WO1999007807A1

WO1999007807A1 - Einzelkammersystem zum verkoken

Info

Publication number: WO1999007807A1
Application number: PCT/EP1997/004280
Authority: WO
Inventors: Gerd Nashan; Wolfgang Rohde; Klaus Kaewert
Original assignee: Europäisches Entwicklungszentrum Für Kokereitechnik Gmbh
Priority date: 1997-08-06
Filing date: 1997-08-06
Publication date: 1999-02-18
Also published as: AU4453897A

Abstract

Um die Marktdurchsetzung von Einzelkammersystem beim Verkoken zu fördern, werden nach der Erfindung die Investkosten durch Einhaltung eines bestimmten Schlankheitsgrades und/oder die Wärmezufuhr gedrosselt, wenn die Gefahr eines unzulässigen Treibdruckes besteht und/oder gleiches Feuerfestmaterial für unterschiedliche Reaktoren verwendet.

Description

Einzelkammersystem zum Verkoken

Die Erfindung betrifft ein Einzelkammersystem Verkokungssysteme dienen vorzugsweise zur Verkokung von Kohle Dabei werden aus der Kohle die fluchtigen Bestandteile unter Luftabschluß durch Erwärmung ausgetrieben Als Folge verbleibt einen Kohlenstoffgerust, der Koks Der Koks hat unterschiedliche Qualität Vermarktungsfahig sind nur Qualitäten mit einer Mindestfestigkeit Die gewünschte Festigkeit entsteht, wenn die Kohle wahrend des Verkokungsvorganges eine Erweichung und anschließend wieder eine Verfestigung erfahrt Vorteilhafterweise kann mit der Verfestigung eine Kontraktion des entstandenen Kokses verbunden sein Der Koks setzt sich dann von der Heizwand ab und kann sehr leicht aus dem Ofen gedruckt werden Nur bestimmte Kohlen fuhren zu dem Ergebnis

Es ist heute üblich, Kohlenmischungen zu erzeugen, um im Wege der Mischung alle gewünschten Eigenschaften darzustellen

In den Anfangen der Verkokungstechnik wurden einzeln stehende Ofen verwendet Die damalige Technik ist unter den Bezeichnungen Meilertechnik bzw Bienkorbofen bekannt Spater sind die Ofen zu Batterien (Ofenbatterien oder Koksofenbatterien) zusammengefaßt worden Im folgenden werden derartige Ofensysteme zum Vergleich mit einem neu entwickelten System als Vielkammersysteme bezeichnet Die Vielkammersysteme besitzen eine Vielzahl von nebeneinander liegenden Kammern Zwischen jeweils zwei benachbarten Kammern befindet sich eine für beide Kammern gemeinsame Kammerwand Heute üblich sind sogenannte Horizontalkammerverkokungsofen (Horizontalkammerofen) Derartige Ofen besitzen horizontal liegende Kammern, die vorn und hinten mit Türen (Ofentüren) verschlossen sind und von oben mit der Kohle beftiHt werden Zum Entleeren einer Kammer werden nach Beendigung des Verkokungsvorganges die beide Türen geöffnet und der ausgegarte Inhalt der Kammer, der auch als Kokskuchen oder Ofenbesatz(Besatz) oder Charge bezeichnet wird, mit einer Druckmaschine aus der in Druckrichtung hinteren Ofenoffnung herausgedrückt. Die Druckmaschine besitzt einen Druckkopf, der den Querschnitt der Kammer ausfüllt und mit einer Stange bewegt wird Die Stange ist in der Regel zugleich als Zahnstange ausgebildet und wird mit einem Ritzel bewegt

Die Ofenbeheizung findet in den Kammerwanden statt Deshalb wird von Heizwanden gesprochen.

Eine neue Ofenentwicklung hat sich wieder dem Konzept des Einzelofens zugewandt Daraus haben sich die Bezeichnung Einzelkammersystem oder Einzelkammerverkokungssystem entwickelt Die Kammern der Einzelkammersysteme werden wegen ihrer besonderen Betriebsweise auch als Reaktoren bezeichnet

Einzelkammersysteme sind gegenüber Vielkammersystemen dadurch gekennzeichnet, daß die von oben beschickten und horizontal gedruckten Kammern/Reaktoren einzeln und unabhängig voneinander betreibbar sind Das wird dadurch ermöglicht, daß jede Einzelkammer/Reaktor aus zwei zusammengehörigen Heizwanden gebildet wird Vorteilhafterweise wird jede Heizwand durch eine starre Seitenwand abgestutzt Über die bloße Abstutzung hinaus kann eine Einspannung stattfinden Besonders vorteilhaft sind Seiteneinspannungen aus Stahl In diesem Sinne haben sich Doppel-T-Trager bewahrt Zu dem Reaktor gehören wie bei der Kammer des Vielkammersystems noch Sohle, Decken und Türen

Einzelkammerverkokungsreaktoren sind leicht daran zu erkennen, daß zwei zusammengehörige, die Verkokungskammer/Reaktor bildende Heizwande jeweils nur eine Charge beheizen, was dazu führt, daß sie als Baumodule eine eigene selbständige Einheit bilden, die einzeln und unabhängig betrieben werden können Demgegenüber werden bei Vielkammersystemen mit jeder Heizwand zwei nebeneinander liegende und durch die Heizwand voneinander getrennte Kammerhalften beheizt Vielkammersysteme können deshalb nur batterieweise (bis zu 80 Kammern) betrieben und gesteuert werden Andererseits lassen sich Einzelkammern/Reaktoren wahlweise auch batterieweise wie Vielkammersysteme zusammenfassen Die Unabhängigkeit der Einzelkammern/Reaktoren wird dadurch nicht beeinträchtigt

Bei batterieweiser Zusammenfassung von Einzelkammern laßt sich vorteilhafterweise zur Reduzierung des baulichen Aufwandes für die Einspannung nutzen, indem jeweils nur eine Einspannung zwischen den gegenüberliegenden Heizwänden zweier benachbarter Einzelkammern Reaktoren angeordnet ist und diese Einspannung der Abstützung beider Heizwände dient.

