DE102012012417B4 - Method and apparatus for improved preheating of coal by heat exchange with the cooling gas of a Kokstrockenkühlanlage - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur verbesserten Vorwärmung von Kohle durch Wärmetausch mit dem Kühlgas einer Kokstrockenkühlanlage, wobei• ein Koksofen, welcher zur zyklischen Verkokung von Kohle geeignet ist, nach der Durchführung eines Verkokungszyklusses entladen wird, so dass man eine heiße, glühende Kokscharge erhält, und• die heiße, glühende Kokscharge in eine Kokslöschvorrichtung gegeben wird, welche an einen primären Kühlkreislauf angeschlossen ist, in welcher der Koks mit einem inerten Gas durchströmt wird, und dadurch auf eine niedrigere Temperatur heruntergekühlt wird, und• das inerte Kühlgas durch einen Wärmetauscher strömt, in welchem dieses einen Teil der fühlbaren Wärme durch indirekten Wärmetausch an ein weiteres sekundäres, inertes Gas in einem zweiten, sekundären Gaskreislauf abgibt, und in diesem sekundären Gaskreislauf Kohle, welche zur Verkokung vorgesehen ist, mit dem sekundären inerten Gas vorgetrocknet und erhitzt wird, und• die auf diese Weise vorerhitzte und getrocknete Kohle in eine für einen Verkokungszyklus vorgesehene Koksofenkammer gegeben wird, und dort in einem Verkokungszyklus zu Koks verkokt wird, und• als sekundäres, inertes Gas in dem zweiten, sekundären Gaskreislauf Wasserdampf verwendet wird, durch welchen die Kohle auf eine Temperatur von über 100°C erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass• der Wasserdampf zur Erhitzung der Kohle einen Druck von 0,5 bar bis 0,9 bar besitzt.A process for improved preheating of coal by heat exchange with the cooling gas of a coke dry cooling plant, wherein • a coke oven suitable for cyclical coking of coal is discharged after a coking cycle has been performed to obtain a hot, glowing coke charge, and • the hot is placed in a coke quenching device, which is connected to a primary cooling circuit, in which the coke is flowed through with an inert gas, and is cooled down to a lower temperature, and • the inert cooling gas flows through a heat exchanger, in which this transferring a portion of the sensible heat by indirect heat exchange to another secondary, inert gas in a second, secondary gas loop, and in this secondary gas loop coal precoated and heated with the secondary inert gas for coking; and this way before heated and dried coal is placed in a coke oven chamber provided for a coking cycle and coked there into coke in a coking cycle, and water vapor is used as the secondary, inert gas in the second, secondary gas loop, through which the coal is heated to a temperature above 100 ° C is heated, characterized in that • the steam for heating the coal has a pressure of 0.5 bar to 0.9 bar.
Description
Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Vortrocknung und Vorerhitzung von Kohle für den Einsatz in Koksöfen, die zur Erzeugung von metallurgischem Koks dienen, wobei zum Erhitzen der Kohle ein inertes Gas verwendet wird, welches bei der trockenen Kühlung oder Löschung von heißem Koks mit einem weiteren primären Gas durch indirekten Wärmetausch erhitzt wurde, wobei als inertes Gas heißer Wasserdampf, welcher zur Vortrocknung und Vorerhitzung von Kohle geeignet ist, eingesetzt wird, und als Trocknungs- oder Erhitzungsschritt eine Flugstromerhitzung, eine Fließbetterhitzung, oder eine Erhitzung der Kohle in einer Drehtrommel gewählt wird. Die Erfindung berücksichtigt gleichzeitig die verfahrenstechnische Kopplung mit einer Verbrennungsluftvorwärmung für die Koksöfen. Die Erfindung richtet sich des Weiteren auf eine Vorrichtung zur Vorerhitzung und Trocknung von Kohle, welche aus einer Koksabkühlkammer für heißen Koks, einem primären Kühlkreislauf für ein inertes Kühlgas, einem Wärmetauscher, einem sekundären Kühlkreislauf für ein sekundäres Kühlgas, und einer Drehtrommel besteht, wobei die Drehtrommel auch durch einen Fließbettreaktor, oder einen Flugstromreaktor mit Kohlemahlvorrichtung ersetzt werden kann.The invention is directed to a process for the predrying and preheating of coal for use in coke ovens, which serve to produce metallurgical coke, wherein an inert gas is used to heat the coal, which in the dry cooling or deletion of hot coke with a further primary gas was heated by indirect heat exchange, wherein as inert gas hot steam, which is suitable for pre-drying and preheating of coal, is used, and as a drying or heating step, a Flugstromerhitzung, a Fließbetterhitzung, or a heating of the coal selected in a rotary drum becomes. The invention also takes into account the procedural coupling with a combustion air preheating for the coke ovens. The invention is further directed to an apparatus for preheating and drying coal which consists of a coke cooling chamber for hot coke, a primary cooling circuit for an inert cooling gas, a heat exchanger, a secondary cooling circuit for a secondary cooling gas, and a rotary drum Rotary drum can also be replaced by a fluidized bed reactor, or a entrained flow reactor with coal grinding device.
