JP2022534669A - コークスを製造するコークス炉装置、コークス炉装置を運転する方法、及び使用 - Google Patents

コークスを製造するコークス炉装置、コークス炉装置を運転する方法、及び使用 Download PDF

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Abstract

本発明は、コークスを製造するためのコークス炉装置(10)であって、加熱流路を有する複数の双加熱煙道(13)を備え、これらの加熱流路は、それぞれ隔壁(14)によって対になって互いに区画され、互いに対向して横たわる2つの長手積み壁(15)によって遮蔽されていることを特徴とする。【選択図】図6

Description

本発明は、最小限のNO排出を有するコークスを製造するための装置および方法、ならびに対応する使用に関する。本発明は、より詳細には各々の独立請求項のプリアンブルによる装置および方法に関する。
世界的なコークス炉の需要は、依然として高く、例えば、KWESSIEPEら: Optimization of Combustion and Reduction of NOx-Formation at Coke Chambers....Coke Making International;9、2;42-53; Verlag Stahleisen mbH;1997.の刊行物に記載されているように、将来においても高く持続すると推定されている。毎年、今日でも、環境基準がますます厳しくなっているにもかかわらず、数百のコークス炉が新たに建設され、運転されている。新しい建設のコークス炉の年間数は、実際、アジアだけでも1000基をはるかに上回ると推定されている。それにもかかわらず、現在では技術者の間だけでなく、社会の中でも、コークス炉によるエネルギーの生産は特に環境に優しいものではないことがよく知られている。この結果として、多くの当事者は特に窒素酸化物(NO)に関して、排出物の最小化に関して、新しいコークス炉の建設にまたは既存のコークス炉の運転にさえ、ますます厳しい要件を課している。これに関連して、コークス化の効率を改善するための多くの努力がなされている。コークス炉の計画と建設は長い時間軸に従い実施されなければならない。特に、コークス炉の望ましい長い運転時間または寿命に関して、今後、コークス炉と関連してどの環境改善が実現できるかを知ることが重要である。しかしながら、コークス炉の工学的及び構造的な複雑さの観点から、個々の最適化手段の目標とされる追求は自明な問題ではなく、代わりに、個々の最適化手段は、多数の相互依存性がある全体的なアプローチにおいて、互いに比較され、重み付けされなければならない。
近年、会議及び雑誌から、各国の地方自治体だけでなく顧客からも、煙道ガス放出による環境負荷の低減、または、近い将来にそのような厳しさが期待されているとの報告が増加している。これらの煙道ガス放出に関して、主要な原因の1つは、コークス炉の縦型の煙道ガス伝導加熱煙道におけるNOの熱生成であることが証明されている。
2018年に許容される、または既存のプラントでなお許容される排出量の限界値は、特に欧州地域では以下のように記載することができる:5%酸素Oで約250ppmに相当する500mg/Nm。しかしながら、これは、長年にわたり既に限界値であり、近い将来、多くの国でさらに低減される可能性がある。したがって、極めて近い将来に技術的手段によってこの限界値を著しく下回ることに関心がある。
窒素酸化物は、特に、コークス炉ガスの燃焼で発生する排出ガスを通して、特に1250℃前後の一定のノズルブロック温度(すなわち、基部上の排出ガス伝導加熱ダクト内の温度)を超えると、放出される。この場合に用いられる用語は、サーマルNO形成のものである。温度が上昇し続けるにつれて、サーマルNOの形成は指数関数的に促進されるかまたはさらに好まれ、その結果、窒素酸化物の放出は各々の負荷状態におけるコークス炉の熱操作条件によって大きく決定される。従って、NO排出は、定義された温度状況の確立及び制御された維持によって、特にコークス炉の垂直な煙道ガス伝導加熱煙道において影響を受け得ることもよく知られている。したがって、炉オペレータは、排出ガス伝導加熱ダクト内の温度を可能な限り低く保つこと、より具体的には前記温度が1250℃を超えて上昇しないようにすること、を目的とするかまたは環境的な命令によって強制される。それにもかかわらず、プラントの実施においては、環境的だけでなく経済的でもあるプラント運転の妥協として、1250~1320℃の範囲で、はるかに高いプロセス温度が世界的に確立されている。
したがって、NO排出量に関して最適化された発電所体制は、加熱煙道内の温度レベルの低下(比較的低い)に合わせなければならない。しかしながら、これは、コークス化性能の低下に関連し、これによりコークス製造の減少に自動的に関連する。たとえば、許可された動作温度が高い場合、100炉ではなく、2~5%の機器節約に相当する(投資量の減少、例えば1~8億ユーロの投資量に対するプラントコストの最大5%の減少)95~98炉程度のみ建造されなければならない。
これらの不経済な性能損失に照らして、加熱煙道内の局所的な温度ピークを回避することによって、および/またはコークス化中に温度レベルを低下させた状態を耐久的に維持することによって、NO排出量を低下させることを試みるための欲求は非常に少ない。逆に高いNO放出はそのようにすることが法的に許容されたままであるが、その代わりに許容される。それにもかかわらず、炉運営者は熱エネルギー投入量を比較的中程度の温度で一定に維持することができれば、これは同程度の出力を提供しながらNO排出量を最小限に抑えるのに有益であることを知っている。
コークス炉は、特にコークスが噴出される方向に関して、垂直室炉及び水平室炉に細分化することができる。水平室炉では、コークス化はバッチで行われ、その後、水平方向にコークスが噴出する(バッチ運転)。逆に、垂直室炉では、石炭は垂直方向に連続的に送り出される(連続運転)。本発明は特に、水平室炉に関する。
コークス炉は、高炉ガスとコークス炉ガスとから生成される混合ガスによって、または純粋なコークス炉ガスによって、選択的に加熱される(コークス炉ガス加熱は典型的には年間運転期間の10%未満である)。水素と一酸化炭素の比率が高く、その結果、火炎温度が高いため、特にコークス炉ガス燃焼によって発生する煙道ガスには、高いNO留分が充填される。このため、これまでの対策の多くは、主にコークス炉ガス加熱の観点から、特にNOの排出を減らすことを目的としてきた。以下の表は各々の種類のガスの元素の分布(vol%)の概要を示し、このデータは長年にわたり、特に本発明の知的財産の所有者から得られた平均値から得られる:
Figure 2022534669000002
高炉ガスは、高炉での鉄鉱石製錬操業中に生成され、典型的には低熱量(2700~3800kJ/Nmの低い発熱量)であることから、「低カロリー」ガスとも呼ばれている。高炉ガスは比較的安価である。コークス炉ガスは、コークス炉でのコークス製造過程で発生し、高い熱量(15.900~19.500 KJ/Nmの低い発熱量)を有している。したがって、それらは、「リッチガス」とも呼ばれている。コークス炉ガスは比較的高価である。
経済的理由から、2種類のガスは、実際には、コークス炉ガスの3~13%に対する高炉ガスの87~97vol%の比率で予め混合され、燃焼のためにコークス炉に供給されるように使用されるのが典型的である。
この混合ガスは、典型的には、年間の90%以上にわたってコークス炉の加熱ガスとして使用される。出発ガス(高炉ガス、コークス炉ガス)の代替成分として時折混合される他の種類のガスは、用語「コンバータガス」または「ジェネレータガス」によって知られている(得られるガス混合物は、典型的には「コークス炉混合ガス」と呼ばれる)。
「コンバータガス」は、通常、製鋼産業から生じる。「ジェネレータガス」は、多くの産業分野で、通常、石炭処理作業で生成される。本発明は、主に、より狭い意味での混合ガスの使用、すなわち、上記で定義される「コンバータガス」または「ジェネレータガス」の一部を含まない混合ガスの使用に関する。
上記の表を参照すると、水素は、燃焼が最も高い局所火炎温度に関連し、従って、窒素酸化物の最も高い熱形成に関連する成分であると考えられる。コークス炉ガスは、高炉ガスよりも水素分率がかなり大きい。従って、排出量の制限値に関しては、プラント運転において特に大きな困難を引き起こすのはコークス炉ガス加熱である。
特に地理的に隔離された場所のために高炉に接続することができず、運転時間の100%、加熱のために石炭自体の熱分解中にコークス炉内で発生したガスを使用して(使用しなければならない)しなければならない「リッチガス炉」と呼ばれるものを有するコークス化プラントもあることに言及する価値がある;この場合、ガスは、典型的には、いわゆる二次回収プラントにおいて不純物または価値のある化合物を適切に除去した後に炉に戻される。しかしながら、これらの炉は、標準的な「混合ガス加熱」用に設計されていない。
上述のコークス炉の炉室は、典型的には(2018年と同様に)、4~8.5mの範囲の高さを有し、炉室および/または加熱ダクトの好ましい高さも、作動モードによって指示される。高さは、加熱ダクト内で確立される圧力差に影響する。大きな圧力差が必要な場合には、大きな高さを選択しなければならない。その場合のみ、NO排出量の過剰な増加なしに効率的な運転状態を確立することが可能となるため、温度は、炉室の全高にわたって非常に一定に保たれると仮定することができる。
温度勾配は、特に1000~1100℃の範囲の炉室温度において、可能な限り40Kまたは40℃未満である。この種の小さな温度勾配も最適コークス品質に有益である。平均温度を大幅に上回る温度最大は、NOの熱形成を促進しうる。コークス炉は、おそらく、温度分布が非常に均一である又は熱によるNO生成が起こるかまたは指数関数的に有利になる温度の直下に留まる場合に、高出力と低NO排出との間の特に最適なトレードオフで操作されることができる。
コークス炉構造における設計のばらつきは、高いコストと複雑さを伴う。個々の最適化手段の効果は、手段が炉の構築において実施される前に、コスト効率で可能な限り予測可能でなければならない。運転状態のシミュレーションは、個々の最適化尺度の効果のより良い推定を可能にする有用なツールである。しかしながら、コークス炉は比較的複雑なプラントであり、従って、純粋にコンピュータ支援のシミュレーションでさえ、対応する程度のコストと複雑さを伴う。例えば、新しいタイプのガス経路を有する新しい建設は計算当たり数週間の計算努力(2018年の技術的可能性を有する場合であっても)を意味することができ、これは、純粋に電子的/コンピュータ支援シミュレーションの場合であっても作業負荷が数年に達することがあることを意味する(例えば、100を超える必要な変形の場合)。したがって、完成したコークス炉において、プラント規模での新しい対策の試行は制限された可能性を条件として実施されなければならないだけでなく、コストのみの理由から、単純な建設的対策でさえ、この対策についてシミュレーションを通してより詳細に見ることができる前に、まず多数の態様からチェックされなければならない。この結果、既存の炉設計の構造上の変形は、非常に控えめで保守的な方法でのみ示唆され、検査され、実験的に検証される傾向がある。
これまで、コークス炉又はその構造設計において直接試みられ、出力が最適化された運転の場合にも有効であることが意図されている対策は、典型的には、圧力差によって、又は温度及び密度の差によって、下方から上方に流れを横切る加熱煙道へ駆動される煙道ガスの内部再循環(円形流と呼ばれる、煙道ガスの部分体積流の内部循環経路)、及び/又は燃焼空気のステップ、言い換えれば、隔壁又はヘッダー壁から加熱煙道への異なる垂直位置での燃焼ガスの導入である。ここで、燃焼空気のステップは、特に、以下の基準に関連して行われる:石炭装入物の上方の隣接するコークス炉内の最大ガス収集空間温度が例えば、820℃未満でなければならない/なければならない;天井表面温度は例えば、可能な限り65℃以下でなければならない;コークス炉壁内温度差は例えば、40K以下でなければならず、特に、炉床/バーナー平面の上方500mmの垂直位置と炉室の上縁の下方500mmとの間でなければならない。
円形流路(部分的には加熱ダクトの一端のみ、または円内で完全に円周方向)は、典型的には双加熱煙道と呼ばれるものにおいてここで実現される。隣接する加熱煙道または加熱ダクトの対、特に垂直配向では、燃焼された加熱ダクトからのガスが上部/下部反転点でのみ、または上部と下部の両方で、非燃焼加熱ダクトに戻されるという点で、互いに結合される。水平室炉の場合、24~48個の加熱ダクトがあり、従って、放出方向から見て、互いに直列に並んで、12~24個の双対がある。任意に実現可能な円形流は圧力差の結果として自律的に出現し、従って、単に2つの各々の双加熱煙道の温度および密度差に基づいて、従って、追加の活性流体調節または支持なしに、出現し得る。代替的に表現すると、構造的な設計のばらつきも、感度の高い(熱的である)平衡によって制限される。この平衡は、圧力差によって実現する必要がある。
特に均一な熱分布を目的とした円形流路の最適化は、工業的規模で1920年代に始まった。また、1970年代以降、NO排出量に及ぼす循環流経路の影響について、より体系的/詳細な調査が行われている。
一対の加熱ダクト(双加熱煙道)では、平均ノズルブロック温度を制御または制限する必要があり、より詳細には、局所火炎温度(リッチガス加熱の場合は2000℃を上回り、混合ガス加熱の場合は2000℃未満)を下げることにより、適度なレベル(例えば、ノズルブロック温度1240~1300℃)に保持しなければならない。その効果は、NO排出量の抑制である。混合ガス加熱の場合の火炎温度は例えば、1500~1700℃の範囲、特に、約1600℃である。
例えば、加熱ダクト対の間の下方通路の以下の配置(垂直位置)を識別することができる:0mm(すなわち、バーナー面のレベルで直接)からバーナー面の300mmの間。この場合、通路の断面積は、典型的には約110mm~150mmの段の高さ(または段の幅)によって決定される。必要とされるように及び必要に応じて、基部上の配置における下方通路は、バーナー平面上の通路の前で転がすことができるローラーによって閉じることができる。通路は、有利には、壁の段(ギャップまたはブロックがない)のクリアランスによって実現される。本明細書が単一の通路に言及する場合、意味するものは、同じ垂直位置に対として配置された1対の通路であってもよい。