Die Heizwände sind außen mit Wärmedämmung versehen. Die Wärmedämmung schützt die Seiteneinspannung/Verankerung vor einer unzulässigen Erwärmung und einer damit einhergehenden Verformung bzw. einem Verlust an Festigkeit.

Beim Vielkammersystem wird die Stabilität der Heizwand durch die Breite der Heizzüge und die Deckenauflast bestimmt. Aufgrund des hohen Schlankheitsgrades der Heizwand und der begrenzten Deckenauflast ist die Stabilität der Heizwand gegen seitlich wirkenden Verkokungsdruck relativ gering. Wegen dieses konstruktiven Nachteils und wegen der Wärmeabgabe der Heizwand nach beiden Seiten ist eine Abstimmung des Druckrhythmus zwingend erforderlich. Ziel der Betriebsweise ist es, dem Treibdruck und der daraus resultierenden Verformung der Heizwände dadurch entgegen zu wirken, daß sich während der Phase gefährlichen Treibdruckes in den benachbarten Kammern ein Ofenbesatz befindet. Bewährt haben sich die Druckrhythmen 1,3, 5/2, 4,6 und 1,6, 1 1/3, 8, 13/5,10, 15/2, 7, 12/4, 9, 14. Mit den Nummern sind die Öfen bezeichnet.

Zur Erläuterung des Druckrhythmus:

Die Bezeichnung des 5/2 Turnus bedeutet: Es werden in Folge die Kammern mit den

Nummern

1,6,11,16,21 usw. in der ersten Serie gedrückt, wobei jeweils 5 Kammern übersprungen werden,

3,8,13,18,23 usw. in der zweiten Serie gedrückt, wobei wiederum jeweils 5 Kammern übersprungen werden.

In den nachfolgenden Serien wird von Serie zu Serie jeweils 2 Kammern und innerhalb einer

Serie immer wieder 5 Kammern übersprungen.

Bei dem häufig angewendeten 2/1 Turnus ergeben sich folgende Serien: 1,3,5,7.... in der ersten Serie 2,4,6,8.... in der zweiten Serie. Durch Einhaltung des Druckrhythmus wird auch vermieden, daß eine zu starke Warmeentspeicherung einer Heizwand einsetzt, wenn zwei benachbarte Koksofen in zu kurzen Zeitabständen chargiert werden

Die notwendige Einhaltung eines bestimmten Druckrhythmus macht das Vielkammersystem unflexibel und storungsanfallig, denn in manchen Fallen muß gegen die Regel verstoßen werden, um betrieblichen Erfordernissen - z B Reparaturfallen - gerecht werden zu können

Bei dem Einzelkammersystem sind in Batteriebauweise zwischen je zwei benachbarten Reaktoren in einer bekannten Ausführungsform zwei Seitenwande vorgesehen D h jedem Reaktor ist eine separate Seitenwand zugeordnet Beide Seitenwande besitzen eine gemeinsame seitliche Einspannung/Seitenverankerung Die Seitenverankerung wird beispielsweise durch Doppel-T-Trager gebildet und kann den Einzelkammern im Feuerfestbereich jede notwendige Steifigkeit geben, um beide Einzelkammern/Reaktoren unabhängig voneinander betreiben zu können Dies erlaubt folgende für Vielkammersysteme nicht durchführbare Reparaturmaßnahme an einzelnen Reaktoren Stillsetzen, Erneuern

Das Einzelkammersystem erlaubt auch eine von der Deckenauflast unabhängige Konstruktion der Heizzuge zur Optimierung der Flammenführung und der Verbrennung

Das Einzelkammersystem gibt eine extrem große Unabhängigkeit gegenüber der Kohlengrundlage bei gleichzeitig hohem Koksausbringen durch den Einsatz niederfluchtiger Kohle Die Verwendung vorerhitzter Kohle in Kombination mit Kokstrockenkuhlung und programmgesteuerter Beheizung führt zu einer betrachtlichen Steigerung des energetischen Wirkungsgrades

Seit Anfang der industriellen Kokserzeugung in Horizontalkammerofen, d h seit mehr als 1OO Jahren ist die Beherrschung des Treibdruckes eine besondere Aufgabe für die rohstoffliche und betriebliche Steuerung des Verkokungsprozesses Der Treibdruck ist der Druck, mit dem die Kohle wahrend des Verkokungsvorganges die Heizwande belastet

Durch geeignete Wahl bzw Mischung unterschiedlich kokender Kohlen einerseits sowie durch Anwendung bestimmter Druckrhythmen (z B 5/2 Turnus) andererseits wird der Beherrschung des Treibdruckes von der rohstof lichen bzw von der betrieblichen Seite her Rechnung getragen