Bei der Durchführung von Verkokungsprozessen in Koksofenbatterien oder Koksofenbänken aus Koksöfen ist der Betreiber bestrebt, den Energieaufwand zur Beheizung des Koksofens und zur Vorbereitung der Kohle für den Verkokungsprozess möglichst gering zu halten. Die Beheizung des Koksofens während des Verkokungsvorganges wird durch Verbrennung des bei der Erhitzung aus dem Kohlebesatz aufsteigendem Verkokungsgases, dem sogenannten Rohgas, ausgeführt. Diese Gase werden je nach Ausführungsart in der Koksofenkammer oder daran angrenzenden Beheizungsteilen dergestalt verbrannt, so dass die Wärme von möglichst allen Seiten an den Kokskuchen gelangen kann. Dazu wird Luft an mehreren Stellen des Ofens durch Öffnungen in die Teile der Koksofenkammern hineingesaugt, die für die Rohgasverbrennung vorgesehen sind. Diese stehen bedingt durch die Abgaseinrichtung der Koksofenanlage unter einem Unterdruck.When coking processes are carried out in coke oven batteries or coke oven banks from coke ovens, the operator endeavors to minimize the energy required to heat the coke oven and to prepare the coal for the coking process. The heating of the coke oven during the coking process is carried out by combustion of the coking gas rising during heating from the carbon stock, the so-called raw gas. Depending on the embodiment, these gases are burned in the coke oven chamber or adjoining heating parts in such a way that the heat can reach the coke cake from as many sides as possible. For this purpose, air at several points of the furnace is sucked through openings in the parts of the coke oven chambers, which are provided for the raw gas combustion. These are due to the exhaust system of the coke oven under a negative pressure.
Ein nicht unerheblicher Teil der zur Verkokung erforderlichen Energie muss dazu aufgewendet werden, den zur Verkokung vorgesehenen Kohlekuchen auf die zur Verkokung erforderliche Temperatur zu bringen. Dieser Vorgang ist nicht zuletzt deshalb energieintensiv, weil der in der Kohle enthaltene Wasseranteil zunächst verdampft werden muss, bevor die Kohle die zur Verkokung erforderliche Temperatur erreichen kann. Dieser physikalische Vorgang kann bis zu 50 % des Energieverbrauches des gesamten Verkokungsprozesses ausmachen und vermindert die Verfahrenseffizienz erheblich.A considerable part of the energy required for coking must be used to bring the coal cake intended for coking to the temperature required for coking. This process is not least energy-intensive, because the water contained in the coal must first be evaporated before the coal can reach the temperature required for coking. This physical process can account for up to 50% of the energy consumption of the entire coking process and significantly reduces process efficiency.
Einige Verfahren zur Verkokung von Kohle heizen deshalb die Kohle außerhalb des Koksofens auf, bevor diese in die Koksofenkammer beladen wird. Hierzu ist viel Energie erforderlich. Eine Möglichkeit ist es, die Kohle durch das Rohgas vorzuwärmen, welches bei der Verkokung entsteht und welches zur Vortrocknung und Vorerhitzung der Kohle genutzt wird, bevor dieses zur Weiterverarbeitung abgeführt wird. Das Rohgas besitzt unmittelbar nach der Verkokung eine hohe Temperatur und kann deshalb zur Vorerhitzung der Kohle genutzt werden. Ein Beispiel hierzu gibt die
Es ist weiterhin auch möglich, die Kohle mit dem heißen Abgas zu erhitzen, welches aus dem Koksofen strömt. Ein Beispiel hierzu gibt die
Schließlich gibt es auch noch die Möglichkeit, die Wärme des glühenden Kokses zurückzugewinnen, indem der glühende Koks, welcher aus einem Koksofen entladen wird, nach der Entladung mit einem inerten Gas gelöscht und auf eine niedrigere Temperatur heruntergekühlt wird, und dieses inerte Gas zur Vorerhitzung und Trocknung der einzusetzenden Kohle genutzt wird. Ein Beispiel hierzu gibt die
Ein weiteres Beispiel für einen Prozess, bei dem die einzusetzende Kohle in einem einzigen Gaskreislauf direkt mit dem Gas, welches auch zur Trockenlöschung verwendet wird, vorerhitzt wird, gibt die
Durch die Verwendung eines inerten Gases zum Löschen von Koks, bei dem der Koks auf eine niedrigere Temperatur heruntergekühlt wird, lässt sich die Wärme des heißen Kokses mit der Möglichkeit einer Nutzung abführen, wobei diese Wärme außer zur Erzeugung von Dampf auch beispielhaft zur Vorerhitzung von Verbrennungsluft für einen „Heat-Recovery“-Koksofen oder zur Erhitzung eines weiteren Gases in einem sekundären Gaskreislauf genutzt werden kann. Das primäre Gas wird im Kreislauf geführt und von den Feststoffen gereinigt, die sich beim Löschen des Kokses in dem primären Gaskreislauf bilden. Danach erfolgt eine Wärmeübertragung in einem Wärmetauscher auf ein sekundäres inertes Gas. Das sekundäre Gas wiederum kann dann zur Vortrocknung und Vorerhitzung von Kohle genutzt werden. Dieses wird über einen Wärmetauscher durch indirekten Wärmetausch mit dem primären Gas erhitzt.By using an inert gas to extinguish coke, in which the coke is cooled down to a lower temperature, the heat of the hot coke with the possibility of use can dissipate, this heat except for the production of steam also exemplifies the preheating of combustion air for a "heat recovery" coke oven or for heating another gas in a secondary gas cycle. The primary gas is recirculated and purified from the solids that form when the coke is extinguished in the primary gas loop. Thereafter, a heat transfer takes place in a heat exchanger to a secondary inert gas. The secondary gas in turn can then be used for pre-drying and preheating coal. This is heated by a heat exchanger by indirect heat exchange with the primary gas.