ここでのバーナー面は、入口が構造上、加熱煙道内に開放されることを意図している垂直レベルであると理解され、そして、高さの変動が任意に、延長された入口ノズル、より詳細には、バーナーレベルより1000mm上までの結果として、ある限度内で実現され得る垂直レベルである。これと区別できるのは、段付きのガス炉として指定され、少なくとも1つの入口がバーナー面から1000mmよりもかなり高い高さにのみ設けられているタイプの炉である。
下方通路又は一対の下方通路の垂直位置は、バーナー面から1000mmの高さまで配置することもできる。
下方通路又は一対の下方通路の垂直位置は、バーナー面の下方、より詳細には、バーナー面の下方500mmまで配置することもできる。
煙道ガスの部分体積流は、典型的には例えば豊富なガス加熱で、上方に横切った加熱ダクト内で生成された全煙道ガス体積の30~45%の量まで、燃焼された加熱ダクト内に戻された。円形の流れを持つ双加熱煙道のこの構成の一例は、1980年代末から確立された、いわゆるコンビフレーム加熱システムである。この場合、空気ステッピングと円形フロー経路との組み合わせが存在する。以前は1980年代半ばまではエアステッピング(オットーシステム)のみ、または、循環フロー経路(コッパースシステム)のみがあった。
上述のように、燃焼は、バーナー平面(基部)の上方の少なくとも1つの垂直位置にある少なくとも1つの段付き空気ダクトを介して、各々の加熱煙道内にガス又は空気を通過させることによって、又は、排出ガスの対応する排出によって、段階的に行うこともできる。段階的燃焼は、円形フロー経路と組み合わせることができる。
コークス炉で直接行われる対策、すなわち、特に媒体の経路の最適化を通じた熱的最適化のための対策、を具体的に見ると、コークス炉の構造設計と、それに関連したコークス炉の安定性も大きな関連性があり、特に、各々の炉室と各々の加熱煙道の個々の壁の構造設計(長手積み壁、隔壁)が重要である。構造設計における小さな対策が、温度平衡及びコークス化プロセスに大きな影響を与える可能性がある。しかしながら、例えば、最終的に確立される加熱壁の静的性質、流動抵抗、または温度プロファイルおよび流速に及ぼす、回避すべき非常に有害な副作用もあり得る。したがって、以下でより詳細に説明する構成の変更は、狭い許容範囲内でのみ実施することができることが予想される。特に、当業者が直面する課題の1つは、新しい対策の結果として加熱壁組立体が弱くなる危険性がないことである。その理由は、動作状態によってはいずれの壁にも大きな横力が作用することがあるからである。例えば、炭化時間の約75%の後、高い側方内圧(装入炭の推進剤圧力)が特に長手積み壁上で発達し、バーナー面上約1mの高さで最大の圧力を有し、この推進剤圧力はおそらく、個々の加熱煙道と(隣接する)炉室との間で生じる不要なバイパス流(コークス炉ガスの移動およびそれに伴うCOの形成と関連する)の効果と共に、炉室への隔壁の接合部の膨張をもたらし得る。これは、ガス混合物の平衡も崩壊させる;特に、加熱ダクト内で燃焼されるべき追加量のガスに利用可能な空気の量が不十分である。さらに、例えば、互いに数時間ずれた異なる充填時間は、隣接する炉室の各々の壁の横方向の力の差にもつながる。したがって、炉の安定性は、排出物を減少させるために上記で概説した必要な手段の文脈においても高い優先順位である。高い安定性は、典型的にはブロックのさねはぎの構成によって達成される。同時に、非常に柔軟性が高いこの構造モードは、バイパス流および早期燃焼を避けるために、シーリングとの関連においても好ましい。当業者は、特別な理由なしに、最大の柔軟性と最大の安定性とを組み合わせた堅牢な構造から逸脱する理由はない。
複数の炉室-例えば、少なくとも15個から最大90個の炉室-を有するバッテリーの場合、炉室は特に、各々のダクトの比較的狭い端側において、各々の炉室全体に沿って延びる2つの対向する長手積み壁によって、ガス伝導加熱ダクトからの長手積み壁によって区切られる。この場合、個々の加熱ダクトは、長手積み壁の間で、特に2つの長手積み壁に直交して延在する、いわゆるヘッダー壁(隔壁)によって互いに区画される。ヘッダー壁は、2つのダクトを互いに仕切るか、または2つのヘッダー壁が隣接するさらなる対の双加熱煙道から1対の双加熱煙道を仕切る。したがって、各々の加熱ダクトは、2つの長手積み壁部分と2つのヘッダー壁とによって画定される。噴出方向(深さy)において、各々の加熱ダクトは例えば、400~550mm程度の長さまたは深さ(中心から中心)を有する。ここで、長手積み壁の厚さは、例えば、80~120mmの範囲にある。ここで、ヘッダー壁の厚さは、例えば、120~150mmの範囲にある。
用語「ヘッダー壁」は一般的な言語学的使用の範囲内で確立される。本明細書では、特に、長手積み壁とヘッダー壁/隔壁が同じ構造様式で、具体的には各々の場合に、それらの狭い側で列をなして互いに隣り合って配置されたブロックによって製造され得ることを明らかにするために、この用語は「隔壁」と同義に使用される。水平室炉の「長手積み壁」は、射出方向に長手方向に配置された長手方向壁としても説明され得、「ヘッダー壁」は、射出方向に対して横方向に配置された横方向分離壁(隔壁)としても説明され得る。
各々の加熱ダクトの下側には燃焼空気開口部および混合ガス開口部が設けられ、その機能は、加熱(混合ガス加熱またはコークス炉ガス加熱)のタイプに応じて選択または設定することができる。コークス炉ガス開口部は、下側から加熱ダクトに開口している。円形フロー経路の場合、一対の加熱ダクトは、各ケースにおいて、炉室の下側に配置された排出ガス再循環開口を介して互いに結合され、円形フロー経路を有する双加熱煙道を形成する。排出ガス再循環開口部を通る体積流は、特に、バーナー面内の基部に配置され、そこで変位可能である調節ローラーによって、選択的に調節することができる。ヘッダー壁には、燃焼空気(段付きガス)を1つまたは複数の垂直位置でコークス炉(空気段またはヘッダー壁開口部)に導入する段付きガスダクトが設けられている。以下は、炉室に導入される体積流の典型的な比率として引用され得る:基部上の燃焼空気入口を約30%、基部上の混合ガス入口を約30%、及び少なくとも1つの段付きガス入口(ヘッダー壁面開口)を約40%通る。この比は、性能要件に応じて、炉室からのガスの排出についても同様に設定することができる。
排出ガス反転点(再循環通路)の上方では、コークス化パラメータの適合のために、加熱差のようにバイパス流を構成することが可能である。バイパス流は、壁によって、より具体的には水平壁または天井によって、加熱煙道から仕切ることができ、この天井は、例えば、スライド式スライダブロックによって覆われうる、または、それらの断面を調節させうる、通路を含む。
K.WESSIEPEによる前述の出版物では、特に、加熱煙道が双加熱煙道を有する炉についての対策を見ているが、1990年代には、いわゆる円形の流れの構成は、NO濃度が極めて低いという点で利点がある、ということもすでに発見されていた。
先行技術として、DE3443976C2およびDE3812558C2を例示的に挙げることができ、これらは、特にKoppers円形フロー炉を例として使用して、燃焼空気の段階的導入のための最適な円形流速および合理的な垂直位置の態様を論じている。また、その中で言及されていることは、加熱煙道床の領域における垂直位置での煙道ガスのリサイクルが各々の加熱煙道内の温度を下げることを可能にし、NO排出量の低減の効果を伴うことである。
2017年8月に公開されたCN107033926Aは、段付きの空気ダクトの両側に横向きに配置された、燃焼空気の段階的な導入、円形の流れ開口部、及び、双加熱煙道を備えた構成を記載している。
コークス炉内の熱の分布に影響を及ぼすことができるようにするために、特定の種類のガス伝導構成要素または充填要素を用いた実験も既に行われている。例えば、特許明細書DE3916728C1は、透過性ハニカム要素、メッシュ、または、ペブルベッドの形態の内部を有する加熱空間(加熱煙道)を提供し、特定の種類の煙道ガス経路もまた、部分において有利であると言われている。その場合の課題は、加熱空間内の流動状態の改善であり、異なる垂直位置での燃焼空気の送り込みもまた提案されている。
また、内部表面から熱エネルギーを効果的に方向転換または反射させるための特定のコーティングに関する実験もすでに行われている。
コークス炉または加熱煙道の上または中に直接記載した手段は、ここでは、主要な手段として記載することができ、これらの手段は、加熱煙道(より具体的には、内部煙道ガス再循環または円形流、燃焼空気のステップ)における主要なNO形成メカニズムに対抗することを意図した手段である。上述した手段の全てにおいて、ここに記載された炉は、典型的には、自己点火(より詳細には800℃以上)で運転され、従って、ガス温度を冷却又は低下させるための対応する手段は、特に、燃焼が消滅するのを防止するために、狭い境界条件下でのみ、又は、狭い温度範囲内でのみ、実行され得ることに留意しなければならない。
さらに、例えば、煙道ガスが大気中に排出される前に煙道ガス中のNO留分を還元するためのスタック中の選択的触媒(SCRまたはDeNO)の使用、またはすでに排出されている煙道ガスのスタックからコークス炉中に戻る外部再循環を介して、後続の接続されたプラント構成要素中でコークス炉の下流で実施することができる、いわゆる二次措置もすでに試みられている。これらの下流の対策がどれほど効果的であるかにかかわらず、それらは、多くの場合、極めて高いコストのハードル(コークス炉全体の総投資の50%まで)で、または追加のメンテナンスコストおよび複雑さのハードルで低下する。効果的ではあるが、これらの手段は多くの場合、費用がかかりすぎる。
また、特許出願DE4006217A1も挙げることができ、これは、炉の中央部分における再生器に関する手段だけでなく、高炉室の場合であっても均一な加熱状態および低NO放出という目的で、煙道ガスの外部円形流に関する手段も含む、複数の手段の組み合わせを記載している。
とりわけ、CH4ガスの導入、水の注入による水分含量の増加、または、アンモニアの供給などの化学的、反応性の手段も考慮されてきた。しかしながら、水又は蒸気は、炉室内の任意の位置に注入することができず、その代わりに、特に中央垂直位置の中央にのみ注入可能であり、この手段は更に、使用される(ケイ酸塩)材料に悪影響を及ぼす。ガスと空気の再生予熱温度を上げることは、現在進路を走り、不経済であると考えられている方策である。
2018年においても、上記の要件は特に、上記の内部的な主たる措置を単独で又は累積的に満たすことができることは、いかなる場合においても、依然として想像できないようであった。したがって、NO排出量を大量のファクター、より具体的には2~5のファクターだけ低下させることは実現可能ではないように思われ、より具体的には200mg/Nm未満または100mg/Nm未満の範囲まで低下させないように思われ、あるいは少なくとも正当化可能なコストおよび複雑さではないように思われ、したがって経済的な方法ではないように思われる。
上記の懸念にもかかわらず、本発明は、コークス炉またはその構造設計に直接対策することによって、より詳細には、少なくとも1つの再循環開口部を有する加熱煙道を有する確立された加熱システムに対する対策によって、特に円形の流れ経路によって、コークス炉を最適化することに関し、特に、可能であれば、下流のプラント構成要素なしでも完全にコークス炉を性能最適化運転モード(もっぱら、NO低減のための内部主対策)で運転することができるという選択肢を提供する。これは、改善のための大きな可能性の期待を提供し、炉オペレータにとっても大きな利点を有し、したがって、技術的アプローチの商業的実施のための良好な機会を有する。
これまでの対策は、主に、コークス炉ガス加熱の場合に、不均衡に高いNO生成を低下させることを目的としてきた。言い換えれば、純コークス炉ガス(ガスと混合しない)-混合ガス加熱による加熱では、これらの対策はあまり効果がない傾向にある。これらの対策の多くは、混合ガス加熱の場合、NO生成にマイナスの影響さえあるかもしれない。しかしながら、典型的には、コークス化プラントが最初に、そして最も重要なことに、混合ガス加熱によって運転され、混合ガス加熱は推定される適用シナリオの90%を超える、または推定される運転時間の90%を超える時間(例えば、緊急事態または保守作業中にのみ、コークス炉ガス加熱)において、支配的な加熱方法である。したがって、理論的には、コークス炉ガス加熱に向けられた対策は、炉の寿命にわたって合計で同じNOの節約を可能にするために、混合ガス加熱の対策よりも10時間程度効果的でなければならないであろう。コークス炉ガス加熱に向けられた対策の多くはさらに、炉内の圧力損失が増加するという欠点を有しており、その結果、プラント計画には出力が増加した過小圧力源を含まなければならない。
さらに、不均衡に高いNO生成を低下させるためのより最近の対策は、これまで主にコークス炉ガス加熱に関連するものである。したがって、既存の加熱方法のNO関連の最適化、および加熱煙道の設計、特に、多くの場合、これまであまり注目されていなかった混合ガス加熱方法に関心がある。これに関連して、当然のことながら、最初に、公知の一次NO低減技術を考慮することが可能である。
本発明の目的は、コークス炉装置及びコークス炉装置を作動させる方法を提供することであり、これにより、特に、混合ガス加熱のために、NO排出を最小限に抑えることができ、また、既存の又は新規のプラントの場合には、全負荷運転においても最小限に抑えることができる。ここで、コークス炉装置は好ましくは下流のプラント構成要素なしに、有利に低いNO排出レベルを可能にすることである。特に目的はコークス炉装置及びコークス炉装置を作動させる方法を提供することであり、コークス炉装置は、特に、混合ガス加熱の文脈において、加熱煙道内での手段によって、より詳細には、内部一次的手段によって、減少させることを可能にする。特に混合ガス加熱のために、そのような手段は好ましくは最小限に大きな圧力損失のみを必要とするように意図され、特に、炉内でのこれらの手段の結果として必要とされる圧力損失の増加は、50Pa未満の非臨界範囲内に位置されるべきである。特に混合ガス加熱の場合、このような手段は、コークス炉ガス加熱が年間運転時間のごく一部の間しか行われない場合であっても、コークス炉ガス加熱のための手段と可能な限り両立するか、または少なくともコークス炉ガス加熱の運転モードに特に悪影響を及ぼさないようにすることも最終的には可能である。これは、比較的柔軟な動作モード、言い換えれば、広範囲のタスクのための非常に可変な炉を可能にする。