Eine Mißachtung der Treibgefahr hat beim Ffst-Mauerwerk einer Koksofenbatterie schwerwiegende Beschädigungen bzw sogar die totale Zerstörung zur Folge

Interessanterweise sind Kokse aus gut kokenden Kohlen in der Regel von höherer Qualität Gut kokende Kohlen haben zwangsläufig aber auch die Eigenschaft, einen gewissen Treibdruck zu erzeugen Um den Qualitätsansprüchen der Stahlindustrie zu genügen, sehen sich die Koksproduzenten immer wieder veranlaßt, treibneigende oder gar treibgefahrliche Kohlen zur Kokserzeugung einzusetzen Dies gilt vor allem für den modernen Huttenbetrieb mit leistungsfähigen Hochofen und hohen Austausch-Reduktionsmittelraten (01 oder Kohle) Bei den heute erreichbaren Koksraten von z B 3OO bis herunter zu 250 kg/t Roheisen hat die Koksqualitat entscheidenden Einfluß auf den Hochofengang Aus diesen Erfahrungen abgeleitet, erfordert eine leistungsfähige Roheisenproduktion eine weit überdurchschnittliche chemo-mechanische Resistenz der Koksschichten zwischen dem Moller

In den bisherigen Planungen wurde davon ausgegangen, daß für eine Jahreskapazitat von z B 2 Millionen Tonnen Koks mit einer aus Einzelkammerverkokungsreaktoren bestehenden Kokerei nur noch 30 bis 54 Reaktoren gegenüber 120 Kammern einer herkömmlichen Kokerei benotigt werden Die Planungen basieren auf den Abmessungen einer Einzelkammer/Reaktors mit einer Kammerbreite von 850 mm und einer Kammerhohe bis 12,5 m und einer Kammerlange bis 25 m

Die Kammerbreite von 850 mm zeigt den Endpunkt bisheriger Koksofenentwicklung Seit 25 Jahren sind die Kammerbreiten großer geworden Die größeren Kammerbreiten waren das Ergebnis industrieller Bemühungen um Wirtschaftlichkeit sowie Arbeits- und Umweltschutz Ein wesentlicher Wirtschaftlichkeitsfaktor war die Anzahl der Maschinenspiele für die Druckmaschinen, mit denen der Ofenbesatz nach ausreichender Garung als Kokskuchen aus dem Ofen gedruckt werden Jede Druckmaschine hat eine naturliche Kapazitatsgrenze Im Sinne wirtschaftlicher und umwelttechnischer Optimierung wurden die Kammerbreiten zur Erhöhung des Ofenvolumens vergrößert, um einen Ofenbetrieb mit einer minimalen Anzahl von Druckmaschinen unter möglichst großer Auslastung der Druckmaschinen bei Aufrechterhaltung aussreichender Wartungsmoglichkeiten (optimales Maschinenspiel) zu erreichen. Wegen der oben beschriebenen Grenzen muß die Volumensänderung dabei vorrangig durch die Vergrößerung der Kammerbreite erfolgen. Kammerabmessungen von 6OO mm bei 7,5 Höhe und 18m Länge wurden bisher als Grenzwerte gesehen.

Das Einzelkammersystem ist in seiner Kammerhöhe unabhängig von der Kammerbreite. Der letzte auf Basis des Einzelkammersystems durchgeführte Entwicklungsschritt zur Kammerbreite von 850 mm sollte darüber hinaus eine Garungszeit von 24 h ermöglichen. Damit kann ein Zwei-Schichten-Betrieb anstelle eines bisherigen Drei-Schichten-Betriebes verwirklicht werden. Das führt zu beträchtlichen Personalkosteneinsparungen.

Andere hervorstechende Vorteile des Einzelkammersystems sind geringer Energieaufwand, verbesserter Umweltschutz, geringer Aufwand für Umweltschutz und geringerer

Instandhaltungsaufwand.

Der geringere Energieaufwand wird wesentlich durch einen Codeco-Betrieb verursacht. Dabei wird die Wärmezufuhr bedarfsgerecht zugeleitet.

Auf der anderen Seite ist die Bauweise des Einzelkammersystems mit der Seiteneinspannung und notwendigen seitlichen Wärmedämmung aufwendiger als die Bauweise herkömmlicher Koksöfen. Die bisherigen Planungen für einen Kokereineubau auf Basis der Ergebnisse aus dem Demonstrationsreaktor gingen deshalb davon aus, daß trotz der sehr viel geringeren Anzahl von Reaktoren immer noch ein Investitionsmehraufwand durch andere wirtschaftliche Vorteile zu kompensieren ist.

Ein wesentlicher Teil der Kosten eines Kokereineubaus entsteht durch die verschiedenen Steinformate des Feuerfestmauerwerkes. Wie oben erläutert, sind die Heizwände stark wärmebelastet. Das gleiche gilt für die Kammer/Ofendecke und die Kammer/Ofensohle. Deshalb sind in diesen Bereichen Feuerfeststeine zu vermauern. Aufgrund der komplizierten Bauweise des Feuerfestbereiches ist die Anzahl der Steinformate an den herkömmlichen Kokereien in der Regel immer größer als 1OOO. Für jedes Steinformat müssen entsprechende Formen hergestellt werden. Wegen der sehr kleinen Stückzahlen vieler Formate ist zumeist ein Maschinenformen unwirtschaftlich. Die Formung erfolgt dann von Hand. Da jede Kokerei neu konstruiert wird, stellt sich die Frage der Steinformate bei jeder Kokerei neu