Bei der Löschung des heißen Kokses mit einem inerten Gas und der Vorerhitzung der Kohle ergibt sich das Problem, dass der Wärmetausch effizient sein muss, um eine annehmbare Aufheizrate der Kohle zu erzielen. Die Gasströmungsgeschwindigkeit in dem primären Gaskreislauf ist bedingt durch das im Verhältnis zur Koksmenge große Gasvolumen hoch, und die Aufheizrate der Kohle bedingt durch die langsame Aufheizgeschwindigkeit der Kohle im zweiten Gaskreislauf niedrig, während gleichzeitig durch die hohe Gasgeschwindigkeit im ersten Gaskreislauf eine nur mäßige Wärmeübertragungsrate im Wärmetauscher möglich ist. Dadurch wird fortwährend nach Möglichkeiten gesucht, die Wärmeübertragung bei der Trockenlöschung von Koks auf die einzusetzende Kohle zu verbessern.The deletion of the hot coke with an inert gas and the preheating of the coal raises the problem that the heat exchange must be efficient in order to achieve an acceptable coal heating rate. The gas flow rate in the primary gas cycle is high due to the large volume of gas in relation to the coke, and the rate of heating of the coal due to the slow heating rate of the coal in the second gas cycle low, while at the same time by the high gas velocity in the first gas cycle only a moderate heat transfer rate in the heat exchanger is possible. This is constantly looking for ways to improve the heat transfer in the dry quenching of coke on the coal to be used.
Eine Möglichkeit zur Verbesserung der Wärmeübertragung bei dem genannten Verfahren besteht darin, Wasserdampf als Wärmeüberträger für die Trockenlöschung von Koks zu verwenden. Dies bietet sich an, da Wasserdampf große Wärmemengen transportieren kann und eine im Vergleich zu anderen Gasen hohe spezifische Wärmekapazität besitzt. Diese beträgt näherungsweise cp = 2,07 kJ * kg-1 * K-1 (400 °C) und ist wesentlich höher als beispielsweise Stickstoff (cp = 1,038 kJ * kg-1 * K-1) oder Kohlendioxid (cp = 1,043 kJ * kg-1 * K-1). Dadurch ist die Effizienz bei der Wärmeübertragung von zu löschendem Koks zu vorzuerhitzender Kohle entsprechend hoch. Zusätzlich besteht bei der Verwendung von Wasserdampf als Wärmeübertragungsmedium die Möglichkeit, den Wasserdampf direkt aus Wasser zu erzeugen, wenn keine geeignete Wasserdampfquelle zur Verfügung steht.One way to improve the heat transfer in the said method is to use water vapor as a heat transfer agent for the dry quenching of coke. This is useful because water vapor can carry large amounts of heat and has a high specific heat capacity compared to other gases. This is approximately c p = 2.07 kJ * kg -1 * K -1 (400 ° C) and is significantly higher than, for example, nitrogen (c p = 1.038 kJ * kg -1 * K -1 ) or carbon dioxide (c p = 1.043 kJ * kg -1 * K -1 ). As a result, the heat transfer efficiency of coke to be quenched to preheat coal is correspondingly high. In addition, when steam is used as the heat transfer medium, it is possible to generate the water vapor directly from water when no suitable source of water vapor is available.
Es besteht deshalb die Aufgabe, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches heißen Koks aus einer Koksofenbank oder Koksofenbatterie mit einem inerten Gas durch ein Trockenlöschverfahren auf eine niedrigere Temperatur herunterkühlt, dann das so erhitzte inerte Gas durch indirekten Wärmetausch zur Erhitzung von Wasserdampf nutzt, und den so erhitzten Wasserdampf zur Erhitzung und Trocknung von Kohle zum Einsatz als Ausgangskohle in dem Koksofen zur Erzeugung von Koks nutzt. Gleichzeitig soll es möglich sein, mit dem erhitzten inerten Gas durch indirekten Wärmeaustausch Luft vorzuwärmen, welche anschließend den Verbrennungskammern eines Koksofens vom Typ „Heat-Recovery“ zugeführt wird. Koksöfen vom Typ „Heat-Recovery“ besitzen häufig keine Luftvorwärmvorrichtungen und besitzen deshalb häufig Verkokungszeiten von mehr als 50 h.It is therefore an object to provide a method which cools hot coke from a coke oven bank or coke oven battery with an inert gas by a dry extinguishing method to a lower temperature, then uses the thus heated inert gas by indirect heat exchange for heating water vapor, and uses the thus heated water vapor for heating and drying coal for use as a starting coal in the coke oven to produce coke. At the same time it should be possible to preheat the heated inert gas by indirect heat exchange air, which is then fed to the combustion chambers of a coke oven of the "heat recovery" type. Coke ovens of the "heat recovery" type often have no air preheating devices and therefore often have coking times of more than 50 hours.
Die vorliegende Erfindung mit dem vorliegenden Hauptverfahrensanspruch löst diese Aufgabe durch ein Verfahren zur verbesserten Vortrocknung von Kohle durch Wärmetausch mit dem Kühlgas einer Kokstrockenkühlanlage, wobei eine heiße, glühende Kokscharge in eine Kokslöschvorrichtung gegeben wird, welche an einen primären Kühlkreislauf angeschlossen ist, in welcher der Koks mit einem inerten Gas durchströmt wird, und dadurch auf eine niedrigere Temperatur heruntergekühlt wird, und das inerte Kühlgas in einem Wärmetauscher die fühlbare Wärme durch indirekten Wärmetausch an Wasserdampf in einem zweiten, sekundären Gaskreislauf abgibt, so dass in diesem sekundären Gaskreislauf Kohle, welche zur Verkokung vorgesehen ist, mit dem Wasserdampf als sekundärem inerten Gas vorgetrocknet und erhitzt wird, und die auf diese Weise vorerhitzte und getrocknete Kohle in eine für einen Verkokungszyklus vorgesehene Koksofenkammer gegeben werden kann, und dort in einem Verkokungszyklus unter Einleitung von Luft zu Koks verkokt wird. Bei diesem Vorgang wird die Kohle direkt mit Wasserdampf auf Temperaturen von über 100°C erhitzt. Mit diesem Verfahren ist auch eine Vorerhitzung von Verbrennungsluft möglich.The present invention with the present main method claim solves this object by a method for improved predrying of coal by heat exchange with the cooling gas of a Kokstrockenkühlanlage, wherein a hot, incandescent coke charge is placed in a coke quenching device, which is connected to a primary cooling circuit, in which the coke is traversed by an inert gas, and is thereby cooled down to a lower temperature, and the inert refrigerant gas in a heat exchanger, the sensible heat by indirect heat exchange to water vapor in a second, secondary gas circuit outputs, so that in this secondary gas cycle coal, which for coking is provided, with the water vapor as a secondary inert gas is pre-dried and heated, and the thus preheated and dried coal can be placed in a provided for a coking cycle coke oven chamber, where it is coked in a coking cycle with introduction of air to coke. In this process, the coal is heated directly with steam to temperatures above 100 ° C. With this method, a preheating of combustion air is possible.