この目的は、本発明によれば、石炭または石炭混合物のコークス化によってコークスを製造するためのコークス炉装置によって達成され、コークス炉装置は各々がガス燃焼加熱ダクトおよび排出ガス伝導下向き流通加熱ダクトを有し、これらの加熱ダクトは各々の場合に、隔壁(ヘッダー壁とも呼ばれる)によって互いから区切られ、2つの互いに対向する長手積み壁によって各々の炉室から区切られ、一対の加熱ダクトは少なくとも1つの上側結合通路によって、また少なくとも1つの下側結合通路によって互いに流体的に結合される、コークス炉装置内部の措置によって、内部熱エネルギー均等化によって窒素酸化物放出を最小限に抑えるように設定される。それぞれに各々の双加熱煙道の底部の下部領域において、少なくとも1つの円形流路上での再循環であって、各々の場合において、以下の群からの少なくとも1つの入口:コークス炉ガス入口、燃焼空気入口、混合ガス入口が提供される;ここで、各々の基部において、各々の加熱ダクトの隔壁の内側縁(内面)の距離y2に対する燃焼空気入口および混合ガス入口の対向縁の間の距離y1の比y1:y2は少なくとも10%であり、ここで、燃焼空気入口および混合ガス入口の対向縁の間の距離y1は少なくとも50mmであり、ここで、燃焼空気入口および混合ガス入口の少なくとも1つは対向する長手積み壁の間の加熱ダクトの絶対x範囲の0.7倍を超えるx距離に偏心して配置される。これにより、内部熱対策によるNO排出量の削減が可能となる。
本発明において、y方向の燃焼空気入口と混合ガス入口との距離は、比較的大きく、各加熱ダクトのy方向の全域に関連して相対的な最小距離が規定されている。また、本発明では、絶対最小距離を定義する(ylmin=50mm)。これにより、いずれの場合にも、温度および流れプロファイルに有利な影響を及ぼすことが可能になる。最小距離y1は例えば、60~220mmの範囲にある。対向する隔壁間の距離y2は、例えば250~400mmの範囲にある。
ここでの混合ガス入口の絶対位置はまた、例えば、y方向の長手積み壁に対する最小距離、及び/又は隔壁に対する最小距離、特に、例えば、混合ガス開口の外側エッジと隔壁(ヘッダー壁)の内側縁との間が、10mmより大きく規定されてもよい。ここで混合ガス開口部とコークス炉ガスノズルとの間の距離(x方向の相対位置)は、特に少なくとも100mmとすることができる。
本発明では、1250℃を超える経済的に好ましいプロセス温度、したがって、高いプラント生産量、を確保することができ、同時に、加熱煙道の基礎に基づく幾何学的尺度に基づいて、良好な効果で、上述の厳しい制限値を観察することができることが明らかになった。この場合、圧力損失の増加を比較的穏やかな限界内に保つことも可能である。本発明による混合ガス入口の相対的および/または絶対的な位置決めによって、所望の温度分布を特に効果的な方法で実現することもできる。
混合ガスの燃焼は、低水素分率のために、これまであまり重要ではないと考えられてきたが、これまでは複合コークス炉における垂直加熱ダクト設計の文脈において、窒素酸化物を低減する開発の主要な課題ではなかった。しかしながら、混合ガス加熱による運転モードはしばしば、炉の絶対的な運転時間のかなりの割合を懸念する。本発明によれば、特に、混合ガス加熱を用いて、特に有利なNO低減効果を実現することが可能である。
「基部エア」燃焼媒体と「混合ガス」燃焼媒体の出口位置の間の絶対距離を増加させることは、特に、y方向の加熱ダクトの全範囲に関する相対最小距離と関連して、特に、炉が、炉の特定の体積または出力範囲から独立して設計されることを可能にする。
個々の入口の各々の機能に関する限り、異なる動作モードに関連して説明することもできる。混合ガス加熱を伴う製鉄所に接続されたコンビネーション炉の場合、加熱煙道基部に設けられた2つの開口部または注入口があり、これらは混合ガス用の注入口および(燃焼)空気用の注入口である。コークス炉ガス加熱を受ける複合炉の場合、混合ガスダクトには同様に空気が供給される。コークス炉ガス加熱専用に建設された炉(いわゆるリッチガス炉)では、空気入口のみが必要である(混合ガス入口は不要)。後者の構造設計は、特別な場合としてより理解されるべきである。
純粋な混合ガス加熱では、コークス炉ガス入口の配置は、比較的重要ではなく、したがって、コークス炉ガス入口の相対的な配置は、特定の場合に応じて、長手方向または横断方向のいずれか、あるいはその両方において、より大きくまたはより小さく変化させることができる。この場合、合理的な妥協は、各々の加熱モードで予想される動作時間にも依存する。本発明によれば、燃焼空気および混合ガスの入口の絶対的および相対的配置によって、様々な異なる炉設計に対して、絶対的な運転時間の大部分に対して、最小化されたNO排出による効果的な妥協を供給することができる。
コークス炉ガス入口に対する燃焼空気及び混合ガスのための2つの入口の間の比較的大きな距離は、実際に、有用であるか又は理想的でさえあると仮定されてもよい;しかしながら、本発明の効果は、コークス炉ガス入口の相対的な構造とはほとんど独立してさえ実現され得ることが明らかになった。本発明の文脈においても、これは、炉を特定の用途に適合させるためのさらなる構造的またはプロセス工学的変数(または自由度)を提供する。
例えば、100~300mmの範囲の距離y1が提供される。例えば、30~60%の範囲の比y1/y2が選択される(または0.3及び0.6)。ここで、比y1/y2は例えば、90%(または0.9)まではるかに大きくてもよい。比y1/y2は、好ましくは0.5未満の中心範囲に位置する。特に、垂直方向の温度分布に関しても有利であることが判明している。
距離y1の変動をNO最適化の有効な尺度として利用できることが出てきた。特に、本発明によれば、距離y1の大きさまたは範囲について、系統的な方法でNOの形成に関して、肯定的な効果が示されている。炉建造者は、これまで、距離y1を変えることを控えてきた。特に、この距離は、NO節減の尺度として特定されなかった。したがって、距離y1のこのような目的に応じた変化の理由もなく、特に、一見すると、距離の変化は、NO排出量に関する系統的な結論を全く許さない/全く許さなかった。
燃焼空気入口及び混合ガス入口のx位置は、特に、それらの中心点に関連して定義することができる。特に、燃焼空気入口および混合ガス入口のうちの少なくとも1つ、より具体的にはその中心点は、対向する長手積み壁の間の加熱ダクトの絶対x範囲の0.8倍を超えるx距離で偏心して配置することができる。x方向におけるこの偏心の程度は、燃焼前のガスの有利な一次混合を確実にすることもできる。
製鉄所固有のガスは、ここでは、特に転炉ガスと呼ばれるものを含め、より広義の鉄鋼生産に伴うガスとして理解されるべきである。厳密に言えば、転炉ガスは、高炉での粗鉄の生産には関連しておらず、代わりに製鉄所での実際の製鉄の下流プロセスチェーンに属すると考えられている。「製鋼所固有ガス」という用語は、特に炭化水素留分または天然ガスを、特に混合物成分として包含するものと理解することもできる。
比較的小さい比y1:y2、より詳細には15%未満、は、特に比較的大きい植物において有利であり得る。
本発明による配置は、また、例えば、比較的高いノズルブロック温度、より具体的には、少なくとも1300℃または1320℃のノズルブロック温度で約1600℃以下の混合ガス加熱時の火炎温度に対して比較的穏やかな火炎温度を可能にする。
本発明による構成は、双加熱煙道の構造設計に対して、「back-to-cack」流れ方向(隣接する双加熱煙道において、各々の場合において、同じ垂直方向に向けられた同じ流れ方向)、および、双加熱煙道の構造設計に対して、前方に向けられた流れの横断(隣接する加熱煙道においては垂直方向に逆向きの流れ方向)の方法で実現することができ、「back-to-cack」加熱の場合には、単一の、より低い再循環通路または複数の再循環通路を、特に、対にして、選択的に提供することができることが分かっている。前方向流れの横断の場合、好ましくは、対になった下部再循環通路が設けられる。
「forward-burning」運転モードの場合、例えば、#1、#3、#5、#7、#9、・・・(n+2)の奇数を有する加熱煙道は、加熱を行うか、又は加熱の切り替え後に、#2、#4、#6、#8、・・・の偶数を有する加熱煙道を行う。(n+2)燃焼を行う。特に、各ヘッダー壁に少なくとも1つの再循環開口がある。この種の炉では、好ましくは、ヘッダー壁内の段付きの空気ダクトを、囲む、境界を定める、又は、囲む、少なくとも2つの下部再循環開口が存在する。燃焼不活性中間層は、再循環開口部を通って流れる煙道ガスによって、少なくとも部分的に、導入された媒体(ガスおよび/または空気)のうちの少なくとも1つに対して水平方向に形成され得ることが見出された。この手段により、垂直方向に燃焼を遅らせることが可能であり、これは、温度分布に有益であり得ることが見出された。各ヘッダー壁には、例えば、段毎に少なくとも2つの再循環開口がある。最下位の5つのヘッダー壁層のうちの1つには、好ましくは、第1の一対の再循環開口部がある。より詳細には、安定性の理由から、さらなる開口部が、その上に位置する次の段(例えば、垂直の段番号3)にのみ提供され、これらの開口部は特に、段番号1に平行に(対称に)配置され得る。
特に、「back-to-cack」運転モードの場合、加熱煙道番号#1、#4、#5、#8、#9、…(1から始まり、n+3/n+1)が燃焼を行い、あるいは加熱の切り替え後、加熱煙道番号#2、#3、#6、#7、#10、#11、…(2から始まり、n+1/n+3)が燃焼を行う。再循環開口部を通って逆流する煙道ガスによって、燃焼不活性中間層が、導入された媒体(ガスおよび/または空気)のうちの少なくとも1つに対して形成され得ることが見出された。
特に、1つおきのヘッダー壁に少なくとも1つの再循環開口が設けられる。例えば、個々の再循環開口部(より詳細には比較的大きな開口部)が、ヘッダー壁の中心に設けられる。例えば、段付き空気ダクト及び再循環開口部は、それぞれ、対応するヘッダー壁に一緒にのみ配置される。好ましくは、少なくとも1つのさらなる再循環開口部が、この上に位置する壁層のうちの少なくとも1つに存在する。
少なくとも1つの再循環通路の各々の配置は、自由に選択することができる。選択的に、その配置は、他の入口の配置に対して規定されてもよい。選択的に、再循環通路の中心点の配置のためにx座標および/またはz座標を指定することが可能である。例えば、1つまたは複数の(最下位の)再循環通路は、基部の上方2m未満の垂直位置に配置される。1つの変形例において、再循環通路は各垂直位置において、より詳細には加熱煙道のx-範囲に関連して対称的な配置で、対をなして設けられる。例えば、1対又は2対の再循環通路は、空気入口及び混合ガス入口のうちの少なくとも1つと同一のx座標において、どの程度垂直な位置に配置されるかで構成される。
空気入口および混合ガス入口の少なくとも1つを、より近い長手積み壁に対して比較的小さいx距離、より具体的には50mm以下、さらには20mm以下または10mm以下で配置することが有利であることが見出された。
加えて、空気入口及び混合ガス入口は、x方向に完全な重複を任意に有し、言い換えれば、オフセットなしに、又は幾何学的により小さな入口がx方向に幾何学的により大きな入口を越えて突出することなく配置することができることが分かっている。さらに、空気入口および混合ガス入口は任意選択で、x方向にオーバーラップすることなく、すなわち、x方向にオーバーラップを確認することが不可能であるような大きなオフセットで、完全に配置することもできることが分かった。
特に、ここで説明する入口のタイプの1つだけが、加熱煙道ごとに提供される-すなわち、1つの燃焼空気入口と1つの混合ガス入口のみである。
さらに、燃焼空気は、好ましくは段階的に、より具体的には各々の加熱煙道の全高にわたって2段階燃焼によって、供給されることができることが分かった。段付き空気のための対応する隆起または入口は、特定の用途に最適に調整された方法で配置されてもよい。
1つの例示的な実施形態では、比y1:y2が少なくとも25%である。これはまた、加熱ダクトの全範囲にわたってガスの効果的な分配/混合を可能にする。
例示的な一実施形態では、距離y1が少なくとも100mm、例えば、少なくとも150mm、例えば、200~250mmである。これにより、ガス流路をより個別に設定及び制御することができる。
1つの例示的な実施形態では、比y1:y2が少なくとも35%、より具体的には50%以下、60%以下、または70%以下である。10%または15%から始まって、距離y1は、NO排出に関してまたは他の炉動作パラメータに関して、いかなる付随する知覚可能な欠点もなく、さらに増加され得るかまたは最大にさえされ得ることが見出された。これは、構造上の自由度をさらに広げる。
例示的な一実施形態では、距離y1が少なくとも150mmまたは少なくとも200mmである。これにより、比較的大容量の炉を用いても、有利な相対配置を保証することができる。
例示的な一実施形態では、距離y1は、350mm以下または375mm以下である。400mmを超える距離y1は、他の炉プロセスパラメータに関する欠点に関連することが分かっている。本発明の推奨は、距離を400mm未満の上限に制限することである。
例示的な一実施形態では、距離y1が200mm~300mmの範囲、または150mm~250mmの範囲である。これらの範囲またはこの距離スペクトルは、多くの実験において特に有利であることが証明されている。各々の場合において、炉および/または加熱ダクトの全範囲の関数として、距離のより正確な仕様を定義することができる。
この距離は、コークス炉装置の各加熱煙道において同じであることが好ましい。すべての加熱煙道に関して類似の構造または対称的な設計も、熱的および構造的な利点を有する。
比較的大きな比y1:y2、特に25%、35%または40%を超える比は、特にかなり小さな植物の場合に有利であり得る。
1つの例示的な実施形態では、各々の加熱煙道の入口および少なくとも1つの下部連結通路の、より具体的には、燃焼空気入口および混合ガス入口に対してさらに除去された複数の下部連結通路のうちの1つの入口の幾何学的中心点は、平面図で表面積(A)が少なくとも50cm、より具体的には、少なくとも200cm、少なくとも300cm、少なくとも500cm、少なくとも700cm、少なくとも900cm、より具体的には1000cmと1350cmとの間、三角形または四角形の配置(多角形の配置)を画定する。これにより、個々の炉の個々の構造特異性とは無関係に、質量とエネルギーの流れを効果的に分布させることができる。特に強力な効果は、ちょうど200cmの表面積を超えて実現され得ることが見出されている。この効果は特に、300cm、又は、500cmを超えて、更に強化されることができる。
1つの例示的な実施形態では、三角形または四角形の配置が、平面図において、2000cm以下、より具体的には、1800cm以下、1500cm以下、1300cm以下、または700cm以下、より具体的には、1000cmと1300cmとの間の表面積(A)を有する。これらの上限は、構造的な観点からも依然として許容可能である有利な範囲を示すことができる。選択される表面積は特に、炉の構成に依存する不都合な副作用の可能性を回避できるようにするために、大きすぎてはならないことが見出された。特に、非常に大きな又は非常に高い炉室の場合には上限は1500cmよりも大きくてもよいが、1500cm未満の表面積は特に多数の炉構成に既に有益であり得る。