Bei Einzelkammersystemen ergibt sich systembedingt bereits eine deutlich geringere Zahl unterschiedlicher Steinformate

Trotz der oben erläuterten vielfaltigen Vorteile hat sich das Einzelkammersystem bislang nicht durchsetzen können Deshalb liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Einzelkammersystem, insbesondere die Wirtschaftlichkeit noch weiter zu verbessern

Dabei geht die Erfindung von folgenden Überlegungen aus

a) die Produktivität zur Reduzierung der Investkosten zu erhohen b) den Treibdruck zu verringern c) die Anzahl der Steinformate zu verringern

Zu a) Die Aufgabe der Produktivitatserhohung wird dadurch gelost, daß der Reaktor einen Schlankheitsgrad besitzt, der gleich oder kleiner O,O7 ist und wobei der Schlankheitsgrad als Quotient aus Kammerbreite/Kammerhohe definiert ist

Mit dem Schlankheitsgrad stellt sich die Erfindung gegen die seit 25 herrschende Entwicklungsrichtung zunehmender Kammerbreiten Das basiert auf der Erfahrung, daß die Produktivität von Koksofen mit abnehmender Kammerbreite uberproportional anwachst, und auf der Erkenntnis, daß bei Einzelkammerverkokungsreaktoren das gewünschte Kammervolumen unabhängig von der Kammerbreite durch Vergrößerung der Kammerhohe und auch der Kammerlange darstellbar ist Die zunehmenden Kammerhohen und Kammerlangen führen zu Belastungen, die sich an herkömmlichen Vielkammersystemen nicht beherrschen lassen Dagegen können diese Belastunsgen von der seitlichen Einspannung an Einzelkammerverkokungsreaktoren gut aufgenommen werden können

Im folgenden sind einige Wirtschaftlichkeitsdaten in Abhängigkeit von der Kammerbreite bei sonst gleichen Randbedingungen/Rahmenbedingungen gegenüber gestellt

Die Zeile 1 zeigt, daß die als letzter Stand der Technik anzusehende Bauweise mit 100% bewertet Die Investitionskosten anderer Kokereien sind nach den Investitionskosten nach Zeile 1 bemessen. Bei gleicher Kammerbreite und sonst gleichen Rahmenbedingungen sind die Investitionskosten in einem Einzelkammersystem gemäß Zeile 2 etwa 27% höher. Das kann natürlich durch andere Positionen kompensiert und sogar überkompensiert werden. Zu diesen Positionen gehören eine preisgünstigere Kohlengrundlage, Umweltschutz usw.

Zeile 3 zeigt, daß das Einzelkammersystem bei Reduzierung der Kammerbreite auf 556 mm der herkömmlichen Bauweise hinsichtlich er Investitionskosten schon deutlich näher kommt. Dabei entsteht ein Schlankheitsgrad von O,O8. Der Schlankheitsgrad ist definiert als Quotient aus Kammerbreite/Kammerhöhe. Durch Anwendung des Schlankheitsgrades kleiner O,O6 wird das Einzelkammerkokungssystem in den Investitionskosten günstiger als das Vielkammersystem. Diese Kostenvorteile nehmen mit kleinerem Schlankheitsgrad zu, ohne daß dabei die oben angesprochenen geldwerten Vorteile aus der preisgünstigen Kohlengrundlage usw. berücksichtigt worden sind. Vorzugsweise wird ein Schlankheitsgrad von O,O3 nicht unterschritten.

Bei einer extrem geringen Kammerbreite können sich erhebliche Einsparungen an Investitionskosten gegenüber herkömmlichem Vielkammersystem ergeben.

Die Berechnung der Investitionskosten und der spezifischen Produktivität basiert auf dem

Füllvolumen:

Dies ist nachfolgend am Beispiel der Zeile 2 in der Tabelle dargestellt:

Kammerabmessungen sind die lichte Kammerbreite von 610 mm, die lichte Kammerhöhe von

7630 mm und die Kammerlänge von 2O.OOO mm. Das Füllvolumen ist bestimmt durch die

Kammerbreite von 610 mm, eine Füllhöhe von 7180 und eine Besatzlänge von 18.000 mm

Die Füllhöhe ergibt sich aus dem Abstand des Kohlrückens zur Sohle der Kammer.

Das Maß der Besatzlänge ist bestimmt durch den Abstand den Abstand der Türstopfen an den

Türen. Die Türstopfen sind als isolierendes Feuerfestteile an den Türen befestigt und ragen in die Kammer.

Im Ausführungsbeispiel nach Zeile 2 ergibt sich ein Füllvolumen von 78,836 Kubikmeter.