Das Verfahren kann dahingehend modifiziert werden, dass der Wärmetauscher dazu genutzt wird, Wasser zu verdampfen, und auf diese Weise Wasserdampf zu erzeugen, wenn keine geeignete Wasserdampfquelle zur Verfügung steht. Der so erzeugte Wasserdampf lässt sich durch das Verfahren ausreichend hoch erhitzen, so dass eine ausreichende Vortrocknung und Erhitzung der Einsatzkohle noch möglich ist. Eine weitere Erhitzung kann in diesem Fall auch, falls dies erforderlich ist, durch einen Dampfüberhitzer vorgenommen werden, so dass eine ausreichende Vorerhitzung der Einsatzkohle ohne Weiteres möglich ist. Der Dampf muss zur Ausführung der vorliegenden Erfindung eine genügend hohe Temperatur besitzen, damit die Kohle nicht in feuchtem Zustand zur Verkokung gegeben werden muss.The method may be modified to use the heat exchanger to evaporate water and thus generate water vapor when no suitable steam source is available. The water vapor thus produced can be heated sufficiently high by the method, so that a sufficient pre-drying and heating of the feed coal is still possible. In this case, further heating can also be carried out, if necessary, by means of a steam superheater, so that sufficient preheating of the feed coal is readily possible. The steam must be sufficiently high in temperature to practice the present invention so that the coal does not have to be coked in a wet state.
Zur Vorerhitzung der Kohle ist es von großem Vorteil, diese in eine Durchströmvorrichtung zu geben, in welcher die Kohle von dem heißen Wasserdampf ohne größeren Strömungswiderstand durchströmt wird, und welche gleichzeitig dafür sorgt, dass die Kohle von möglichst allen Seiten von dem heißen Wasserdampf durchströmt wird, ohne dass es zu einer Kondensation von Wasser kommt. Eine Kondensation von Wasser bei der Vorerhitzung von Kohle ist unerwünscht, da die Kohle nicht in feuchtem Zustand in die Koksofenkammer gegeben werden kann, ohne die erwünschte Energieeinsparung zunichte zu machen. Es hat sich in der vorliegenden Erfindung als sehr vorteilhaft erwiesen, hierzu eine Drehtrommel zu nutzen, welche Dampfdurchlassöffnungen besitzt, die eine kleinere Öffnungsquerschnittsfläche besitzen als die Stückgröße einer Kohle, welche üblicherweise zur Verkokung wiedereingesetzt wird. Dadurch kann die Kohle mit einer sehr guten Aufheizrate durch den heißen Wasserdampf vorerhitzt werden.For preheating the coal, it is of great advantage to give them in a flow-through, in which the coal is flowed through by the hot water vapor without greater flow resistance, and which at the same time ensures that the coal is flowed through from all sides of the hot water vapor without condensation of water. Condensation of water during the preheating of coal is undesirable because the coal can not be put into the coke oven chamber in a wet state without negating the desired energy saving. It has proved to be very advantageous in the present invention, for this purpose, to use a rotary drum which has steam passage openings which have a smaller opening cross-sectional area than the piece size of a coal, which is usually reused for coking. As a result, the coal can be preheated by the hot steam with a very good heating rate.
Es hat sich zur Ausführung der vorliegenden Erfindung weiterhin als vorteilhaft erwiesen, eine Flugstromeinrichtung zur Vorerhitzung der Kohle zu nutzen, falls eine sehr feinteilige oder gemahlene Kohle zum Einsatz kommt. Dadurch ist es möglich, zur Ausführung der Erfindung auch eine feinteilige Kohle zur Vorerhitzung zu nutzen.It has also proved to be advantageous for carrying out the present invention to use a fly-power device for preheating the coal if a very finely divided or ground coal is used. This makes it possible to use for the execution of the invention, a finely divided coal for preheating.