ここで、特に好ましい下限/上限は例えば、図面の説明に関連してより詳細に説明されるように、例えば、炉室の高さに依存してもよい。より具体的には、下限が7メートルを超える高さを有する炉室の場合には100又は200cmだけ増加させることができる。
混合ガス入口および燃焼空気入口の幾何学的中心点と、(さらに除去された)下側再循環通路(互いに対して相対的な段)と、によって頂点が画定される、相対的な三角形または四角形の配置は、また、利用可能な(燃焼)空間の極めて有効な利用の利点を提供し、より詳細には、ガスの混合比を有利に調整することができる。
比較的大きな表面積の場合、特に、質量とエネルギーの流れの有利な分布を確保することができる。特に、利用可能な基部領域にわたる入口の広範に分布した構成によって、加熱(それぞれ混合ガス加熱およびコークス炉ガス加熱)の典型的なモードのための垂直方向における特に有利な燃焼(特に、非常に遅れた燃焼)を確実にすることが可能である。
特に、三角形配置の頂点は、混合ガス入口及び燃焼空気入口の幾何学的中心点によって、また、(更に除去された)下部再循環通路の中心点によって規定され、従って、対応する隔壁からの排出面に関連して内側にオフセットされる。
1つの例示的な実施形態では各々の基部上に、長手積み壁に面する燃焼空気入口及び混合ガス入口の縁部は各々の双加熱煙道の2つの対向する長手積み壁のうちの少なくとも1つに対して、より詳細には少なくとも10mm又は少なくとも50mmの距離の差を伴って、異なる距離x1、x2で配置される。また、x方向のこのオフセットは、温度分布と流れ分布に関して付加的な微分を可能にする。
2つの長手積み壁に対する距離x1、x2は、比較的自由に設定することができることが分かった。各々の開口部/入口は同様に、x方向およびy方向の両方においてサイズが異なってもよく、異なる幾何学的形状を有する可能性がある。同時に、注入口は、断面が一定のままで、x方向にオフセットされてもよい。
例示的な一実施形態では、燃焼空気入口の断面表面積及び/又は各々の基部上の混合ガス入口の断面積が少なくとも30cm2又は少なくとも50cm2である。また、これにより、温度ピークの平坦化をより促進することができる。
1つの例示的な実施形態では、燃焼空気入口および/または混合ガス入口の断面積が500cm以下、または400cm以下である。これらの比較的高い表面積はまた、熱の広範囲な導入を促進する。
1つの例示的な実施形態では、各々の入口断面積が、比較的大きく、より具体的には、今日まで慣例的な断面積よりも2~3倍大きい。従来技術では、例えば、約50~100cm2で、著しく小さい断面積のみが記載されている。K.WESSIEPEによる前述の出版物は例えば、51mm×144mmの寸法、言い換えると75cm2程度ののみを記述している。
特に、このケースでは、排出ガス流または排出ガス流(通路)を反転させるための、少なくとも500cm2の通路表面積を有する接続開口を設計することもできる。これは、特に、加熱ダクト内の圧力損失の望ましくない増加を、経済的な観点からも有利である許容範囲内に、より詳細には50Pa未満に維持することを可能にする。これは、特に、強化された又は追加の負圧源を取り除く効果を有する。換言すれば、排出ガススタックを高める必要がなく、及び/又は追加のブロワを必要としない。
例示的な一実施形態では、燃焼空気入口及び/又は混合ガス入口の断面形状が長方形又は楕円形又は丸形である。この幾何学的形状はまた、例えば、構造的指示または安定性の側面に関して最適化されてもよい。より詳細には、調整可能な排出開口部(注入口)、より詳細にはスライダブロック、によってガスについて更なる最適化を行うことも可能である。
さらなる手段は、さらなる有利な効果を有し得る。特に、非対称配置(少なくとも基部空気および混合ガスの場合)に対する入口の位置の変化に基づいて、例えば、長手積み壁に対する基部上の非平行配置によって、さらなる最適化を行うことができる。
本発明による手段によって、特に混合ガス加熱の場合に、現在の状態(従来技術)と比較して、NOの形成またはNO排出の低減を達成することが可能であることが見出された。一見すると、この割合は革命的に高いようには見えないかもしれないが、特に、排出権のために、また、定義された最高温度への制限のために、経済的機能がこれまで不可能であった場合に、経済的動作を実証するかもしれない。
1つの例示的な実施形態では、各々の基部において、燃焼空気入口および/または混合ガス入口の断面積は、幾何学的および/またはサイズに関して、より具体的には、少なくとも1つの変位可能なスライダブロックによって、および/または少なくとも1つの交換可能/取り外し可能なノズルによって、調整可能に構成される。これらの手段により、更なる最適化、特に運転中の実現(微調整)も可能である。
1つの例示的な実施形態では、上部領域の各々の双加熱煙道の2つの各々の加熱ダクトを連結する少なくとも1つの上部再循環通路が少なくとも250cm2の断面表面積、より詳細には1200cm2以下または1000cm2以下を有するガスの相反移送のために設定される。これにより、とりわけ、比較的大きな通路開口部によって、比較的柔軟な方法で最適化を行うことが可能である。
1つの例示的な実施形態では、対になった加熱ダクトが少なくとも2つの下部結合通路によって流体的に互いに結合されており、ここで、燃焼空気入口は対応する下部結合通路と少なくともほぼ同じx位置に、より詳細には燃焼空気入口の各々の中心点と、対応する通路とが同じx座標で配置された状態で、少なくともほぼ同じx位置に配置されている。これは、特に有利な方法で、特に燃焼の前に、再循環ガスと燃焼空気との混合を促進する。
例示的な一実施形態では、燃焼空気入口及び混合ガス入口が、対向する長手積み壁に対してx方向にオフセットされている。この変化は、効果的な混合を促進することができる。この場合、異なる幾何学的形状および/または断面積を設けることもできる。
例示的な一実施形態では、対向する長手積み壁に対する燃焼空気入口および/または混合ガス入口の距離x1、x2の比x1:y1またはx2:y1は、各々の場合において、距離y1に対して、少なくとも90%および/または290%以下、より具体的には200%と250%との間である。言い換えれば、入口はx方向において中心から比較的遠く離れたままであり、入口の少なくとも1つである。これにより、ガス分布をさらに区別することができる。
1つの例示的な実施形態では、燃焼空気入口が、混合ガス入口よりも反対側の長手積み壁により内側に近接して配置され(またはその逆)、より詳細には、少なくとも10mmまたは少なくとも50mmの距離差を有し、より詳細には反対側の長手積み壁の間の少なくともほぼ中央領域に配置される。y方向におけるこの種のオフセットは、流路をさらに扇形に広げることを可能にする。
1つの例示的な実施形態では双加熱煙道の燃焼空気入口及び混合ガス入口が入口を結ぶ線が各々の加熱ダクトを通って対角線又は少なくともほぼ対角線に延びるように、相互に対して配置される。より詳細には入口の中心点を通る直線の対角線、より詳細には水平x方向に対して40°から50°の範囲の角度の対角線、より詳細には長手積み壁とヘッダー壁との間の頂点を通る対角線となるように配置される。これにより、各々の加熱煙道における温度輸送と物質輸送の有利な局所的多様化を設定することができる。また、対角線上の設計は、対角線上に対向する角の間の線上の少なくともほぼ同一平面上の配置によって特徴付けられてもよい。
上記の目的はまた、少なくとも混合ガス加熱を伴う石炭のコーキングによってコークスを製造するためのコークス炉装置によって達成され、内部熱エネルギー補償を通して最小化された窒素酸化物放出を有し、加熱ダクトを対に有する多数の双晶加熱フルーツを有し、これらのダクトは隔壁によって各々の場合に対になって互いに区画され、2つの互いに対向する長手積み壁によって区画され、ここで、各々の加熱ダクトの基部上には、コークス炉ガス入口、燃焼空気入口、混合ガス入口が設けられ、一対の加熱ダクトが、少なくとも1つの上部結合通路および少なくとも2つの下部結合通路によって互いに流体的に結合されており、各々の場合において、少なくとも1つの円形流路上で内部の排出ガスを再循環させ、各々の基部において、燃焼空気入口および混合ガス入口の対向する縁部間の距離と隔壁の内側の縁部の距離との比が少なくとも10%であり、ここで、燃焼空気入口と混合ガス入口との対向縁部間の距離は少なくとも50mmであり、ここで、燃焼空気入口と混合ガス入口との少なくとも1つは、対向する長手積み壁間の加熱ダクトの絶対x-範囲の0.7倍を超えるx-距離で偏心して配置され;ここで、一対の加熱ダクトは、少なくとも2つの下部結合通路によって互いに流体的に結合され、ここで、燃焼空気入口は対応する下部結合通路と少なくともほぼ同じx-位置に、より詳細には燃焼空気入口と対応する通路との各々の中心点と、同じx-座標での配置で、より詳細には上述のコークス炉装置の特徴と組み合わせて配置される。これは、特に、燃焼前の再循環ガスと燃焼空気との一次混合に関して、上述の利点を提供する。
上述の目的はまた、内部熱エネルギー補償を介して最小限に抑えられた、少なくともガス加熱と混合された窒素酸化物排出によるコークスを製造するコークス炉装置によって本発明に基づいて達成され、各々の場合に互いに隔壁で区切られ、互いに向き合った2つの長手積み壁によって区切られた複数の二つの加熱ダクトを有し、対になっている加熱ダクトは少なくとも1つの円形流路上の内部排出ガス再循環のために、各々の場合に少なくとも1つの下部結合通路によって、互いに流体的に結合され、ここに、コークス炉ガス入口、燃焼空気入口が設けられる。ここで、混合ガス入口;燃焼空気入口の対向端部と隔壁の内側端部の距離y2の各々の比y1:y2 少なくとも10%であり、燃焼空気入口の対向する縁部と混合ガス入口の縁部との間の距離y1は少なくとも50mmであり、ここで、燃焼空気入口及び混合ガス入口の少なくとも1つは対向する長手積み壁間の加熱ダクトの絶対x-度の0.7倍以上のx-距離で偏心して配置される。より詳細には上述したコークス炉装置である。ここで、更に距離y1は少なくとも100mmであり、より詳細には燃焼空気入口及び混合ガス入口が対向する長手積み壁に対してx-方向にオフセットして配置される少なくとも150mmである。これにより、上述した多くの利点が得られる。
上記の目的はまた、本発明によれば、石炭または石炭混合物のコークス化によってコークスを製造するためのコークス炉装置によって達成され、コークス炉装置は少なくとも間欠的なコークス炉ガス加熱と選択的に混合されたガス加熱とによってコークスを製造するためのコークス炉装置によっても達成され、コークス炉装置は鋼工事固有ガスおよびコークス炉固有ガスによる内部熱エネルギー均等化によって最小化された窒素酸化物放出のために設定され、各々がガス燃焼加熱ダクトおよび排出ガス伝導下向き流れ横断加熱ダクトを有し、これらの加熱ダクトは各々の場合に、隔壁によって互いから区切られ、2つの相互に対向する長手積み壁によって各々の炉室から区切られ、一対の加熱ダクトは少なくとも1つの上部結合通路によって、また、少なくとも1つの下部結合通路によっても流体的に互いに結合され、各々の場合に、内部排出ガス再循環のために、少なくとも1つの円形流路であって、各々の一対の底部上の下部領域において、少なくとも1つの円形流路を内部排出ガス再循環させるための、少なくとも1つの下部結合通路によっても流体的に結合される。コークス炉ガス入口、燃焼空気入口、混合ガス入口の各群からの少なくとも1つの入口が設けられ、内部排出ガス再循環のための下側連結通路は対になって加熱ダクトの下に位置する中央部分領域を通って少なくとも部分で延在し、ガス燃焼加熱ダクトを排出ガス伝導下向き流れ横断加熱ダクトに連結する連結ダクトである。有利には連結ダクトによって、再循環ガスは実質的に垂直方向にガス燃焼加熱ダクト内に導入される。一般的な従来技術から知られているのは、代わりに、このガス燃焼加熱ダクトへの再循環ガスの内向き流れの実質的に水平方向である。
ここでは、結合ダクトがその入口開口部が排出ガス導電性の下方に流れる横断加熱ダクトの基部領域内の再循環排出ガスを受け入れるか、または収容するように設計され、一方、その出口開口部がガス燃焼加熱ダクトの基部領域内の再循環排出ガスを排出するように設計されるように、双加熱煙道の下方に延在することが可能である。さらに、少なくとも入口開口部が、中心/結合隔壁と、この中心/結合隔壁に対向する外部/仕切り隔壁との間に中央に構成されることが考えられる。別の可能性は、出口開口部が中央/結合隔壁と、この中央/結合隔壁に対向する外部/仕切り隔壁との間に中央に構成されるようにすることである。この場合、中央/連結隔壁は少なくとも通路開口又は連結通路、さらに詳しくは再循環ガスを再循環させるための上部連結通路を有し、双発熱煙道の2つの加熱ダクトの間に配置される。しかしながら、少なくとも出口開口部及び/又は入口開口部についてはこの中央/連結隔壁に対向する中央/連結隔壁と外側/区画隔壁との間の分散された方法で構成することも可能であり、より詳細にはy方向から見て中央/連結隔壁に近い。x方向において、入口開口及び/又は出口開口が、対応する長手積み壁の間に中央に構成されることが可能である。分散構成も考えられる。さらに、連結ダクトがそのサイズ、より具体的には断面サイズが排出ガス伝導性の下向きに流れを横切る加熱ダクトおよび/またはガス燃焼加熱ダクトの基部領域の4分の1、より具体的には3分の1を覆う入口開口部および/または出口開口部を有することが考えられる。連結ダクトは、円形、楕円形、角張った、より具体的には長方形または多角形の断面を有するように設計されてもよい。
中央断面領域は、個々の燃焼シャフト又は双加熱煙道をダクトを介して再生器(空気予熱)に接続する耐火材料のブロックを表す。例えば、この中央部分領域を通って延在するのは、ガスダクトであり、このガスダクトにおいて、相互に、再生器からの燃料ガスおよび空気は上向きに双加熱煙道に、より具体的には燃焼のためのガス燃焼加熱ダクトに通され、排出ガスは双加熱煙道から下向きに、より具体的には排出ガス伝導下向き流れ横断加熱ダクトから排出のために再生器に通される。
