch einen sich zumindest abschnittsweise unterhalb der paarweisen Heizkanäle befindlichen Mittelbau-Bereich (30) erstreckenden und den mit Gas beflammten Heizkanal (11) mit dem abgasführenden abwärts
durchströmten Heizkanal (12) verbindenden koppelnden Kanal (20) derart durchströmt, dass das Rezirkulationsgas (G5) im Wesentlichen in vertikaler Richtung in den Gas beflammten Heizkanal (11) eingebracht wird.
17. Verwendung von Verbrennungsluft- und Mischgas-Einlässen in einer
Koksofenvorrichtung (10) mit einer Vielzahl von Zwillingsheizzügen (13) jeweils mit zwei Heizkanälen (11 , 12) zum Herstellen von Koks durch Verkokung von Kohle oder Kohlemischungen zumindest bei Mischgasbeheizung und wahlweise auch bei zeitweiser Koksofengasbeheizung, insbesondere in einer Koksofenvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, wobei in einem jeweiligen Zwillingsheizzug (13) mittels wenigstens eines koppelnden Durchlasses (14.2) eine interne Abgasrezirkulation auf wenigstens einem Kreisstrom pfad eingestellt wird, wobei die Einlässe zum Minimieren von Stickoxidemission durch internen thermischen Energieausgleich in einem Verhältnis (y1 :y2) des Abstandes (y1) zwischen zugewandten Kanten des Verbrennungsluft-Einlasses (16) und des Mischgas-Einlasses (17) zum Abstand (y2) der Innenkanten der Trennwände (14) eines jeweiligen Heizkanals (11 , 12) von mindestens 10% angeordnet sind, wobei der Abstand (y1) zwischen den zugewandten Kanten des Verbrennungsluft- Einlasses (16) und des Mischgas-Einlasses (17) dabei mindestens 50mm beträgt.
18. Verwendung von Verbrennungsluft und Mischgas zum Minimieren von
Stickoxidemission durch internen thermischen Energieausgleich in Heizkanälen von einer Vielzahl von Zwillingsheizzügen (13) einer Koksofenvorrichtung (10), insbesondere in einer Koksofenvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, wobei in einem jeweiligen Zwillingsheizzug (13) mittels wenigstens eines koppelnden Durchlasses (14.2) eine interne Abgasrezirkulation auf wenigstens einem Kreisstrompfad eingestellt wird, wobei die Verbrennungsluft und das Mischgas in einem Abstandsverhältnis (y1 :y2) des Abstandes (y1) zwischen ihren Einlässen (16, 17) und dem Abstand (y2) der Innenkanten von Trennwänden (14) eines jeweiligen Heizkanals (11 , 12) von mindestens 10% und in einem Abstand zueinander von mindestens 50mm eingelassen werden, insbesondere bei einer Flammentemperatur bei Mischgasbeheizung von maximal 1.700°C oder maximal 1.600°C oder maximal 1.500°C, insbesondere bei einer Düsensteintemperatur von mindestens 1.300°C oder mindestens 1.320°C.
EP20723808.0A 2019-05-08 2020-04-28 Koksofenvorrichtung zum herstellen von koks und verfahren zum betreiben der koksofenvorrichtung sowie verwendung Pending EP3966298A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019206628.3A DE102019206628B4 (de) 2019-05-08 2019-05-08 Koksofenvorrichtung zum Herstellen von Koks und Verfahren zum Betreiben der Koksofenvorrichtung sowie Verwendung
PCT/EP2020/061664 WO2020225013A1 (de) 2019-05-08 2020-04-28 Koksofenvorrichtung zum herstellen von koks und verfahren zum betreiben der koksofenvorrichtung sowie verwendung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3966298A1 true EP3966298A1 (de) 2022-03-16

Family

ID=70483104

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP20723808.0A Pending EP3966298A1 (de) 2019-05-08 2020-04-28 Koksofenvorrichtung zum herstellen von koks und verfahren zum betreiben der koksofenvorrichtung sowie verwendung