De Schüttdichte vorerhitzten Besatzes beträgt nach allen Erfahren rund 850 kg pro Kubikmeter. Daraus resultiert ein Füllgewicht von 67 to vorerhitzter Kohle. Das Koksausbringen wird mit 78% angenommen Das Koksausbringen ergibt sich aus dem Gewichtsverhaltnis ausgebrachten Kokses zu eingesetzter Kohle Daraus errechnet sich ein Koksausbringen von 52,268 t

Die Garungszeit ergibt sich im Ausfuhrungsbeispiel der Zeile 2 in der Tabelle aus der

Erfahrung zu 14,4 Stunden Die Garungszeit ist die Dauer des Verkokungsvorganges, beginnend mit dem Füllen der Kammer mit Kohle und endet mit dem Koksdrucken

Die Garungszeit ist stark abhangig vom Vorbehandlungszustand der Einsatzkohle(roh, mit

10% Feuchte oder thermisch vorbehandelt mit 180 Grad Celsius Temperatur und

O%Feuchte) und von der Kammerbreite

Aus der Garungszeit ergibt sich, daß jede Kammer 1,666 mal pro Tag gefüllt und gedruckt werden kann Die tagliche Produktion belauft sich auf 87,08 t, die jahrliche auf 31 784 t

Auf dieser Basis sind zur Darstellung einer Jahresproduktion von 2 Mio t 63 Kammern erforderlich

Im Ergebnis hat das Einzelkammersystem gegenüber dem Vielkammeverkokungssystem wesentliche technische und wirtschaftliche Vorteile Hinsichtlich des Maschinenspieles und der konstruktiven Umsetzung stellen sich keinerlei Probleme Die hohe statische Belastbarkeit der Kammerwande laßt auch Extrembedingungen beim Koksdrucken zu Dadurch reduziert sich die Bedeutung des Schrumpfens und Absetzens der Charge von den Kammerwanden Wahlweise lassen sich die erfindungsgemaßen Einzelkammerverkokungsreaktoren gleichwohl mit einer Konizitat errrichten Mit Konizitat ist die Erweiterung der Kammer/Reaktors zur Koksseite (in Richtung des Koksdruckens) Infolge der Erweiterung kommt der Kokskuchen schon nach geringem Schieben von den Seitenwanden immer weiter frei Die Konizitat kann z B 0,1 bis 0,6% betragen Die Konizitat rechnet sich als Maß der Erweiterung der Kammer (z B in mm) geteilt durch die Kammerlange (in gleicher Maßeinheit wie die Erweiterung) Auf eine 18m lange Kammer betragt die Erweiterung z B 75mm

Vorteilhafterweise laßt sich die Konizitat bei dem erfindungsgemaßen Einzelkammersystem leicht verwirklichen, indem die Kammerwande zur Längsrichtung mit gleichbleibenden Abmessungen schräg gestellt werden

Die bauliche Anpassung findet wahlweise im Bereich der Einspannung/Seitenverankerung mit Doppel-T-Profilen aus einer Schweißkonstruktion statt Die vorzugsweise verwendeten Doppel-T-Profile haben dann eine in Kammerlängsrichtung abnehmende Steghöhe. Das läßt sich mit einer Schweißkonstruktion leicht verwirklichen. Gegenüber gewalzten Profilen müssen die geschweißten Profile keine Festigkeitsnachteile besitzen.

Bei Doppel-T-Profilen, die mit der Längsachse vertikal und in horizontaler Richtung bzw. Längsrichtung der Kammer/Reaktor mit (je nach Auslegung) mehr oder weniger Abstand voneinander angeordnet sind, ergibt sich dann ein Stahlbauwerk, das sich in Kammerlängsrichtung entsprechend der Konizität verjüngt.

Zu b) nach der Erfindung wird der Treibdruck dadurch verringert, daß vor der Teernahtbildung in der Kammer die Wärmezufuhr über die Heizzüge gedrosselt wird. Die Teernaht entsteht als Folge der Erwärmung des Ofenbesatzes. Die Erwärmung beginnt an den heißen Kammerwänden. Die Heizwandtemperatur ist abhängig von der Temperatur im Heizzug. Dort kann die Temperatur z.B. 13OO bis 14OO Grad Celsius betragen. Die eingefüllte nasse Kohle hat ursprünglich Umgebungstemperatur. Vorerhitzte Kohle wird je nach Vorerhitzung z.B. mit 2OO Grad Celsius eingefüllt. An der heißen Kammerwand nimmt die Kohle Wärme auf. Mit zunehmender Erwärmung werden die flüchtigen Bestandteile aus der Kohle ausgetrieben. Dabei bildet sich eine zur Kammermitte hin bewegende Front aus erweichender Kohle (plastische Zone) Der Teer verdampft aufgrund der Erwärmung in den äußeren Besatzbereichen. Der gasförmige Teer dringt auch in den weniger erwärmten inneren Besatzbereich und kondensiert dort wieder. Wenn die beiden mit zunehmender Erwärmung zur Mitte hin wandernden plastischen Zonen sich in der Mitte treffen, wird von einer Teernaht gesprochen.

Durch die Drosselung wird die Treibdruckspitze abgebaut. In der Regel erfordert das eine Drosselung 1 bis 2 Stunden vor der Teernahtbildung. Die Wärmezufuhr wird vorzugsweise auf 20%, bei Bedarf sogar bis auf O gedrosselt. Mindestens erfolgt die Drosselung der Wärmezufuhr im Bedarfsfall 30 min vor der Teernahtbildung und/oder auf 50%.