Beansprucht wird insbesondere ein Verfahren zur verbesserten Vortrocknung von Kohle und Vorwärmung von Luft durch Wärmetausch mit dem Kühlgas einer Kokstrockenkühlanlage, wobei
- • ein Koksofen, welcher zur zyklischen Verkokung von Kohle geeignet ist, nach der Durchführung eines Verkokungszyklusses entladen wird, so dass man eine hei-ße, glühende Kokscharge erhält, und
- • die heiße, glühende Kokscharge in eine Kokslöschvorrichtung gegeben wird, welche an einen primären Kühlkreislauf angeschlossen ist, in welcher der Koks mit einem inerten Gas durchströmt wird, und dadurch auf eine niedrigere Temperatur heruntergekühlt wird, und
- • das inerte Kühlgas durch einen Wärmetauscher strömt, in welchem dieses die fühlbare Wärme durch indirekten Wärmetausch an ein weiteres sekundäres, inertes Gas in einem zweiten, sekundären Gaskreislauf abgibt, und in diesem sekundären Gaskreislauf Kohle, welche zur Verkokung vorgesehen ist, mit dem sekundären inerten Gas vorgetrocknet und erhitzt wird, und
- • die auf diese Weise vorerhitzte und getrocknete Kohle in eine für einen Verkokungszyklus vorgesehene Koksofenkammer gegeben wird, und dort in einem Verkokungszyklus zu Koks verkokt wird, und
- • als sekundäres, inertes Gas in dem zweiten, sekundären Gaskreislauf Wasserdampf verwendet wird, durch welchen die Kohle auf eine Temperatur von über 100°C erhitzt wird
- • der Wasserdampf zur Erhitzung der Kohle einen Druck von 0,5 bar bis 0,9 bar besitzt.
- A coke oven capable of cyclically coking coal is discharged after a coking cycle has been carried out to obtain a hot, glowing coke charge, and
- • The hot, glowing coke charge is placed in a coke quenching device, which is connected to a primary cooling circuit, in which the coke is flowed through with an inert gas, and thereby cooled down to a lower temperature, and
- • The inert cooling gas flows through a heat exchanger in which this emits the sensible heat by indirect heat exchange to another secondary, inert gas in a second, secondary gas circulation, and in this secondary gas cycle coal, which is intended for coking, with the secondary inert Gas is pre-dried and heated, and
- The coal thus preheated and dried is placed in a coke oven chamber intended for a coking cycle where it is coked into coke in a coking cycle, and
- As a secondary, inert gas in the second, secondary gas cycle water vapor is used, through which the coal is heated to a temperature of about 100 ° C.
- • The steam for heating the coal has a pressure of 0.5 bar to 0.9 bar.
Als geeignete Temperatur ist dabei eine Temperatur von über 100°C anzusehen, da bei dieser Temperatur der Wasserdampf nicht an der Kohle kondensiert, und diese Temperatur bereits eine deutliche Energieeinsparung bei der Verkokung erbringt. Diese Temperatur stellt allerdings eine Untergrenze dar, da höhere Temperaturen eine wesentlich höhere Energieersparnis erbringen, und eine Erhitzung auf eine Temperatur unter 100°C aufgrund von Kondensationserscheinungen des Wasserdampfes nicht zur Verkokung von Kohle geeignet ist. Die Temperatur der Kohle wird durch Temperaturmessfühler in der Trocknungseinheit bestimmt. Zur Ausführung der folgenden Erfindung hat sich eine Temperatur der vorerhitzten und getrockneten Kohle von 120°C bis 250°C als sehr geeignet erwiesen.A suitable temperature is to be regarded as a temperature of more than 100 ° C., since at this temperature the steam does not condense on the coal, and this temperature already provides a significant energy saving during coking. However, this temperature is a lower limit, since higher temperatures provide a much higher energy savings, and heating to a temperature below 100 ° C due to condensation phenomena of water vapor is not suitable for coking coal. The temperature of the coal is determined by temperature sensors in the drying unit. For carrying out the following invention, a temperature of the preheated and dried coal of 120 ° C to 250 ° C has been found to be very suitable.
Geht man von einer Koksofenanlage des Typs „Heat-Recovery“ aus, so muss eine erhebliche Energie dazu aufgewendet werden, um eine Vorwärmung der eingesaugten Verbrennungsluft von Umgebungstemperatur auf eine Verbrennungstemperatur von näherungsweise 1150°C durchzuführen. In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Wärme in dem sekundären Gaskreislauf deshalb an die Verbrennungsluft übertragen, welche dadurch auf Temperaturen größer 100°C vorgewärmt und anschließend im vorgewärmten Zustand zur Verbrennung der Rohgase an beliebiger Stelle in den Koksofen geleitet wird. Die Luftvorwärmung kann beispielsweise in einem Luftvorwärmer erfolgen, der im Gegenstrom-, Kreuzstrom-, oder Gleichstrombetrieb operiert. Es kann auch eine Kombination aus mehreren Teilverfahren zum Einsatz kommen.Assuming a coke oven plant of the "heat recovery" type, considerable energy must be expended to preheat the intake combustion air from ambient to a combustion temperature of approximately 1150 ° C. In one embodiment of the invention, therefore, the heat in the secondary gas cycle is applied to the Transfer combustion air, which is thereby preheated to temperatures greater than 100 ° C and then passed in the preheated state for combustion of the raw gases at any point in the coke oven. The air preheating may for example be done in an air preheater operating in countercurrent, crossflow, or DC operation. It can also be a combination of several sub-procedures are used.