Country Status (7)

Country Link
EP (1) EP3966298A1 (de)
JP (1) JP2022534669A (de)
KR (1) KR20210149150A (de)
CN (1) CN113785033A (de)
BR (1) BR112021020994A2 (de)
DE (1) DE102019206628B4 (de)
WO (1) WO2020225013A1 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113025349B (zh) * 2021-03-09 2024-07-09 中冶焦耐(大连)工程技术有限公司 一种分段加热分段废气循环的焦炉立火道结构
DE102021207826A1 (de) 2021-07-21 2023-01-26 Thyssenkrupp Ag Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Temperatur von Heizzügen der Koksöfen einer Koksofenbatterie

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE509699C (de) * 1930-03-13 1930-10-11 Otto & Co Gmbh Dr C Koksofen
US1997759A (en) * 1931-06-08 1935-04-16 Koppers Co Inc Coking retort oven
DE3443976A1 (de) * 1984-12-01 1986-06-12 Krupp Koppers GmbH, 4300 Essen Verfahren zur verringerung des no(pfeil abwaerts)x(pfeil abwaerts)-gehaltes im rauchgas bei der beheizung von verkokungsoefen und verkokungsofen zur durchfuehrung des verfahrens
JPS63304089A (ja) * 1987-06-03 1988-12-12 Sumitomo Metal Ind Ltd コ−クス炉の燃焼室温度制御方法
DE3812558C2 (de) * 1988-04-15 2001-02-22 Krupp Koppers Gmbh Verfahren zur Verringerung des NO¶x¶-Gehaltes im Rauchgas bei der Beheizung von Verkokungsöfen
DE3916728C1 (de) * 1989-05-23 1990-12-20 Ruhrkohle Ag, 4300 Essen, De
DE4006217A1 (de) * 1989-05-26 1990-11-29 Didier Ofu Eng Beheizungssystem fuer regenerativverkokungsoefen
JPH10265778A (ja) * 1997-03-26 1998-10-06 Nkk Corp コークス炉の燃焼室
JP3821980B2 (ja) * 1999-03-04 2006-09-13 社団法人日本鉄鋼連盟 コークス炉とその操業方法
JP3821995B2 (ja) * 1999-06-10 2006-09-13 社団法人日本鉄鋼連盟 コークス炉の燃焼室とその操業方法
DE60014213T2 (de) * 1999-03-04 2006-03-02 The Japan Iron And Steel Federation Koksofen und Verfahren zum Betrieb desselben
CN102517042B (zh) * 2011-06-21 2014-05-21 中冶焦耐(大连)工程技术有限公司 一种可控制多段燃烧的焦炉加热方法
JP6208919B1 (ja) * 2014-08-28 2017-10-04 サンコーク テクノロジー アンド ディベロップメント リミテッド ライアビリティ カンパニー コークス工場の操作及び生産高を最適化するための方法及びシステム
CN106190184A (zh) * 2016-08-12 2016-12-07 湖南千盟智能信息技术有限公司 一种降低NOx生成的焦炉加热方法及装置
CN107033926B (zh) * 2017-06-20 2019-08-27 中冶焦耐(大连)工程技术有限公司 实现低氮氧化物燃烧的焦炉燃烧室立火道结构
JP2019035024A (ja) * 2017-08-16 2019-03-07 株式会社メガテック コークス炉の燃焼室を補修するための一体成形煉瓦、およびそれを用いた補修方法
DE102017216437A1 (de) * 2017-09-15 2019-03-21 Thyssenkrupp Ag Koksofenvorrichtung mit exzentrischen Einlässen zum Herstellen von Koks und Verfahren zum Betreiben der Koksofenvorrichtung sowie Steuerungseinrichtung und Verwendung
DE102017216436A1 (de) * 2017-09-15 2019-03-21 Thyssenkrupp Ag Koksofenvorrichtung mit zentrischer Rezirkulation zum Herstellen von Koks und Verfahren zum Betreiben der Koksofenvorrichtung sowie Steuerungseinrichtung und Verwendung
TWI681048B (zh) * 2017-09-15 2020-01-01 德商蒂森克虜伯工業解決方案股份有限公司 用於生產焦炭的包含具圍繞其之環繞流動之環形流動路徑的焦爐裝置、焦爐裝置的操作方法及其控制裝置與用途
CN208649222U (zh) * 2018-07-31 2019-03-26 中冶焦耐(大连)工程技术有限公司 采用富煤气加热的低氮排放焦炉加热系统