上記の目的はまた、本発明によれば、石炭または石炭混合物のコークス化によってコークスを製造するためのコークス炉装置を運転する方法によっても達成され、このコークス炉装置は鋼工事固有のガス(高炉から生じるガス)およびコークス炉固有のガスを用いて、コークス炉装置内部の対策によって、少なくとも混合ガスを加熱し、断続的なコークス炉ガス加熱によっても選択的に、また、上記のコークス炉装置を運転するために、最適化された最小化された窒素酸化物放出を有するコークス炉装置であって、燃焼加熱ダクトおよび排出ガス伝導加熱ダクトを有するコークス炉装置の各々の双加熱煙道において、隔壁の周りの少なくとも1つの円形流路の内部排出ガス再循環が隔壁を通る少なくとも1つの連結通路によって確立され、各々の双加熱煙道の基部上の下部領域において、以下の群からの少なくとも2つのガス、すなわち、コークス炉ガス、燃焼空気、混合ガスが導入され、導入されるガスの群は以下を含む、コークス炉装置、燃焼空気、混合ガスを含む、コークス炉装置を運転するための方法によって達成される。少なくとも2つのガス燃焼空気および混合ガスは各々の基部上で、燃焼空気および混合ガスが各々の加熱ダクトの隔壁の内側縁部(内面)の距離y2に対して少なくとも10%の比y1:y2で互いに対して距離y1で流路上に入り、これらの2つの入り込んだ流路の距離y1は少なくとも50mmであり、燃焼空気および/または混合ガスは対向する長手積み壁間の加熱ダクトの絶対x範囲の0.7倍を超えるx距離で偏心して入る。これは、上述の利点を提供する。
一実施形態では各々の基部において、燃焼空気入口および/または混合ガス入口の断面積は幾何学的形状および/またはサイズに関して、より具体的には少なくとも1つのスライダブロックによって調整される。これは、さらなる最適化を可能にする。
一実施形態では、混合ガス加熱の場合の火炎温度が1700℃以下、1600℃以下、又は、1500℃以下、より詳細には、少なくとも1300℃または少なくとも1320℃のノズルブロック温度である。これにより、運転パラメータおよび出力に関して有利な枠組みを同様に達成することができる。特に、装置は、最大出力(厳密なNO制限なし)のために、または、最小化されたNO排出のために選択的に、選択的に作動されてもよい。既存のデバイスと比較して、同程度のレベルのNO排出に対して、より高い出力を達成することができる。
一実施形態では、各々の加熱煙道内のガス流は、ノズルブロック温度に対する火炎温度の比が、より具体的には、少なくとも1300℃または1320℃のノズルブロック温度で、最小化されるように設定される。このようにして最小化された比率は、いずれの場合にも、温度ピークを有する極めて少ない又は極めて小さい領域を有する比較的均一な温度分布を示すことができる。これは、出力および経済性に関してもプロセス最適化をもたらす。
本発明では、高さにわたる温度プロファイルの膨らみを均質化することが可能である。以前は多くの構築物において、高さにわたって2段階の温度プロファイルが典型的に存在し、各々の場合において、比較的強く顕著な「膨らみ」または比較的著しく不均一な分布を有していた。本発明における構成は、温度プロファイルを、特に全加熱煙道の大きな垂直断面にわたって、平坦化することを可能にする。
一実施形態では、各々の基部において、各々の入口によって、混合ガスおよび/または燃焼空気は少なくともほぼ垂直方向に導入される。あるいは、各々の基部上で、各々の入口によって、混合ガスおよび/または燃焼空気を、垂直に対して傾斜した方向に流入することができる。各々の基部において、混合ガスおよび/または燃焼空気が、少なくとも1つの螺旋流路上で渦または渦流パルスを用いて流入されることが選択的に可能である。これはまた、各々の場合において、流路の微調整を可能にする。
一実施形態では、導入ガス(より具体的には燃焼空気、混合ガス)および/または循環ガスは、水平方向に、より具体的には複数の垂直レベルで、より具体的には、バッフル内部構造、バッフルプレート、ブロック、または、シールドによって、より具体的には、それぞれ耐火材料で作られた方向に向けられるか、または経路指定される。これにより、特に加熱煙道の高さにわたる温度プロファイルの内部エネルギー混合および平坦化に関して、さらなる最適化対策が可能になる。
一実施形態ではガス(燃焼空気および/または混合ガス)が異なる垂直レベルの入口によって、より具体的には燃焼空気入口の上方の垂直レベルの混合ガス入口によって、より具体的には基部の上方の台上に配置された混合ガス入口によって、導入される。これはまた、温度分布のさらなる影響を可能にする。
上記の目的はまた、本発明によれば、石炭または石炭混合物のコークス化によってコークスを製造するためのコークス炉装置であって、鋼製工事固有ガスおよびコークス炉固有ガスを用いて、少なくとも混合ガスを加熱し、断続的にコークス炉ガスを加熱する手段によって、最適化された窒素酸化物放出を有するコークス炉装置を運転するための方法によって達成され、より詳細には燃焼加熱ダクトおよび排出ガス伝導加熱ダクトを有するコークス炉装置の各々の双加熱煙道において、隔壁を通る少なくとも1つの連結通路によって、内部排出ガス再循環が確立される、コークス炉装置を運転するための方法によって達成される。ここで、各々の双加熱煙道の下側領域(5.4)にはコークス炉ガス(G1a)、燃焼空気(G1)、混合ガス(G1b)が入れられる。)、ここで、導入されるガス群は少なくとも2つのガス燃焼空気(G1)および混合ガスを含む。ここで、排出ガス再循環の再循環ガスは加熱ダクトの下方に位置し、ガス燃焼加熱ダクトを排出ガス伝導下向きに流れる加熱ダクトに接続する、加熱ダクトの中央部分に少なくとも延在する結合ダクトを通って流れる。この流れは、再循環ガスがガス燃焼加熱ダクトに実質的に垂直方向に導入されるようになっている。ここで「実質的に」とは、再循環ガスが少なくともほぼ/ほぼ/ほぼ垂直方向(z方向)に加熱ダクト内に流れるか、または流入することを意味する。
本発明によれば、上記の目的はまた、複数の双加熱煙道を有するコークス炉装置において、複数の双加熱煙道を有し、各々の場合に、石炭または石炭混合物を少なくとも混合ガス加熱によってコークスを生成するための2つの加熱ダクトを有するコークス炉装置において、石炭または石炭混合物を加熱するための2つの加熱ダクトを有し、断続的なコークス炉ガス加熱を用いて、より詳細には上述のコークス炉装置において、内部排出ガス再循環が少なくとも1つの連結通路によって確立され、ここで、内部熱エネルギー補償による窒素酸化物放出を最小限にするための入口が、燃焼空気入口の対向縁部と混合ガス入口の対向縁部との間の距離比y1:y2と、少なくとも10%の各々の加熱ダクトの隔壁の内側縁部の距離との比y1:y2で配置され、燃焼空気入口の対向縁部と混合ガス入口の対向縁部との間の距離y1はここでは少なくとも50mmで本発明によって達成される。これにより、上述の利点が得られる。
上記の目的は、本発明によれば、コークス炉装置の複数の双加熱煙道の加熱ダクトにおける内部熱エネルギー補償によって、窒素酸化物および混合ガスの放出を最小限に抑えるための燃焼空気および混合ガスの使用によっても達成され、より詳細には各々の双加熱煙道において、少なくとも1つの円形流路上の内部排出ガス再循環が少なくとも1つの連結通路によって確立され、燃焼空気および混合ガスは少なくとも10%の、各々の加熱ダクトの隔壁の内側縁部の距離y1と隔壁の内側縁部の距離y2との間の距離比y1:y2で、少なくとも50mmの互いに対する距離で、より詳細には1700℃以下または1600℃以下または1500℃以下、より詳細には少なくとも1300℃または少なくとも1320℃のノズルブロック温度の混合ガス加熱を伴う火炎温度で、入れられる。これは、上述した利点、特に、同じまたはより低いNO排出のために、既存の操作モード(任意)と比較して少なくとも20ケルビンだけ増加したノズルブロック温度の場合に、利点を生み出す。
記載された方法の場合、本発明の第1の態様によるコークス炉装置について既に記載された利点の全てが得られる。
上述した特徴および以下にさらに説明する特徴は、本発明の範囲を逸脱することなく、特定の組合せだけでなく、他の組合せで、または単独で使用することができることが理解されよう。
本発明のさらなる特徴および利点は、図面を参照した少なくとも1つの例示的な実施形態の説明および図面からも明らかである。この文脈において
従来技術による双加熱煙道またはコークス炉を、断面側面図および平面図で概略的に示す。 従来技術による双加熱煙道またはコークス炉を、断面側面図および平面図で概略的に示す。 従来技術による双加熱煙道またはコークス炉を、断面側面図および平面図で概略的に示す。 従来技術による双加熱煙道またはコークス炉を、断面側面図および平面図で概略的に示す。 従来技術による双加熱煙道またはコークス炉を、断面側面図および平面図で概略的に示す。 従来技術による双加熱煙道またはコークス炉を、断面側面図および平面図で概略的に示す。 従来技術による双加熱煙道またはコークス炉を、断面側面図および平面図で概略的に示す。 従来技術による双加熱煙道またはコークス炉を、断面側面図および平面図で概略的に示す。 例示的な実施形態による、双加熱煙道またはコークス炉装置を、断面側面図および平面図で概略的に示す。 例示的な実施形態による、双加熱煙道またはコークス炉装置を、断面側面図および平面図で概略的に示す。 例示的な実施形態による、双加熱煙道またはコークス炉装置を、断面側面図および平面図で概略的に示す。 例示的な実施形態による、双加熱煙道またはコークス炉装置を、断面側面図および平面図で概略的に示す。 例示的な実施形態による、双加熱煙道またはコークス炉装置を、断面側面図および平面図で概略的に示す。 1つの例示的な実施形態による入口の相対的な配置を平面図で概略的に示す。 1つの例示的な実施形態による入口の相対的な配置を平面図で概略的に示す。 1つの例示的な実施形態による入口の相対的な配置を平面図で概略的に示す。 1つの例示的な実施形態による入口の相対的な配置を平面図で概略的に示す。 1つの例示的な実施形態による入口の相対的な配置を平面図で概略的に示す。 従来技術による入口の相対的配置を平面図で概略的に示す。 双加熱煙道の構造変数を平面図で概略的に示す。 1つの例示的な実施形態による、さらに除去された下側再循環通路に対する入口の相対的な配置を平面図で概略的に示す。 1つの例示的な実施形態による、さらに除去された下側再循環通路に対する入口の相対的な配置を平面図で概略的に示す。 1つの例示的な実施形態による、さらに除去された下側再循環通路に対する入口の相対的な配置を平面図で概略的に示す。 1つの例示的な実施形態による、個々の下側再循環通路に対する入口の相対的な配置を平面図で概略的に示す。 1つの例示的な実施形態による、個々の下側再循環通路に対する入口の相対的な配置を平面図で概略的に示す。 従来技術による、入口の相対配置の場合の流れ交換部分を平面図で概略的に示す。 例示的な実施形態のうちの1つによる、入口の相対的な配置の場合の流れ交換部分の図を平面図で概略的に示す。 例示的な実施形態のうちの1つによる、入口の相対的な配置の場合の流れ交換部分の図を平面図で概略的に示す。 例示的な実施形態による、双加熱煙道を断面側面図で概略的に示す。 例示的な実施形態による、双加熱煙道を断面側面図で概略的に示す。 例示的な実施形態による、双加熱煙道を断面側面図で概略的に示す。 例示的な実施形態による、双加熱煙道を断面側面図で概略的に示す。 例示的な実施形態による、双加熱煙道を断面側面図で概略的に示す。 例示的な実施形態による、双加熱煙道を断面側面図で概略的に示す。
個々の図に関して明確に説明されていない参照符号の場合、他の図を参照する。従来技術を説明する図では、個々の注入口及び通路又は流路の位置及び角度配列が例としてのみ図示され(特に個々の加熱ダクトにおいてのみ)、完全には図示されず、角度的に正確に配置されていなくてもよい。
本発明を説明する図において、個々の注入口および通路または流路の位置および角度の整合は概略的に(特に個々の加熱ダクトにおいてのみ)図示され、各々の距離の値は説明においてより詳細に定義される。本発明の例示的な実施形態を示す図と比較して、従来技術に関連する図については、同一の特徴に対して異なる参照符号が使用されていることに留意されたい。しかしながら、これは、個々の特徴を互いに組み合わせる可能性に影響を及ぼさない。
図1A、1B、1C、1D、1E、1F、1G、1Hは、水平室炉の態様でコークス炉1を示し、複数の炉室2の各々が石炭装入物を含む。コークス炉2の高さは、例えば6~8mである。炉室2は、それぞれyz平面内に延在する長手積み壁3によって仕切られ、2つの長手積み壁3の間に、加熱ダクト5.1、5.2がそれぞれ対になって双加熱煙道5を形成し、その内壁5.3は、各々のコークス炉からのガスの流れ(石炭を含まない)によって、加熱室を区切る。加熱ダクト5.1、5.2は、燃焼又は排出ガス伝導加熱ダクトとして交互に作動され、流れ方向の切り替えを必要とし、例えば20分のサイクル内で行われる。
一対の加熱ダクトは、結合通路4.4が上下に設けられている結合隔壁(ヘッダー壁)4によって互いに分離されており、これを介して、再循環排出ガスの円形流9を実現することができる。隣接する双加熱煙道は、完全に通路のない仕切り隔壁4aによって互いに完全に仕切られている。
各ケースにおいて、隔壁4、4aに配置されているのは、段付きの空気ダクト4.1であり、これは、少なくとも1つの燃焼ステップ4.2を介して加熱ダクト、対応する入口または出口に結合されている。各々の燃焼ステップ4.2は、特徴的な垂直位置に配置されてもよい。例えば、2つまたは3つの垂直位置は、段付きの空気が流入される場所において定義される。
各々の壁/隔壁は、特に、ブロックで構成され、各ブロックは、その寸法に従って壁層を形成する。
x方向は炉1の幅を特徴づけ、y方向は深さ(または水平室炉の場合に排出の水平方向)を特徴づけ、z方向は垂直(垂直軸)を特徴づける。各々の加熱ダクトの中心縦軸Mは、各々の加熱ダクトの中心を通過し、前記中心は内面/内壁に対してx方向およびy方向に中央に配置される(これは明示的にはマークされない。例えば、各々の隔壁の中心には周囲に円形の流れがあり、より詳細には中央に配置された段付きの空気ダクトの中心にある)。ここで、用語「中心」または「中心」はxy平面内の中点に関連し、垂直方向(z)にも関連する。
バーナー面5.4または各々の加熱ダクトの基部には、複数の入口、具体的には(第1の)燃焼空気入口6、より詳細にはコークス炉ガス加熱及びさらに別の燃焼空気入口7のために、より詳細には混合ガス加熱及びコークス炉ガス入口8のために、配置されている。これらの注入口を介して導入されたガスは、隔壁の壁面4.3上を上方に流れ、長手積み壁の内壁にも流れる。
以下は、炉ビルダー/オペレータの特徴であるコークス炉1の温度として記載することができる:ノズルブロック温度T1、各々の加熱ダクト内の(ガス)温度T2、炉室内の温度T3。本発明は、特に、(特に、垂直方向においても)温度T2に関して非常に均一なプロファイルに関する。