Der primäre Gaskreislauf ist zur Ausführung der Erfindung geschlossen, was bedeutet, dass dieser den Koks während des Löschvorgangs geschlossen hält. Das primäre Gas zum Löschen kann beispielhaft aus einem Vorlagebehälter entnommen werden, und beliebig weiterverwendet werden. Dieses kann auch im Kreis geführt werden. Bei dem primären inerten Gas zum Trockenlöschen des Kokses kann es sich um Stickstoff, Kohlendioxid, Hochofengichtgas, Koksofengas, oder ein Edelgas handeln. Diese Gase stellen nur Beispiele dar. Bei dem inerten Gas kann es sich auch um Wasserdampf handeln, insofern dieser nicht bei Temperaturen von über 800°C eingesetzt wird. Die genannten Gase können auch im Gemisch eingesetzt werden. Der primäre Gaskreislauf kann an jeder Stelle Gebläse oder Kompressoren enthalten. Auch eine Rekuperation im primären Gaskreislauf ist möglich.The primary gas loop is closed to practice the invention, meaning that it keeps the coke closed during the extinguishing process. The primary gas for extinguishing can be taken for example from a storage container, and used as desired. This can also be done in a circle. The primary inert gas for dry extinguishing the coke may be nitrogen, carbon dioxide, blast furnace gas, coke oven gas, or a noble gas. These gases are only examples. The inert gas may also be steam, provided that it is not used at temperatures above 800 ° C. The gases mentioned can also be used in a mixture. The primary gas cycle can contain blowers or compressors at any point. Recuperation in the primary gas cycle is also possible.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Kohle in einer Drehtrommel mit dem Wasserdampf vorerhitzt. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn eine relativ grobstückige Kohle zum Einsatz kommt, die innerhalb einer kurzen Zeit auf eine zur Verkokung geeignete Temperatur erhitzt werden muss. Ein Verfahren zur Erhitzung von Kohle mit Festkörpern, in dem auch eine Drehtrommel zum Einsatz kommt, beschreibt die
In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Kohle zur Vorerhitzung vorgemahlen, und in einem Flugstromerhitzer mit dem Wasserdampf vorerhitzt. Selbstverständlich kann auf den Vormahlschritt verzichtet werden, wenn die Kohle bereits in zerkleinerter Form im Handel erhältlich ist, so dass die Flugstromerhitzung und Trocknung ohne Vorbehandlung durchgeführt werden kann. Die Korngröße der Kohle zur Flugstromerhitzung kann letztlich beliebig sein, solange diese zur Flugstromerhitzung geeignet ist. Ein geeignetes Verfahren zur Flugstromerhitzung von Kohle gibt die
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die Kohle in einem Fließbetttrockner mit dem Wasserdampf vorerhitzt. Der Fließbetttrockner besteht typischerweise aus einem Rost, welcher mit Durchlassöffnungen für den heißen Dampf versehen ist. Die Durchlassöffnungen des Rostes in dem Fließbetttrockner haben dann eine Öffnungsquerschnittsfläche, welche kleiner ist, als die kleinste Korngröße der vorzuerhitzenden Kohle. Wird eine größere Querschnittsfläche der Dampfdurchlassöffnungen gewählt, als die kleinste Korngröße der Kornfraktionen der eingesetzten vorzutrocknenden Kohle ist, so ist mit einem Kohleverlust zu rechnen in der Mengenordnung der Kohle, die durch das Fließbett fällt. Ein Verfahren zur Fließbetterhitzung von Kohle gibt die
Der Wasserdampf muss zur Ausführung der Erfindung eine genügend hohe Temperatur besitzen, um Kondensationserscheinungen im sekundären Gaskreislauf zu vermeiden. In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt der Wasserdampf zur Erhitzung der Kohle eine Temperatur von 120°C bis 900°C. Niedrigere Temperaturen sind abhängig von der eingesetzten Vorrichtung meist ungeeignet, da diese zu Kondensationserscheinungen führen. Höhere Temperaturen sind jedoch jederzeit möglich, solange die eingesetzten Materialien ausreichend widerstandsfähig sind.The steam must for carrying out the invention have a sufficiently high temperature in order to avoid condensation phenomena in the secondary gas cycle. In a preferred embodiment, the steam for heating the coal has a temperature of 120 ° C to 900 ° C. Lower temperatures are usually unsuitable depending on the device used, since these lead to condensation phenomena. However, higher temperatures are possible at any time as long as the materials used are sufficiently resistant.
Der Wasserdampf zur Erhitzung der Kohle kann bei Atmosphärendruck oder auch bei erhöhtem Druck eingesetzt werden, wie er typischerweise bei der Erzeugung von Wasserdampf anfällt. Höhere Drücke sind in der Regel unerwünscht, da sie nicht den erwünschten Trocknungseffekt der Kohle herbeiführen. Eine Anwendung von höheren Drücken ist im Rahmen der Erfindung prinzipiell möglich. Es ist jedoch ebenso möglich, eine Vortrocknung und Vorerhitzung der Kohle bei einem verringerten Druck auszuführen. Dabei ist ein etwas höherer Anlagenaufwand zur Druckverringerung beispielsweise durch Vakuumpumpen erforderlich. In einer Ausführungsform der Erfindung besitzt der Dampf zum Trocknen einen verringerten Druck von 0,5 bar bis 0,9 bar gegenüber 1,013 bar Atmosphärendruck. Dies ist insbesondere bei der Verwendung von feuchter Einsatzkohle von Vorteil, da sich durch die Anwendung von Unterdruck eine schnellere Trocknung erreichen lässt.The steam for heating the coal can be used at atmospheric pressure or at elevated pressure, as typically occurs in the production of water vapor. Higher pressures are usually undesirable because they do not produce the desired drying effect of the coal. An application of higher pressures is possible in principle within the scope of the invention. However, it is also possible to carry out predrying and preheating of the coal at a reduced pressure. In this case, a slightly higher investment costs for pressure reduction, for example by vacuum pumps is required. In one embodiment of the invention, the drying steam has a reduced pressure of 0.5 bar to 0.9 bar versus 1.013 bar atmospheric pressure. This is particularly advantageous when using moist coal feed, as can be achieved by the application of negative pressure faster drying.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Wasserdampf, welcher zum Erhitzen der Kohle genutzt wird, wenigstens teilweise in einem Wasserkessel durch Erhitzen über indirekten Wärmetausch mit dem primären Gaskreislauf gewonnen. Diese Ausführungsform bietet sich insbesondere dann an, wenn kein Anlageteil zur Erzeugung von Wasserdampf zur Verfügung steht. Wird der Wasserdampf durch Wärmetausch mit dem primären Gaskreislauf gewonnen, so muss dieser eine ausreichende Temperatur für die Kohleerhitzung besitzen. Dies hängt auch von der Kapazität des Wärmetauschers und somit von der Dimensionierung des primären Gaskreislaufs ab. Wird die zur Kohlevortrocknung erforderliche Temperatur des Wasserdampfes nicht erreicht, so muss ein Zwischenüberhitzer für den Dampf vor dem Kohlevorerhitzungsbehälter zwischengeschaltet werden. Dieser kann beliebig geheizt und betrieben werden.In another embodiment of the invention, the water vapor used to heat the coal is at least partially recovered in a kettle by heating via indirect heat exchange with the primary gas loop. This embodiment is particularly suitable when no system part is available for generating steam. If the steam is recovered by heat exchange with the primary gas cycle, it must have a sufficient temperature for the coal heating. This also depends on the capacity of the heat exchanger and thus on the dimensioning of the primary gas cycle. If the temperature of the water vapor required for coal pre-drying is not reached, then a reheater for the steam must be used before the Coal preheating tank to be interposed. This can be heated and operated as desired.