Wahlweise ist zur Treibdruckmessung ein Druck-, Kraft- oder Dehnungssensor an der seitlichen Einspannung/Seitenverankerung des Einzelkammersystems vorgesehen. Der Sensor kann in Abständen oder dauernd den Treibdruck messen. Bei normalem Treibdruckverlauf ist jeder Verkokungsphase ein bestimmter Meßwert zugeordnet. Der Meßwert wird wahlweise mit einem Zuschlag als Grenzwert gewählt Bei Überschreiten des Grenzwertes wird Kontakt zur Drosselung der Wärmezufuhr gegeben

Wahlweise findet zusatzlich oder alternativ zur punktuellen Messung eine Aufzeichnung des

Verlaufes der Treibdruckentwicklung statt und wird diese Kurve mit einer Grenz-

Treibdruckentwicklung verglichen, so daß schon vor Erreichen eines oben beschriebenen punktuellen Grenzwertes Kontakt zur Drosselung gegeben werden kann, wenn die gemessene

Treibdruckentwicklung auf ein Überschreiten des zulassigen Treibdruckes hinweist

Dieser Sensor kann auch zur Optimierung der Drosselung eingesetzt werden oder aber auch als

Notschalter zur Vermeidung übermäßiger Treibdrucke dienen Der Treibdruck kann unmittelbar als der auf die Seiteneinspannung/Verankerung wirkende Druck bzw Kraft oder in

Form der Dehnung/Biegung der Seitenverankerung gemessen werden

Das anliegende Schema zeigt den Verlauf des Treibdruckes bei herkömmlicher Beheizung und erfindungsgemaßer Beheizung

Bei herkömmlicher Beheizung, die mit durchgehender Linie dargestellt ist, ergibt sich eine charakteristische Treibdruckspitze Unmittelbar nach dem Chargieren (Befüllen des Reaktors) setzt die Entwicklung des Treibdruckes mit schwachsteigender Tendenz ein

Nach rund 2/3 der Garungszeit kommt es zu einem spontanen Anstieg des Treibdruckes Zwischen 2/3 und 4/5 der Garungszeit wird ein ausgeprägtes Maximum durchlaufen Diese Treibdruckspitze geht einher mit der Teernahtbildung

In diesem kritischen Zeitraum hilft das erfindungsgemaße Verfahren Die Verkokungsgeschwindigkeit wird durch entsprechend verringerte Beheizung reduziert Dabei ergibt sich überraschenderweise, daß die Treibdruckspitze durch Rücknahme der Verkokungsgeschwindigkeit ganz oder teilweise unterdruckt wird Durch die erfindungsgemaße Beheizungssteuerung wird der gestrichelt dargestellte Treibdruckverlauf erreicht Das ausgeprägte Treibdurckmaximum tritt nicht in Erscheinung Die Drosselung setzt dabei 1 bis 2 Stunden vor der Teernahtbildung ein

Nach Überwindung der Treibdruckspitze durch erfindungsgemaße Beheizungssteuerung kann die Beheizung in der ursprunglichen oder besser noch in verstärkter Form fortgeführt werden Die vorgeschlagenen Steuerungsmechanismen empfehlen sich bei bekannter Kohlengrundlage in Kenntnis der Treibgefahr.

Vielfach kommt es in der Kokerei aber auch zu überraschend und unerwartet auftretender Treibgefahr. Beispielsweise durch Mischungsfehler bei der Zusammenstellung der Kokereieinsatzmichung oder durch Ausfall von Misch- und Mahlaggregaten. Menschliches Versagen kann dabei ebenso Auslöser sein, wie Fehlfunktionen bei Dosierungseinrichtungen und Ausfall von Maschinen.

In einer derartigen Situation kann der erfindungsgemäße Sensor (Druck-, Kraft- oder Dehnungsaufnehmer) rechtzeitig die Gefahr eines sich unzulässig hoch entwickelnden Treibdruckes anzeigen und/oder die Beheizung drosseln. Dabei kann ein ständiger Abgleich von Istwert und Sollwert stattfinden. Durch sofortige erfindungsgemäße Verlangsamung des Verkokungsprozesses (Beheizungssteuerung) wird die Treibgefahr behoben.

Auf dem Wege wird ein sehr kostenintensiver Anlagenteil der industriellen Kokserzeugung gesichert. Allein schon das zeigt eine besondere technisch-wirtschaftliche Bedeutung der Erfindung. Darüber hinaus kann die Erfindung zur Verbreiterung der Kokskohlenbasis in Richtung gut kokender und treibgefährlicher Kohlen zur Erzeugung eines qualitativ hochwertigen Kokses genutzt werden.

Zu c) nach der Erfindung werden für alle Kokereineubauten gleiche Steinformate zumindest im

Bereich der Binder und/oder Läufer verwendet.

Jede Heizwand besitzt eine Anzahl vertikal durch die Heizwand verlaufender Heizzüge

(Kanäle). Die Heizzüge besitzen in der Kammerwand voneinander Abstand. Die Kammerwand setzt sich aus den Formsteinen zusammen. Die Formsteine, welche die Heizzüge voneinander trennen tragen die Bezeichnung Binder.

Die Zeizzüge werden von Heizgas durchströmt. Je nach Gas wird zwischen Starkgas oder

Schwachgas unterschieden. Das Heizgas wird am Fuß der Kammerwände in die Heizzüge geleitet und dort unter Zuführung von Luft zur Verbrennung gebracht. Bei der Konstruktion der Kammerwände ist eine gleichmäßigen Verbrennung über die Höhe der Heizwände ein wesentliches Ziel. Die Abmessungen der Heizzüge beeinflussen unmittelbar die Flammenführung Je nach Hohe der Heizzuge wird die Luft in verschiedenen Hohenstufen zugeführt

Jeder Heizzug wird im Querschnitt von vier Feuerfeststeinen gebildet, von denen zwei in Kammerlangsrichtung verlaufen und die Bezeichnung Laufer tragen und zwei Feuerfeststeinen quer zur Kammerlangsrichtung verlaufen und die Bezeichnung Binder tragen Üblicherweise begrenzt jeder Binder zwei Heizzuge, einen in Koksausdruckrichtung vor dem Binder und einen hinter dem Binder liegenden Heizzug