個々のガスの流れは、図1F~図8Eを参照して以下に説明される。ガス流量G1は、新たに流入または供給される加熱ガスまたは燃焼空気をそれぞれ特定する。ガス流G1は、ガス流G1a(コークス炉ガス)及び/又はガス流G1b(混合ガス)を含むことができる。ガス流G4は、循環排出ガスを識別し、循環排出ガスは、円形に戻されるかまたは経路指定される。ガス流G5は各々の燃焼ステップ4.2、14.11からのガスまたは空気を識別し、ガス流G6は、各々の加熱ダクトまたは加熱煙道から排出される排出ガスを識別する。
図1Dに示す再循環矢印は、概略的にのみ図示されており、各々のガス流の方向を正確に再現するものではない。
図1Gは、加熱ダクトのヘッド領域内でガスを分流させることができる個々の開口部5.61を有する加熱差動部5.6を概略的に示している。加熱差5.6は、(中間の)天井5.7によって各々の双加熱煙道から仕切られている。加熱差5.6は円形流9とは独立している。加熱差5.6と通路4.4との間の距離Eは、炉毎に個別の構造設計を有することができる。参照符号Eは、断面表面積を特徴付けることもできる。断面積Eは、好ましくは少なくとも300cm、又は少なくとも340cmである。
バーナー面5.4の下方に配置された炉の中央部分はより明瞭にするために、意図的に図示されていない。ガスの内側への通過および体積流量の調節は、中央部分で行われ得る。
図2A、2B、2C、2D、2Eは、1つの例示的な実施形態によるコークス炉装置10を示しており、それは、炉室10.2、燃焼加熱ダクト11、内壁11.1、排出ガス伝導加熱ダクト12、双加熱煙道13、内面14.3を有する隔壁14、通路のない仕切り隔壁14a、燃焼ステップ14.11を有する段付きの空気ダクト14.1、結合通路14.2、隆起14.4、内面15.1を有する長手積み壁15、燃焼空気入口16、混合ガス入口17、コークス炉ガス入口18、スライダブロック19を備えている。
図2A、2B、2C、2D、2Eを参照して、本発明による個々の入口および通路の距離および相対位置を、さらなる例示的な実施形態について以下に説明する。
図2A(多数の加熱ダクト内)に模式的に示すのは、入口18と反対側の一対の入口16、17の配置である。
図2Bは、入口16、17がy方向に互いに比較的かなりの距離を置いた状態で、x方向に比較的かなりの(偏心した)外側へのオフセットを有することを示す。任意のコークス炉ガス入口18の配置はこれとは独立しており、大きく自由に選択することができる。
図2Cは、x方向及びy方向のオフセットの結果として、段状の空気G4に関連して有利な相対配置を実現することも可能であることを示している。注入口の角度配向のために図2Cに示される角度は、各注入口に対して個別に変化されてもよい。中央部分の設計に応じて、例えば、5°~10°の範囲の角度は、追加の構造コストとプラントの複雑さとの間の合理的な妥協、ならびに達成可能な熱および/または流体効果であり得る。
図2Cに示されている通路14.2、及び、段付きガス入口14.11は、他の図面に示され又は説明された変形例に従って、配置、数、及び幾何学的形状に関して変更することもできる。
個々のガスの流れは、図8B~図8Eを参照して以下に説明される。各々のガス流路GP1は、注入口を介して導入されたガスG1のうちの少なくとも1つについて、本発明による流路または流入経路を特定する。各々のガス流路GP4は、再循環排出ガス/排煙G4の流路を特定し、各々のガス流路GP5は、段階的に導入されたガスG5の流路を特定する。
図2Dは、特に比較的高い距離y1を示す。
図2Eは、図2Cと同様の図を示す。 図2Cおよび図2Eに示す流入角度は、特に、コークス炉ガスの場合、それぞれz軸に対して、好ましくは、30°未満、より詳細には、10°未満、である。流入角度は、他の入口17、18についても同様に実現することができる。
各々の入口及び通路について言及された距離及び相対的位置は、少なくとも隣接するガス流との後続の混合の上流側の区間において、各々のガス流路/円形流路の距離及び相対的位置と相互に関係していてもよい。
図3は、対向する長手積み壁15から比較的高い距離にある同じx座標(x1=x2)にある入口16、17を有する構成を示す。比y1:y2は、25%~30%の範囲であり、したがって比較的高い。この場合、y1は50mmより大きい。この構成により、特に、圧力損失の柔軟な補償という利点を確保することも可能である。
図3は、特に、両方の開口部(ガスおよび空気)の有利に調整可能な入口断面を示す。これにより、内部エネルギー分布の最適化だけでなく、特に以下の状況に関連するプロセスエンジニアリングの変化も可能になる:
-加熱煙道における比較的高い圧力損失(例えば、夏季):圧力損失を最小にするために開かれたスライダ;
-特にプラントの出力能力を(特に所望のコークス出力に応じて)適合させるための圧力損失及び流量の調整;
特に、運転パラメータを原料材料に適合させる(いわゆる石炭基部に適合させる)ための圧力損失および流量の調整、例えば、水分含有量を増加させる場合のより高いガス需要。
示されている例示的な実施形態のすべてについて、壁の間の内部コーナーは特に安定性の理由から、および特にいわゆるヘッダの形態を含む、半径を有してもよく、または丸みを帯びていてもよい。本発明によるサイズ比および寸法はそのような丸みから独立しており、その代わりに、サイズ比および寸法は平行な壁間または少なくともほぼ平行な壁部分の間の距離に関し、特に、検討中の断面における各々の最大距離に関わる。
図3は、空気入口16及び混合ガス入口17がx方向に完全に重なり合い、入口がxオフセットなしで配置され且つ少なくともほぼ同じxの範囲を有する、配置を示す。
図4は、入口16、17が異なるx座標(x1>x2)で、比較的高い距離y1にある配置を示す。比y1:y2は、25%~30%の範囲である。この場合、y1は50mmより非常に大きい。ここでの範囲y2は、例えば(それ自体)各々の隔壁の内面に関連して、最も離れている平行な隔壁部分に関連して、より詳細には、最も離れており、従って、段付きの空気ダクトのための任意の隆起14.4とは無関係な寸法を有する。このような隆起14.4は、比較的狭い隔壁の場合には、特に安定性の理由から、任意に設けられる。この場合のy寸法(深さ)は、例えば5~40mmの範囲である。具体的には、図4による配置の場合、動作パラメータを変化させることに関して大きな柔軟性の利点を保証することも可能である。
図4は、特に、排出開口部の大きさおよび幾何学的形状についての対策を同様に示す。これは、内部エネルギー分布に関する最適化だけでなく、特に以下の状況に関連するプロセスエンジニアリングバリエーションも可能にする:
-特にガスの質の変化に関するパラメータの最適化:寿命の過程で、低カロリー混合ガス(特に、1Nm3当たり4185kJ未満のより低いカロリー値を有する;1Nm3当たり4185~5500kJの混合ガスの典型的なより低いカロリー値)が、一時的にまたは永続的に使用されてもよい;
-垂直温度分布に良好な影響を及ぼしながら、比較的広い範囲にわたる基部でのガス/空気比の変化;
これは、特に、炉容量の変化が必要になった場合、または、加熱状況若しくは石炭基部が変更された場合に、有利であり得る。
図4は、空気入口16が混合ガス入口17とx方向に完全に重なる配置を示す。
図5は、比較的大きな距離y1で比較的明確に/著しく異なるx座標(x1>x2)にある入口16、17を有する配置を示しており、入口18は、それぞれx方向の中心に比較的遠い距離に、より詳細には、同様にy方向の少なくともほぼ中心に、配置されている。比y1:y2は、25%~30%の範囲である。この場合、y1は50mmより大きい。比x2:x1は、例えば0.7の範囲にある。具体的には、この構成によれば、パラメータのばらつきに関して実用性が高いという利点を確保することもできる。
図5は、また、特に、入口の幾何学的形状に関してまたはノズルとしてのそれらの設計に関しての尺度を示す。これは、内部エネルギー分布に関する最適化だけでなく、特に、以下の状況に関するプロセスエンジニアリングバリエーションも可能にする:
-ノズル16として設計された基部での空気開口部(丸い断面形状によって図示されている);特に上方からのアクセスの場合、天井からの、ノズルは、スライダブロックよりも容易にアクセス可能で、交換可能であり得る。
図5は、空気入口16が混合ガス入口17とx方向に完全に重なる配置を示す。
例示的な実施形態の全てにおいて、コークス炉ガス注入口は、また、隔壁に選択的に一体化されてもよく、したがって、y方向に隔壁から離された配置を有するのではなく、隔壁と共に設置されてもよい。
図6は、多かれ少なかれ最大距離y1にある比較的明確に/有意に異なるx座標(x1<x2)にある入口16、17を有する配置を示す。比y1:y2は、25%~30%の範囲である。この場合、y1は50mmより非常に大きい。比x1:x2は、例えば0.7の範囲にある。図6による例示的な実施形態の場合、特に有利な効果は、NOの低減の観点で、また、例えば、圧力損失のような他の操作パラメータの観点で、確保され得る。
図6による例示的な実施形態の場合、空気及び混合ガス入口16、17は、特に、x方向に全く重ならずに配置されてもよい。
図7は、図6と同程度の配置を示す。ここで、入口16と17との間のオフセットは反転される(x1>x2)。比y1:y2は、25%~30%の範囲である。この場合、y1は50mmより非常に大きい。比x2:x1は例えば、0.6または0.5の領域に位置する。特に、この配置により、再循環排出ガスと空気との非常に効果的な混合の利点を確保することが可能である。
図7による例示的な実施形態の場合、特に、再循環開口14.2(特に、同等のx座標)の領域における空気入口16の配置によって、燃焼前のガス組成に影響を及ぼすことが可能である。特に、再循環された排出ガスは、各々の再循環開口部の直後に、より詳細には、その時点で燃焼を生じさせることなく、空気と混合される。
このプロセス-エンジニアリングの配置は、排煙と空気の一次混合として記述することもできる。本発明による配置による効果は、煙道ガス及び空気の外部再循環の必要がないことであり、その結果、再生器内のより大きな流れ断面積の観点からの対策の必要がない。
図7による例示的な実施形態では、空気及び混合ガス入口16、17は、特に、x方向に全く重なり合うことなく、より具体的には図6に示す構成に対して非対称に配置することができる。
図6、図7による例示的な実施形態では、特に各ケースにおいて、スライダブロックを設けることも可能である。
図8は従来技術による配置を示しており、注入口6、7は同等の(より特定的には同一の)x座標であり、x中心に向かって比較的有意なオフセットを有し、より詳細には少なくともほぼ中央のx配置である。ここで、注入口8は再循環開口の領域内のx座標に配置される。距離y1は平均の大きさを有し、比y1:y2は平均の大きさを有する。注入口6、7のx座標、特にそれらの中心点のx座標は各々の加熱流束の絶対x幅の半分付近であり、より詳細には、長手積み壁15の絶対x距離のx1に対する比またはx2に対する比に関して、以下の範囲内である:0.4~0.6の範囲。
図9は、炉のさらなる構造的詳細と共に、本発明の開口部の例示的な配置を説明する。炉区分x0は、特に1000~1800mm(コークス炉半部からコークス炉半部までの寸法;中心から中心まで)の範囲にある。加熱煙道区分y0は、特に400~550mmの範囲(隔壁中心から隔壁中心)に位置している。隔壁14は、例えば130~170mmの範囲の厚さ(y寸法)を有する。長手積み壁15は、例えば、70~130mmの範囲の厚さ(x寸法)を有する。
燃焼空気入口16のy範囲は、例えば50mm以上の範囲であり、最も近い隔壁14からの最小距離は、少なくとも50mmである。混合ガス入口17のy範囲は例えば50mm以上の範囲であり、最も近い隔壁14からの最小距離は少なくとも50mmである。燃焼空気入口16のx範囲は例えば、100mm以上の範囲であり、長手積み壁15からの最小距離は、少なくとも50mmである。混合ガス入口17のx方向の広がりは、例えば100mm以上の範囲である。
図10A、図10Bおよび図10Cは、特に、一対の中の例示的に再循環通路が設けられている「forward-burning」動作モードを示す。図10Aは、入口16、17、18がさらに除去された下側再循環通路14.2(各場合の中心点)に対して相対的に配置された、本発明による例示的な配置を示し、これは表面積Aを有する四角形が範囲を定められるようなものである。表面積は例えば、500cm~1700cm、特に1000cm~1500cmの範囲である。図10Aは、隔壁14の放電平面xz14を付加的に示す。逆に、四角形の関連する頂点は、壁の中心に対して内側にオフセットされている。したがって、表面積は、隔壁14の肉厚とは独立している。
図10Bは、さらに除去された下側再循環通路14.2(各場合の中心点)に対する、相対的な配置における入口16、17、18を有する本発明による例示的な配置を示し、これは、表面積Aを有する四角形が範囲を定められるようなものである。表面積は、特に、700cm~1600cmの範囲である。四角形の基本形状は台形である。
図10Cは、さらに除去された下側再循環通路14.2(各場合の中心点)に対する、相対的な配置における入口16、17、18を有する本発明による例示的な配置を示し、これは、表面積Aを有する四角形が範囲を定められるようなものである。表面積は特に、500cm~1400cmの範囲である。
上述の「forward-burning」炉構成では、表面積Aが1100~1500cmの範囲であることが特に有利であり得ることが見出されている。特定の炉設計(サイズ、出力)に応じて、200cm2から2000cm2の有利な範囲が表面積A、特に好ましくは、500cm2から1500cm2、より好ましくは、700cm2から1500cm2の場合に、特に、7メートルを超える炉室高さを有する場合に、言い換えれば、数多くの用途のために近年慣用されている7メートルを超える高さを有する比較的大きな炉の場合に、定義され得る。
図11及び図11aは、それぞれ、より低い再循環通路のみを有する炉設計形態、より詳細には、いわゆる「back-to-back」加熱を参照して、本発明による例示的な構成を説明する。入口16、17、18の互いに対する配置、および(単一の)下部再循環通路14.2(各場合の中心点)に対する配置は、表面積Aを有する四角形が範囲を定められるようなものである。表面積は例えば、300cm~1300cm、特に800cm~1300cmである。
この「back-to-back」構成の場合には、1000~1250cmの範囲の表面積Aが特に有利であり得ることが見出された。個々の炉の設計(サイズ、出力)に応じて、50cm2から1800cm2の有利な範囲が、特に好ましくは、300cm2から1300cm2、より好ましくは、特に炉室の高さが7メートルを超える比較的大きな炉の場合には500cm2から1300cm2で、表面積Aのために規定されうる。