Die erfindungsgemäß vorgewärmte Kohle kann aus dem Kohlevorerhitzungsbehälter direkt in die vorgesehene Koksofenkammer gegeben werden. In der Regel ist eine Lagerung der vorerhitzten Kohle sinnvoll, so dass zur Ausführung der Erfindung jederzeit ein beheizter Kohlelagerbehälter verwendet werden kann. Die vorerhitzte Kohle kann direkt weiterverwendet werden, wird jedoch bevorzugt in einem Heißkohlebunker vor dem Einsatz zwischengelagert. Dieser Heißkohlebunker ist thermisch isoliert und beheizt. Die erhitzte Kohle kann kontinuierlich oder diskontinuierlich zur Verkokung abgezogen werden. In einer geeigneten Ausführungsform erfolgt die Weiterverwendung durch Transportleitungen, wie dies beispielhaft in der
Die Kokslöschvorrichtung, welche als Kokslöschbehälter oder Kokslöschschacht geartet ist und als Kokskühleinrichtung genutzt wird, wird in einer Ausführungsart der Erfindung kontinuierlich befüllt. Es ist jedoch auch möglich, diese chargenweise im diskontinuierlichen Chargierbetrieb zu befüllen.The coke quenching apparatus, which is a coke quenching or coke quenching chute and used as a coke cooling device, is continuously filled in one embodiment of the invention. However, it is also possible to fill these batchwise in batch charging operation.
Der primäre und der sekundäre Gaskreislauf können an jeder Stelle Entstaubungseinrichtungen enthalten. Dies sind in einer bevorzugten Ausführungsform Staubabscheiderzyklone oder Filter. Das primäre Gas wird bevorzugt ausschließlich zum Erhitzen des sekundären Gases, also des Wasserdampfes genutzt, kann aber seine Wärme an beliebige weitere Prozesse abgeben. Der Wärmetausch zwischen primärem und sekundärem Gas kann im Gegenstrom, in Kreuzführung oder auch in Parallelführung erfolgen. Die Erhitzung der Kohle kann einstufig oder auch mehrstufig, beispielsweise zuerst zur Trocknung und dann zur Vorerhitzung zur Verkokung, durchgeführt werden. Dabei können in allen Stufen eine Drehtrommel, eine Flugstromtrocknung, oder eine Fließbetttrocknung zum Einsatz kommen, oder auch in Kombination.The primary and secondary gas circuits may contain dedusting facilities at each location. These are in a preferred embodiment Staubabscheiderzyklone or filter. The primary gas is preferably used exclusively for heating the secondary gas, ie the water vapor, but can deliver its heat to any other processes. The heat exchange between primary and secondary gas can take place in counterflow, in cross guide or in parallel guidance. The heating of the coal can be carried out in one or more stages, for example first for drying and then for pre-heating for coking. It can be used in all stages a rotary drum, a flow stream drying, or a fluidized bed drying, or in combination.
Als Kohlen, welche als Einsatzkohle zur Verkokung und Vorerhitzung oder Vortrocknung dienen, kommen alle Kohlensorten in Betracht, die sich zur Verkokung eignen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann dazu genutzt werden, beispielhaft Hochofenkoks zur Reduktion von Eisenerz, Gießereikoks oder Elektrodenkoks herzustellen.As coal, which serve as coal for coking and preheating or predrying, all types of carbon come into consideration, which are suitable for coking. The inventive method can be used to exemplify blast furnace coke for the reduction of iron ore, foundry coke or electrode coke.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner bei allen verfügbaren Koksöfen eingesetzt werden. Dies können Koksöfen des Typs „Non-Recovery“ oder „Heat-Recovery“ sein, bei denen das Verkokungsgas durch stufenweise Verbrennung zur Beheizung verwendet wird. Dies können aber auch konventionelle Koksöfen sein, die das Verkokungsgas zur weiteren Verarbeitung auffangen. Die für das erfindungsgemäße Verfahren in Frage kommenden Koksöfen sind bevorzugt mit einer Einrichtung zur Vorwärmung der Luft ausgestattet. Dies können „Regeneratoren“ mit einem Gasaustausch oder „Rekuperatoren“ ohne direkten Gasaustausch sein. Es ist erfindungsgemäß auch möglich, im Anschluss an die Wärmeübertragung an die vorzuwärmende Kohle eine Übertragung von Restwärme an die Verbrennungsluft vorzunehmen. Hierzu kann ein in Strömungsrichtung nachgeschalteter Wärmetauscher beliebigen Typs genutzt werden. Hierzu kommt beispielsweise eine Wärmeübertragung nach dem kombinierten Gleichstrom- / Gegenstromprinzip zur Anwendung. Die Verbrennungsluft wird im Anschluss an die Vorwärmung der Kohle vorteilhaft über ein Gebläse zu den Koksöfen geleitet und in die Verbrennungskammern zur Verbrennung der Rohgase eingespeist.The method according to the invention can furthermore be used in all available coke ovens. These may be coke ovens of the "non-recovery" or "heat-recovery" type, in which the coking gas is used for heating by staged combustion. However, these can also be conventional coke ovens, which collect the coking gas for further processing. The coke ovens suitable for the process according to the invention are preferably equipped with a device for preheating the air. These can be "regenerators" with a gas exchange or "recuperators" without direct gas exchange. It is also possible according to the invention to carry out a transfer of residual heat to the combustion air following the heat transfer to the preheated coal. For this purpose, downstream of the flow in the heat exchanger of any type can be used. For this example, a heat transfer according to the combined DC / countercurrent principle is used. After the preheating of the coal, the combustion air is advantageously conducted via a blower to the coke ovens and fed into the combustion chambers for the combustion of the raw gases.