Die Abmessungen der Binder und Laufer sind von der Belastung der Binder und Laufer und vom verwendeten Feuerfestmaterial abhangig Nach der Erfindung sind für unterschiedliche Belastungsfalle, d h für unterschiedliche Kokereien, gleiche Binder und Laufer vorgesehen Für die weniger belasteten Binder und Laufer führt das zu einer Uberdimensionierung, die jedoch durch Kosteneinsparungen uberkompensiert werden Das gilt auch bei Verwendung besonders hochwertige Steine, z B High Density Steine, deren Dichte 1,9 im Unterschied zur normalen Dichte von 1,8 ist

Noch weitere Vorteile ergeben sich, wenn gleiche oder annähernd gleiche Kammerhohen eingehalten werden Dann kann die notwendige Anpassung an die gewünschte Verkokungskapazitat durch Änderung der Kammerlange erfolgen Die Anwendung gleicher oder annähernd gleicher Kammerhohen erleichtert die Anwendung gleicher Heizzugquerschnitte für die verschiedenen Kammern Aus der Anwendung gleicher Heizzuge ergibt sich eine schrittweise Vergrößerung der Verkokungskapazitat Vorzugsweise sind m diesem Sinne Heizzuge mit einem Mittenabstand von 3OO bis 8OO mm in der Heizwand vorgesehen

Dabei ist zu unterscheiden zwischen Zwillingsheizzugen und Einfachheizzugen Das Einzelkammersystem besitzt vorzugsweise Zwillingsheizzuge, nämlich zwei nebeneinanderliegende Heizzuge In diesem Fall wird der erfindungsgemaße Mittenabstand von den einander nächsten Heizzugen zweier benachbarter Zwillingsheizzuge gerechnet

Gunstig sind erfindungsgemaße Einheitsfeuerfeststeine für eine Lagenhohe von 80 bis 160 mm und/oder eine Steinbreite von 60 bis 170 mm Die Lagenhohe bestimmt die Anzahl der Steine, die übereinander verbaut werden müssen, um die gewünschte Hohe der Heizwande zu erreichen Zusammenfassend ergeben sich folgende Vorteile der Erfindung: gleiche Formen für die Herstellung der Feuerfeststeine für unterschiedliche Kokereien deutliche Verkürzung der Lieferzeiten wegen bereits vorhandener Formen höhere Mengenzahlen für die einzelnen Formate und damit wirtschaftliches Formen mit Formmaschinen viel leichtere Vorratshaltung, auch bei den Formsteinherstellern

Insgesamt ergeben sich beträchtliche Kosteneinsparungen.

Zu d) nach der Erfindung erfolgt eine Kapazitätsanpassung der Kokerei an den Koksbedarf durch Leerstand von Kammern. Der Leerstand kann sich auf einzelne Kammern beschränken. Der Leerstand kann auch alle Kammern erfassen. Der Leerstand kann durch eine Verkokungspause gebildet werden, die gleichmäßig oder unterschiedlich alle Kammern betrifft oder gleichmäßig oder unterschiedlich nur einzelne Kammer betrifft. Im Einzelkammersystem ist der Leerstand unschädlich.

Im Vielkammersystem ist der Leerstand sehr problematisch. Einem fallenden oder zunehmenden Koksbedarf kann eine herkömmliche Kokerei mit einem Vielkammersystem nur sehr langsam und sehr eingeschränkt Rechnung tragen. Üblicherweise wird eine Woche benötigt, um eine herkömmliche Kokerei in ihrer Leistung um 15% zu drosseln. Die Drosselung erfolgt durch Reduzierung der Beheizung. Das heißt die Heizzugtemperatur wird abgesenkt. Der dazu zur Verfügung stehende Spielraum ist das Temperaturfenster zwischen etwa 1320 und 1O5O Grad Celsius. Die lange Dauer für eine Absenkung der Temperatur resultiert aus den Vorgaben des Feuerfestmauerwerkes. Üblicherweise vertragen die verwendeten Feuerfestmauerwerke keinen plötzlichen Temperaturabfall. Zwar gibt eine herkömmliche Kokerei auch die Möglichkeit einer Anpassung der Verkokungsleistung durch Überstehenlassen. Diese Möglichkeit ist jedoch außerordentlich eingeschränkt, weil die Koksqualität durch das Überstehenlassen erheblich beeinflußt wird. Vorteilhafterweise ist auch das Überstehenlassen beim Einzelkammersystem wesentlich einfacher und weitreichender möglich, weil das Einzelkammersystem im Unterschied zum Vielkammersystem eine individuelle Anpassung der Verkokungsbedingungen in der jeweiligen Kammer ermöglicht. Wegen der Schwierigkeiten beim Zurückfahren oder Erhöhen der Verkokungsleistung ist es an herkömlichen Vielkammersystemen üblich, möglichst gleichbleibende Verkokungsbedingungen einzuhalten und Überproduktionen auf Halde zu fahren.

Das Einzelkammersystem ermöglicht eine Kapazitätsanpassung ohne wesentliche Veränderung der CSR- und CRI-Werte.