図10A~図10C及び図11aに示された配置の場合、特に、リッチガス入口18が他の入口16、17の一方から再循環通路14.2の中心点への接続ライン上に配置される場合(この点に関して、特に図11を参照)、又は、入口16が入口17と再循環通路14.2との間の接続ライン上に配置される場合、三角形が選択的に範囲を定められることも可能である。特に図11aに示されているのは、隔壁14の間に延在して長手積み壁15に平行に延びる直線Gに対して入口16および17の傾斜した、より具体的には等しくない、配置である。図11の実施形態から逸脱して、図11aによる注入口16、17は、もはや互いに平行に、特に前述の直線G上に位置するそれらの中心点と共に、設計されるものではない。これは、入口17、より詳細にはその中心点、が、前述の直線G上に配置(構成)され、入口16、より詳細にはその中心点、が、再循環通路14.2の方向に直線Gに対してオフセットを有して設計され、逆もまた同様であることを意味する。
図10A~10C及び図11に示された配置においては、各加熱煙道及び少なくとも1つの下側連結通路の入口の幾何中心点、より詳細には、燃焼空気入口及び混合ガス入口と比較して更に除去される複数の下側連結通路のうちの1つ、は、平面面積が、少なくとも50cm2、望ましくは、少なくとも200cm2、少なくとも300cm2、少なくとも500cm2、又は少なくとも700cm2、である、四角形の配置を規定する。
上述の構成の場合、入口の垂直位置は、上記で一般的に説明したように、バーナー平面に対して上向きまたは下向きに変化することができる。
図12は、従来技術による燃焼空気入口16に対する混合ガス入口17の相対的な配置を記載する。2つの異なるタイプのガスまたはガス混合物の間の流体効果を有する接触面の意味で、これら2つの隣接する注入口16、17の間に結果として生じる流動交換部分Bが、これらの注入口の間の横方向の接続部に直交して配置される。この配置はy距離が比較的小さく、流量交換面積が比較的大きいと、入口の上方に短い方法でも大量の混合をもたらし、高温(過度に高い最高温度)が確立され、対策によってのみ不可能または可能であるという効果を有し、有害に高いレベルのNO排出を防止することが分かっている。
図13Aは、本発明による手段の1つによる燃焼空気入口16に対する混合ガス入口17の相対的配置を示す。流れ交換部Bの大きさは、図12による配置と同等である。入口は、完全に重なっており、少なくともX方向に同じ大きさで構成されている。しかしながら、y方向の距離は、図12の配置に比べて著しく大きく、空気と混合ガスの混合が(時間的に、および/または、垂直方向に関連して)遅れる可能性があり、および/または、あまり重要な混合が行われないという効果がある。この配置では、流れの交換領域が比較的大きいことは不利にはならない。
図13Bは、横方向のxオフセットのために、流量交換領域または流量交換部分Bのサイズが小さくなる配置を示す。また、ここに描かれているのは、一例として、注入口間の横方向接続部に直交する流量交換部Bである。入口は、ほんのわずかしか重なり合わないか、または場合によっては全く重なり合わない。y距離の大きさは、図13Aの配置によるものと同程度である。この組み合わされた手段により、空気と混合ガスとの混合を著しく遅らせることができ、特に加熱煙道の高さにわたって、また選択的に加熱煙道のさらなる寸法において、非常に有利な温度分布を確保することができることが見出された。NO排出量を効果的に削減することができる。
図14、図15、図16、図17、図18および図19は、それぞれ、本発明によるコークス炉装置の双加熱煙道13の例示的な実施形態を示す。さらに、図14および図15は、個々の開口部5.61を有する加熱差動5.6を模式的に示しており、これを介してガスを加熱ダクトのヘッド領域に循環させることができる。加熱差5.6は、各々の双加熱煙道13から(中間)天井5.7によって仕切られている。加熱差5.6は円形流9とは独立している。明確性の観点で、図14においてのみ、中央部分又は中央部分領域30及び隣接する再生器領域40が概略的に示されている。しかしながら、これらの領域は、図15、16、17、18および19の例示的な実施形態に置き換えることもできる。この場合の中央部分領域30は、少なくともバーナー面5.4より下の部分、より詳細には、双加熱煙道13または対応するダクトの基部または基部領域5.4の下に形成される。中央部分領域30では、ガスが導入され且つ体積流量が調整される。結合チャネル20は、中央部分領域30内の少なくとも部分に延在し、入口開口部21と出口開口部22とを有する。入口開口部21は、排出ガス伝導下方流通加熱ダクト12から、結合ダクト20を通って出口開口部22を経てガス燃焼加熱ダクト11に再循環排出ガスG4を移送するために、排出ガス伝導下方流通加熱ダクト12の基部領域5.4に形成される。この場合、再循環排出ガスG4は、ガス燃焼加熱ダクト11内に垂直方向に有利に導入され、先行技術(図1G参照)のように、実質的に水平方向から垂直方向に転換される必要はまずない。
図14の例示的な実施形態、図18の例示的な実施形態、または図19の例示的な実施形態に示されるように、一対の加熱ダクト13は、結合隔壁14を通って延びる上部連結通路14.2のみを有する。この場合、再循環ガスG4の再循環を可能にするために必要な、より低い結合通路14.2が、結合ダクト20によって形成される。これは、結合隔壁14の設計が、双加熱煙道13の基部5.4と接触するようなものであることを意味し、したがって、この基部5.4と結合隔壁14との間にカップリング通路14.2が形成されることはない。結合隔壁14は、また、カップリング通路14.2として働く他の開口又は通路を有しておらず、従って、再循環排出ガスG4を再循環させる目的のために単一の円形流9のみが使用される。各々の加熱ダクト11,12の基部領域5.4には、上で既に十分に説明したガス流入口G1、G1a、またガス流出口G6に加えて、少なくとも1つの段付き空気ガス用のガス流入口G5、または、図19に示すように、段付きガスG5用の少なくとも2つのガス入口と、また、仕切り隔壁14aの領域には、排出ガスG6用の少なくとも1つの追加のガス出口があり、あるいは図18に示すように、結合隔壁14の領域にある。
図14の例示的な実施形態からの逸脱において、図15の例示的な実施形態は、最下部の結合通路と解釈されうる、結合隔壁14の領域に形成され且つ結合ダクト20に加えて形成される3つの結合通路14.2を有する代わりに、ただ一つよりも多い結合通路14.2を有し、これらの通路によって、再循環ガスG4は2つの円形の流れ9、すなわち、双加熱煙道13内で内側の円形の流れ及び外側の円形の流れ、で再循環させることができる。
図14および図15の例示的な実施形態とは対照的に、図16および図17の例示的な実施形態は、いかなる加熱差も有さない。図16の例示的な実施形態によれば、3つの結合通路14.2があり、これらの結合通路14.2の1つは、結合ダクト20によって形成され、ここでも最下段の結合通路14.2を表す。したがって、結合隔壁14と双加熱煙道13の天井5.8との間には上部結合通路14.2があり、結合隔壁14と双加熱煙道13の基部5.4との間には下部結合通路14.2がある。排出ガスG6を除去するための付加的なガス出口が、結合隔壁14内に設けられている。
図17に示される例示的な実施形態は、連結通路14.2および結合ダクト20の数および配置の点で、それぞれ図15に示される例示的な実施形態に実質的に類似する。しかしながら、図17には多数の-特に、一方が上に垂直方向(z方向)に配置された2つの-段付きの空気ダクト又は段付きの空気ダクト吹出口4.2が示されており、これは、段付きの空気G5をガス燃焼加熱ダクト11に導入する。また、3つ以上の段付き空気ダクトを形成することも考えられる。さらに、排出ガスG6用の追加出口が排出ガス伝導加熱ダクト12の仕切り隔壁14a内に形成される。
1 コークス炉、特に水平室炉
2 装入炭を有する炉室
3 長手積み壁
4 結合隔壁またはヘッダー壁
4a 通路のない仕切隔壁
4.1 隔壁内のダクト又は段付空気ダクト
4.2 加熱ダクトから/への段付き空気ダクトにおける燃焼ステップまたは入口または出口
4.3 壁面
4.4 二つの加熱ダクトを連結する通路(又は排出ガス反転箇所又は加熱ガスのための反転箇所)
5 双加熱煙道(二つの垂直加熱煙道を一対に配置)
5.1 燃焼加熱ダクト(垂直加熱煙道)
5.2 排出ガス伝導加熱ダクト(垂直加熱煙道)
5.3 内壁
5.4 バーナー面または加熱ダクト/基部領域のまたは基部
5.6 加熱差
5.61 加熱差の単一の開口部
5.7 加熱ダクトの(中間)天井
5.8 天井
6 特にコークス炉ガス加熱のための(第1の)燃焼空気入口
7 更なる燃焼空気入口又は混合ガス加熱用の入口
8 コークス炉ガス入口又はコークス炉ガスノズル
9 円形流
10 特に水平室炉を有するコークス炉装置、
10.2 炉室
11 燃焼加熱ダクト(垂直加熱煙道)
11.1 内壁
12 排出ガス伝導加熱ダクト(垂直加熱煙道)
13 双加熱煙道(一対の二つの垂直加熱煙道の配置)
14 隔壁またはヘッダー壁
14a 通路のない仕切隔壁
14.1 隔壁内のダクト又は段付きの空気ダクト
14.11 加熱ダクトから/への段付きダクトにおける燃焼ステップまたは段付き空気入口または出口
14.2 二つの加熱ダクトを連結する通路
14.3 長手積み壁の内面
14.4 段付空気ダクトの隆起
15 長手積み壁
15.1 長手積み壁の内面
16 (第1の)燃焼空気入口または空気入口、より詳細にはコークス炉ガス加熱用
17 更なる燃焼空気入口又は混合ガス入口、より詳細には混合ガス加熱用
18 コークス炉ガス入口又はコークス炉ガスノズル
19 スライディングブロック
20 結合ダクト
21 入口開口部
22 出口開口部
30 中央部領域
40 再生器領域
A 多角形配列(三角形または四角形)の表面積
B 流動交換部
E 加熱差と通路との間の距離
G1 加熱ガス又は燃焼空気
G1a コークス炉ガス
G1b 混合ガス
G4 再循環排出ガス
G5 燃焼段階からの段付きガス又は段付き空気
G6 排出ガス
GP1 入口を介して導入されるガスのうち少なくとも1つのための流入経路又は流路
GP4 再循環された排出ガス/煙道ガスの流路
GP5 段付きで導入されるガスの流路
M 各加熱ダクトの長手方向中心軸
T1 ノズルブロック温度
T2 加熱煙道/加熱ダクト内の(ガス)温度
T3 炉室内の温度
x 水平方向(幅または長さ;ヘッダー壁の長手方向)
x0 炉部門
x1 対向する長手積み壁からの燃焼空気入口の距離
x2 対向する長手積み壁からの混合ガス入口の距離
xz14 放電面、隔壁
y 突き出しの深さまたは水平方向(長手積み壁の長手方向の広がり)
y0 加熱煙道部分
y1 燃焼空気入口の対向端と混合ガス入口との間の距離
y2 隔壁の内側縁部の距離
z 垂直方向(垂直軸)

Claims (18)

  1. 少なくとも、混合されたガス加熱と選択的に間欠的なコークス炉ガス加熱とを用いて、石炭又は石炭混合物のコークス化することによりコークスを製造するコークス炉装置(10)であって、
    前記コークス炉装置は、鋼工業固有ガス及びコークス炉固有ガス(G1、G4、G5)による内部熱エネルギー均等化によって最小限にされた窒素酸化物排出のために設定され、ガス燃焼加熱ダクト(11)及び排出ガス伝導下降流横断加熱ダクト(12)を各々有する多数の双加熱煙道(13)を有し、
    これらの加熱ダクトは、各々の場合において、一対に、隔壁(14)によって互いから区切られ、2つの相互に対向する長手積み壁(15)によって各々の炉室(10.2)から区切られ、
    一対の加熱ダクトは、少なくとも1つの上部結合通路(14.2)によって、また、少なくとも1つの下部結合通路によって、各々の場合において、少なくとも1つの円形流路の内部排出ガス再循環のために、互いに流体的に結合され、
    各々の双加熱煙道の基部(5.4)上の下部領域において、各々の場合において、以下の群からの少なくとも1つの入口が提供される:コークス炉ガス入口(18)、燃焼空気入口(16)、混合ガス入口(17);
    各々の基部(5.4)上において、各々の加熱ダクト(11、12)の前記隔壁(14)の内縁の距離(y2)に対する燃焼空気入口(16)と混合ガス入口(17)の対向縁の間の距離(y1)の比(y1:y2)は、少なくとも10%であり、
    前記燃焼空気入口(16)と前記混合ガス入口(17)の前記対向縁の間の前記距離(y1)は、少なくとも50mmであり、
    前記燃焼空気入口と混合ガス入口(16、17)の少なくとも1つは、対向する長手積み壁(15)の間の前記加熱ダクトの絶対x-範囲の0.7倍を超えるx-距離で偏心して配置される、
    コークス炉装置。
  2. 前記距離(y1)は、少なくとも100mmであり、及び/または、
    前記比(y1:y2)は、少なくとも25%である、
    請求項1に記載のコークス炉装置。
  3. 各加熱煙道の前記入口及び前記少なくとも1つの下部連結通路の幾何学的中心点、より詳細には、燃焼空気入口および混合ガス入口に対してさらに除去された複数の下部結合通路のうちの1つ、は、
    平面図における表面積(A)が、少なくとも50cm、より詳細には、少なくとも200cm、少なくとも300cm、少なくとも500cm、少なくとも700cm、または、少なくとも900cm、より詳細には、1000cmと1350cmとの間である三角形または四角形を定義し、及び/または、
    前記三角形または四角形の構成が、2000cm以下、より詳細には、1800cm以下、1500cm以下、1300cm以下、又は、または、700cm以下であり、より詳細には、1000cmと1300mとの間、の平面図において表面積(A)を有する、
    請求項1又は請求項2に記載のコークス炉装置。
  4. 前記燃焼空気入口(16)及び/又は前記混合ガス入口(17)の断面積は、前記各々の基部上で、少なくとも30cm 又は少なくとも50cm2であり、及び/又は、
    前記燃焼空気入口(16)及び/又は前記混合ガス入口(17)の断面積は、500cm2以下又は400cm2以下であり、及び/又は、
    前記燃焼空気入口(16)及び/又は前記混合ガス入口(17)の断面幾何学は、矩形、楕円形、又は、丸形である、
    請求項1~請求項3のいずれかに記載のコークス炉装置。
  5. 前記燃焼空気入口(16)および/または前記混合ガス入口(17)の断面積は、前記各々の基部上で、幾何学および/またはサイズに関して、より詳細には、少なくとも1つの変位可能なスライダブロックによって、および/または、少なくとも1つの交換可能な/取り外し可能なノズルによって、調整可能に構成される、
    請求項1~請求項4のいずれかに記載のコークス炉装置。