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022534669A (ja) 2022-08-03
DE102019206628A1 (de) 2020-11-12
BR112021020994A2 (pt) 2021-12-14
WO2020225013A1 (de) 2020-11-12
KR20210149150A (ko) 2021-12-08
CN113785033A (zh) 2021-12-10
DE102019206628B4 (de) 2024-04-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102014221150B3 (de) Koksofen mit verbesserter Abgasführung in den Sekundärheizräumen und ein Verfahren zur Verkokung von Kohle sowie die Verwendung des Koksofens
EP3095505B1 (de) Verfahren und anlage zur reinigung von mit stickoxiden beladenen abgasen
EP3681977B1 (de) Koksofenvorrichtung mit umströmtem kreisstrompfad zum herstellen von koks und verfahren zum betreiben der koksofenvorrichtung sowie steuerungseinrichtung und verwendung
WO2020225013A1 (de) Koksofenvorrichtung zum herstellen von koks und verfahren zum betreiben der koksofenvorrichtung sowie verwendung
DE3517987A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur steuerung der funktion eines wirbelschichtreaktors mit zirkulierender wirbelschicht
DE102021204176A1 (de) Gleichstrom-Gegenstrom-Regenerativ-Schachtofen und Verfahren zum Brennen von Karbonatgestein
AT506459B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur reinigung von schadstoffhaltigem abgas
WO2022229118A1 (de) Gleichstrom-gegenstrom-regenerativ-schachtofen und verfahren zum brennen von karbonatgestein
DE102017216437A1 (de) Koksofenvorrichtung mit exzentrischen Einlässen zum Herstellen von Koks und Verfahren zum Betreiben der Koksofenvorrichtung sowie Steuerungseinrichtung und Verwendung
DE102014106991B4 (de) Vorrichtungen und Verfahren zur katalytischen Entstickung und regenerativen thermischen Nachverbrennung
DE102021109809A1 (de) Thermische rohgasbehandlungsvorrichtung
DE102017216436A1 (de) Koksofenvorrichtung mit zentrischer Rezirkulation zum Herstellen von Koks und Verfahren zum Betreiben der Koksofenvorrichtung sowie Steuerungseinrichtung und Verwendung
DE102017216439A1 (de) Koksofenvorrichtung mit umströmtem Kreisstrompfad zum Herstellen von Koks und Verfahren zum Betreiben der Koksofenvorrichtung sowie Steuerungseinrichtung und Verwendung
DE2164994B2 (de) Rekuperativkoksofen
AT510408B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur temperaturerhöhung eines ab- oder prozessgases mit einem oxidierbaren anteil
BE1029343B1 (de) Gleichstrom-Gegenstrom-Regenerativ-Schachtofen und Verfahren zum Brennen von Karbonatgestein
DE249070C (de)
DE102016003930A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Regenerativbrennersystems und Regenerativbrennersystem
DE102010021071A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Schmelzen von Glas
AT17227U1 (de) Verfahren zur Reinigung eines Rauchgases
DE333788C (de) Retortenofen
DE1571647B (de) Regenerativ Verbundkoksofen mit Zwilhngsheizzugsystem
WO2004020903A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur nox-armen verbrennung russhaltiger tailgase
DE1546625A1 (de) Waagerechter Kammerofen zur Erzeugung von Koks und Gas
DE3215578A1 (de) Verfahren und gleichstrom-regenerativ-schachtofen zum brennen von kalkstein und aehnlichen mineralischen rohstoffen

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20211208

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)