Beide Werte sind Anhaltspunkte für das Verhalten des Kokses im Hochofen:

Im Hochofen ist der Koks:

*Energieträger

*Reduktionsmittel

* Stützgerüst/gasdurchlässiges Haufwerk

*Aufkohlungsmittel für das Roheisen

*Filter für das abströmende Gichtgas als Energieträger und als Reduktionsmittel ist der Koks der Reaktion mit Sauerstoff unterworfen. Es entsteht Kohlendioxid und Kohlenmonoxid. Diese Reaktionen können seine Struktur bzw. seine mechanische Festigkeit schwächen. Struktur und Festigkeit sind jedoch besonders wichtig zur Wahrnehmung der Aufgabe als Stützgerüst und zur Sicherung der Gasdurchlässigkeit .

Zur Charakterisierung der chemo-mechanischen Eigenschaften des Kokses wird nach einer von Nippon Steel Corp., Japan, entwickelten Methode eine konkrete Kornfaktion bei einer Temperatur von 1O5O Grad Celsius einer Vergasungsreaktion bzw. einer Reaktion mit Sauerstoff ausgesetzt und anschließend diese Koksprobe einer mechanischen Beanspruchung in einer Trommel unterworfen. Der Gewichtsverlust wird als CRI (Coke Reactivity Index) und die kornabriebs- und Zerfallsneigung als CSR (Coke Strength after Reaction) definiert. Beide Kenntwerte erlauben die Beurteilung von Koks auf sein Verhalten im Hochofen.

COMPARISON MULTI CHAMBER SYSTEM / SINGLE CHAMBER SYSTEM

(The Single Chamber System Includes Coal Preheating)

ADDreviai 10ns: KK Coke Plant Kaiserstuhl

KK * KK with 556 mm Chamber Width

MCS Multi Chamber System

SCS Single Chamber System 01.07.1997

Claims

Patentansprüche

1. Einzelkammersystem, insbesondere mit einem von oben beschickten und horizontal gedrückten Kammer, der aus beheizten Kammerwänden, Decke und Sohle sowie zwei Türen besteht, wobei die Kammerwände eine seitliche Einspannung aufweisen und vorzugsweise vorerhitzte Kohle eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß a) der Reaktor einen Schlankheitsgrad besitzt, der gleich oder kleiner O,O7 ist, wobei der Schlankheitsgrad als Quotient aus Kammerbreite/Kammerhöhe definiert ist und/oder b) vor der Teernahtbildung die Wärmezufuhr über die Heizzüge gedrosselt wird und/oder c) einheitliche Steinformate für unterschiedliche Reaktoren vorgesehen sind und/oder d) eine Kapazitätsanpassung der Kokerei durch Leerstand von Kammern erfolgt.

2. Einzelkammersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor einen Schlankheitsgrad besitzt, der gleich oder größer O,O2 ist.

3. Einzelkammersystem nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Schlankheitsgrad von O,O3 bis O,O6.

4. Einzelkammersystem nach einem Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Konizität von 0,1 bis 0,6%.

5. Einzelkammersystem nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch schräg gestellte Heizwände.

6. Einzelkammersystem nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmezuf hr mindestens 30 min vor der Teernahtbildung und/oder mindestens auf 50% gedrosselt wird.

7. Einzelkammersystem nach einem der Ansprüche 1,6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmezufuhr mindestens 1 Stunde vor der Teernahtbildung und/oder mindestens auf 20% gedrosselt wird.

8. Einzelkammersystem nach einem der Ansprüche 1,6,7, dadurch gekennzeichnet daß an der Seiteneinspannung/Verankerung ein Sensor für den Treibdruck angeordnet ist und bei Überschreiten eines dem Verkokungszeitpunkt zugeordneten Grenzwertes oder bei einem Treibdruckverlauf, der auf ein Überschreiten des zulässigen Treibdruckes hinweist, Kontakt zur Drosselung der Wärmezufuhr gegeben wird.

9. Einzelkammersystem nach Anspurch 8, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Druck- , Kraft- oder Dehnungssensors für die Treibdruckmessung.

10. Einzelkammersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch die Verwendung gleicher Feuerfeststeine für unterschiedliche Kammern/Reaktoren.

11. Einzelkammersystem nach Anspruch 1 oder 10, gekennzeichnet durch gleiche Binder und/oder gleiche Läufer.

12. Einzelkammer System nach einem der Ansprüche 1, 10, 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagenhöhe 8O bis 16O mm und/oder die Steinbreite 6O bis 170 mm beträgt.

13. Einzelkammersystem nach einem der Ansprüche 1,10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß unterschiedliche Reaktoren gleiche oder annähernd gleiche Heizwandhöhen besitzen und die Anpassung an die gewünschte Verkokungskapazität durch Änderung der Kammerlänge erfolgt.

14. Einzelkammersystem nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch schritt- bzw. stufenweise Änderung der Verkokungskapazität.

15. Einzelkammersystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte bzw. Stufen durch den Mittenabstand der Heizzüge bestimmt werden.

16. Einzelkammersystem nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch einen Mittenabstand von 3OO bis 8OO mm.

17. Einzelkammersystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittenabstand bei Zwillingsheizzügen von den einander nächsten Heizzügen zweier benachbarter Zwillingsheizzüge berechnet wird.

18. Einzelkammersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anpassung der Koksproduktion an den Koksbedarf durch Leerstand der Kammer erfolgt.

19. Einzelkammersystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Leerstand sich als Verkokungspause zeitlich beschränkt oder dauerhaft und/oder gleichmäßig oder unterschiedlich auf alle oder auf einzelne Kammern verteilt.