  6. 前記上部領域の各々の双加熱煙道の前記2つの各々の加熱ダクトを結合する前記少なくとも1つの上部再循環通路(14.2)は、ガスの相互移動のために設定され、
    再循環通路(14.2)は、少なくとも250cm2、より詳細には、1200cm2以下または1000cm2以下の断面積を有し、および/または、
    前記一対の加熱ダクトは、少なくとも2つの下部結合通路によって、互いに流体的に結合され、
    前記燃焼空気入口(16)は、対応する下部結合通路と少なくともほぼ同じx位置に、より詳細には、同じx座標における構成において、前記燃焼空気入口および対応する通路の各々の中心点に、配置され、および/または、
    少なくとも2つの下部結合通路は、より詳細には、同じ垂直位置に一対の構成で設けられている、
    請求項1~請求項5のいずれかに記載のコークス炉装置。
  7. 前記燃焼空気入口(16)および前記混合ガス入口(17)は、前記対向する長手積み壁(15)に対して前記x方向にオフセットして配置され、及び/または、
    前記長手積み壁(15)に対面する、前記燃焼空気入口(16)および前記混合ガス入口(17)の縁が、前記各々の基部上で、前記各々の双加熱煙道の前記2つの対向する長手積み壁(15)のうちの少なくとも1つに対して異なる距離(x1、x2)に配置され、より詳細には、少なくとも10mmまたは少なくとも50mmの距離差を有し、及び/または、
    前記対向する長手積み壁(15)から前記距離(y1)までの前記燃焼空気入口(16)および/または前記混合ガス入口(17)の前記距離(x1、x2)の前記比(x1:y1)または(x2:y1)が、各々の場合において、少なくとも、90%、および/または、290%以下、より詳細には、200%と250%の間である、
    請求項1~請求項6のいずれかに記載のコークス炉装置。
  8. 前記燃焼空気入口(16)は、前記混合ガス入口(17)よりも前記対向する長手積み壁(15)にさらに内側に近接して配置されるか、またはその逆であり、より詳細には、少なくとも10mmまたは少なくとも50mmの距離差を有し、より詳細には、前記対向する長手積み壁(15)の間の少なくともほぼ中央領域に配置される、
    請求項1~請求項7のいずれかに記載のコークス炉装置。
  9. 内部熱エネルギー補償を通して最小限にされた窒素酸化物排出を有し、一対の加熱ダクトを備える多数の双加熱煙道(13)を有し、少なくとも混合ガス加熱を有する石炭のコークス化によりコークスを製造するためのコークス炉装置(10)であって、
    これらのダクトは、隔壁(14)によって対になって各々の場合に互いに区画され、2つの互いに対向する長手積み壁(15)によって区画され、
    前記各々の加熱ダクトの前記基部(5.4)上に、次の群から少なくとも一つの入口が設けられる:コークス炉ガス入口(18)、燃焼ガス入口(16)、混合ガス入口(17);
    一対の前記加熱ダクトは、少なくとも1つの上部結合通路と、少なくとも2つの下部結合通路と、によって、各々の場合において、少なくとも1つの円形流路上で内部の流出ガスの再循環のために、互いに流体的に結合され、
    前記各々の基部(5.4)において、前記隔壁(14)の前記内側の縁の前記距離(y2)の前記燃焼空気入口(16)と前記混合ガス入口(17)の前記対面する縁の間の前記距離(y1)に対する比(y1:y2)は、少なくとも10%であり、
    前記燃焼空気入口(16)と前記混合ガス入口(17)の対面する縁の間の距離(y1)は、少なくとも50mmであり、
    前記燃焼空気入口及び混合ガス入口(16,17)の少なくとも1つは、対向する長手積み壁(15)間の前記加熱ダクトの絶対x-範囲の0.7倍より大きいx-距離で偏心して配置され、
    一対の前記加熱ダクトは、少なくとも2つの下部結合通路によって互いに流体的に結合され、
    前記燃焼空気入口(16)は、対応する下部結合通路と少なくともほぼ同じx位置に配置され、より詳細には、同じx座標における配置において、前記燃焼空気入口及びその対応する通路の前記各々の中心点を備え、より詳細には、請求項1~8のいずれかに記載の前記コークス炉装置(10)である、
    コークス炉装置(10)。
  10. 内部熱エネルギー補償を通して最小化された、少なくとも、混合ガス加熱及び窒素酸化物排出を備え、各々の場合において、一対に、隔壁(14)によって互いから区切られ且つ2つの相互に対向する長手積み壁(15)によって区切られる、加熱ダクトを有する多数の双加熱煙道(13)を有する、石炭をコークス化することによりコークスを製造するためのコークス炉装置(10)であって、
    一対の前記加熱ダクトは、少なくとも1つの上部結合通路によって、また、少なくとも1つの下部結合通路によって、各々の場合に、少なくとも1つの内部排出ガス再循環のために、互いに流体的に結合され、
    前記各々の加熱ダクトの前記基部(5.4)上の前記下部領域において、以下の群からの少なくとも1つの入口が提供される:コークス炉ガス入口(18)、燃焼空気入口(16)、混合ガス入口(17)、
    前記各々の基部(5.4)上において、前記隔壁(14)の前記内側縁部の前記距離(y2)に対する前記燃焼空気入口(16)および前記混合ガス入口(17)の対面縁の間の前記距離(y1)の前記比(y1:y2)は、少なくとも10%であり、前記燃焼空気入口(16)および前記混合ガス入口(17)の前記対面縁の間の前記距離(y1)は、少なくとも50mmであり、
    前記燃焼空気入口および混合ガス入口(16、17)の少なくとも一つは、対向する長手積み壁(15)間の前記加熱ダクトの絶対x範囲の0.7倍を超えるx距離で偏心して配置され、より詳細には、請求項1~請求項9のいずれかに記載の前記コークス炉装置(10)であり、
    さらに、前記距離(y1)は、少なくとも100mm、より詳細には少なくとも150mmであり、前記燃焼空気入口(16)および前記混合ガス入口(17)は、前記対向する長手積み壁(15)に対してx方向にオフセットして配置される、
    コークス炉装置(10)。
  11. 少なくとも、混合されたガス加熱と選択的に間欠的なコークス炉ガス加熱とを用いて、石炭又は石炭混合物のコークス化によってコークスを製造するコークス炉装置(10)であって、
    前記コークス炉装置は、鋼工業固有ガス及びコークス炉固有ガス(G1、G4、G5)による内部熱エネルギー均等化によって最小限にされた窒素酸化物排出のために設定され、ガス燃焼加熱ダクト(11)及び排出ガス伝導下方流通加熱ダクト(12)を各々有する多数の双加熱煙道(13)を有し、
    これらの加熱ダクトは、一対の各々の場合において、隔壁(14)によって互いから区切られ、2つの相互に対向する長手積み壁(15)によって各々の炉室(10.2)から区切られ、
    一対の前記加熱ダクトは、少なくとも1つの上部結合通路(14.2)によって、また、少なくとも1つの下部結合通路によって、各々の場合において、少なくとも1つの円形流路の内部排出ガス再循環のために、互いに流体的に結合され、
    前記各々の双加熱煙道の基部(5.4)上の前記下部領域において、各々の場合において、以下の群からの少なくとも1つの入口が提供される:コークス炉ガス入口(18)、燃焼空気入口(16)、混合ガス入口(17);
    前記内部排出ガス再循環のための前記下部結合通路は、一対の前記加熱ダクトの下方に位置して中央部分領域(30)を通って少なくとも部分的に延び、前記ガス燃焼加熱ダクト(11)を前記排出ガス伝導下降流横断加熱ダクト(12)に接続する、結合ダクト(20)である、
    コークス炉装置(10)。
  12. 少なくとも、混合されたガス加熱と選択的に間欠的なコークス炉ガス加熱とを有するコークス炉装置の内部対策により、製鉄所固有のガスとコークス炉固有のガス(G1、G4、G5)により、内部熱エネルギー補償により最適化して最小化した窒素酸化物排出を石炭または石炭混合物のコークス化することによりコークスを製造するためのコークス炉装置(10)を操作するための、より詳細には、請求項1~11のいずれかに記載のコークス炉装置(10)を操作するための、方法であって、
    燃焼加熱ダクト(11)および排出ガス伝導加熱ダクト(12)を有する、前記コークス炉装置の各々の双加熱煙道(13)において、隔壁(14)の周りの少なくとも1つの円形流路上の内部排出ガス再循環は、前記隔壁を通る少なくとも1つの結合通路(14.2)によって確立され、
    前記各々の双加熱煙道の前記基部(5.4)の前記下側領域において、以下の群からの少なくとも2つのガスが流入される:コークス炉気体(G1a)、燃焼空気(G1)、混合気体(G1b)、
    導入される前記ガスの前記群は、少なくとも前記2つのガス燃焼空気(G1)及び混合ガス(G1b)を含み、
    前記各々の基部(5.4)上で、前記燃焼空気および前記混合ガスは、各々の加熱ダクト(11、12)の前記隔壁(14)の前記内側縁部(内側表面)の前記距離(y2)に対する少なくとも10%の比(y1:y2)で互いに距離(y1)で流路上に流入され、
    これら2つの流入される流路の前記距離(y1)は、少なくとも50mmであり、
    燃焼空気および/または混合ガスは、対向する長手積み壁(15)間の前記加熱ダクトの絶対x-範囲の0.7倍を上回るx-範囲で偏心して流入される、
    方法。
  13. 前記燃焼空気入口(16)及び/又は前記混合ガス入口(17)の前記断面積は、前記各々の基部において、幾何学及び/又はサイズに関して、より詳細には少なくとも1つのスライダブロックによって、調整される、
    請求項12に記載の方法。
  14. 混合ガス加熱を有する火炎温度は、1700℃以下、1600℃以下、または、1500℃以下であり、より詳細には、少なくとも1300℃または少なくとも1320℃のノズルブロック温度であり、および/または、
    前記各々の加熱煙道内のガス流は、ノズルブロック温度に対する火炎温度対の比が最小になるように、より詳細には、少なくとも1300℃または1320℃のノズルブロック温度で、確立される、
    請求項12又は請求項13に記載の方法。
  15. 前記流入されたガスおよび/または循環ガスは、
    水平方向に配向または経路指定され、より詳細には、複数の垂直レベルで、より詳細には、バッフル内部、バッフルプレート、ブロック又はシールドによって、より詳細には、各々のケースにおいて、耐火材料で作られ、および/または、
    前記ガスは、
    異なる垂直レベルの前記入口によって、より詳細には、前記燃焼空気入口の上方の垂直レベルの前記混合ガス入口で、より詳細には、前記基部の上方の台座上の構成の前記混合ガス入口によって、流入される、
    請求項12~請求項14の何れか一項に記載の方法。
  16. 少なくとも混合されたガス加熱と選択的に間欠的なコークス炉ガス加熱とを有するコークス炉装置の内部対策により、製鉄所固有のガスとコークス炉固有のガス(G1、G4、G5)により、内部熱エネルギー補償により最適化して最小化した窒素酸化物排出を石炭または石炭混合物のコークス化することによりコークスを製造するためのコークス炉装置(10)を操作するための、より詳細には、請求項1~11のいずれか一項に記載のコークス炉装置(10)の操作するための、方法であって、
    燃焼加熱ダクト(11)および排出ガス伝導加熱ダクト(12)を有する、前記コークス炉装置(10)の各々の双加熱煙道(13)において、隔壁(14)の周りの少なくとも1つの円形流路上の内部排出ガス再循環は、前記隔壁を通る少なくとも1つの結合通路(14.2)によって確立され、
    前記各々の双加熱煙道の前記基部(5.4)上の前記下部領域において、以下の群からの少なくとも2つのガスが流入される:コークス炉気体(G1a)、燃焼空気(G1)、混合気体(G1b)、
    流入される前記気体の前記群は、少なくとも前記2つの気体燃焼空気(G1)および混合気体(G1b)を含み;
    前記排出ガス再循環からの再循環排出ガス(G4)の流れは、一対の前記加熱ダクトの下方に位置する中央部領域(30)に延び、前記燃焼加熱ダクト(11)と前記 排出ガス伝導下降流横断加熱ダクト(12)とを接続する結合ダクト(20)を横切り、
    前記流れは、前記再循環ガス(G5)が、前記ガス燃焼加熱ダクト(11)の中に実質的に垂直方向に導入されるようになっている、
    請求項12~請求項15の何れか一項に記載の方法。
  17. 少なくとも、混合されたガス加熱と選択的に間欠的なコークス炉ガス加熱とを用いて、石炭または石炭混合物をコークス化することによってコークスを生成するための2つの加熱ダクト(11、12)を有する各々の場合において多数の双加熱煙道(13)を有するコークス炉装置(10)内の、より詳細には、請求項1~11のいずれか一項に記載のコークス炉装置(10)内の、燃焼空気入口および混合ガス入口の使用であって、
    少なくとも1つの円形流路上の内部排出ガス再循環が、各々の双加熱煙道(13)において、少なくとも1つの連結通路(14.2)によって確立され、
    内部熱エネルギー補償を通じた窒素酸化物排出を最小限にするための前記入口が、各々の加熱ダクト(11、12)の前記隔壁(14)の前記内側縁部の前記距離(y2)に対する前記燃焼空気入口(16)および前記混合ガス入口(17)の対面縁部間の距離(y1)の比(y1:y2)が少なくとも10%になるように配置され、前記燃焼空気入口(16)および前記混合ガス入口(17)の前記対向する縁部間の前記距離(y1)は、少なくとも50mmである、
    使用。
  18. コークス炉装置(10)、より詳細には、請求項1~11のいずれか一項に記載のコークス炉装置(10)、の多数の双加熱煙道(13)の加熱ダクトにおける内部熱エネルギー補償による窒素酸化物排出を最小化するための燃焼空気および混合ガスの使用であって、
    少なくとも1つの円形流路上の内部排出ガス再循環は、各々の双加熱煙道(13)において、少なくとも1つの連結通路(14.2)によって確立され、
    前記燃焼空気および前記混合ガスは、それらの入口(16、17)の間の前記距離(y1)と、各々の加熱ダクト(11、12)の隔壁(14)の内側縁部の距離(y2)と、の距離比率(y1:y2)が、少なくとも10%であって、互いに対して少なくとも50mmの距離において、より詳細には、1700℃以下、1600℃以下、または、1500℃以下である混合ガス加熱を伴う火炎温度で、より詳細には、少なくとも1300℃、または、少なくとも1320℃のノズルブロック温度において、流入される、
    使用。
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