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt, um Hochofenkoks zur Herstellung von Roheisen zu erzeugen. Hierzu sind mittlere Verkokungstemperaturen von mehr als 1200 °C sowie Verkokungszeiten von 72 Stunden (h) oder weniger erforderlich. Bei der Herunterkühlung des heißen Kokses wird die dafür vorgesehene Kühlkammer je nach Anzahl der Koksofenkammern mindestens einmal pro Stunde mit Heißkoks befüllt. Der Koks wird nach der Verkokung mit einer Temperatur von 950 bis 1150°C erhalten und auf eine Temperatur von 200 °C gekühlt. Dabei erhält man eine nutzbare Prozesswärme von ca. 150 GJ/h bis 160 GJ/h (ca. 43 MW). Die Kühlkammer befindet sich in der Regel im Vergleich zur Umgebung im Überdruck.In one embodiment of the method, the inventive method is used to produce blast furnace coke for the production of pig iron. This requires average coking temperatures of more than 1200 ° C and coking times of 72 hours (h) or less. When cooling down the hot coke, the designated cooling chamber is filled with hot coke at least once per hour, depending on the number of coke oven chambers. The coke is obtained after coking at a temperature of 950 to 1150 ° C and cooled to a temperature of 200 ° C. This gives a usable process heat of about 150 GJ / h to 160 GJ / h (about 43 MW). The cooling chamber is usually in excess of the ambient pressure.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt, um Gießerei- oder Elektrodenkoks zu erzeugen. Hierzu sind mittlere Verkokungstemperaturen von weniger als 1200 °C sowie Verkokungszeiten von 72 h oder mehr erforderlich. Bei der Herunterkühlung des heißen Kokses wird die dafür vorgesehene Kühlkammer ebenfalls je nach Anzahl der Koksofenkammern mindestens einmal pro Stunde mit Heißkoks befüllt. Gleichzeitig ist diese Verfahrensvariante durch eine Koksendtemperatur von weniger als 950 °C gekennzeichnet und der Koks wird durch die Trockenkühlung auf eine Temperatur von 200 °C gekühlt. Auch bei dieser Ausführungsform erhält man eine nutzbare Prozesswärme von ca. 150 GJ/h bis 160 GJ/h (ca. 43 MW). Die Kühlkammer befindet sich in der Regel im Vergleich zur Umgebung im Überdruck.In a further embodiment of the method, the method according to the invention is used to produce foundry or electrode coke. This requires average coking temperatures of less than 1200 ° C and coking times of 72 hours or more. When cooling down the hot coke, the designated cooling chamber is also filled depending on the number of coke oven chambers at least once per hour with hot coke. At the same time, this process variant is characterized by a Koksendtemperatur of less than 950 ° C and the coke is cooled by the dry cooling to a temperature of 200 ° C. Also in this embodiment, a usable process heat of about 150 GJ / h to 160 GJ / h (about 43 MW) is obtained. The cooling chamber is usually in excess of the ambient pressure.
Die hierbei gewonnene Wärme kann auf verschiedene Art weiterverwendet werden. In einer Ausführungsform wird ein Teil der der gesamten Wärme von 150 GJ/h bis 160 GJ/h (43 MW) dazu verwendet, die Kohle von Umgebungstemperatur auf eine Temperatur von 240 °C bis 260 °C vorzuwärmen. Dies entspricht einer Wärmemenge in Höhe von 80 GJ/h bis 90 GJ/h (ca. 25 MW). Die restliche Wärme von 18 MW wird dazu genutzt, die Verbrennungsluft in einem „Heat-Recovery“-Koksofen auf ein Temperaturniveau von 140 °C bis 160 °C anzuheben. Durch diese Verfahrensvariante reduziert sich die erforderliche Zeit, die für die vollständige Verkokung der Kohlecharge als Nettogarungszeit erforderlich ist, von einem Ausgangswert von 100 % auf etwa 30 % bis 40 % der Verkokungsdauer. Dies entspricht bei Koksöfen des Typs „Heat-Recovery“ einer Zurückführung der Nettogarungszeit auf eine Gesamtdauer von weniger als 30 h. The heat gained here can be used in various ways. In one embodiment, a portion of the total heat from 150 GJ / h to 160 GJ / h (43 MW) is used to preheat the coal from ambient to a temperature of 240 ° C to 260 ° C. This corresponds to a heat quantity of 80 GJ / h to 90 GJ / h (about 25 MW). The remaining heat of 18 MW is used to raise the combustion air in a "Heat Recovery" coke oven to a temperature level of 140 ° C to 160 ° C. This variant of the process reduces the time required for the complete coking of the coal charge to be a net time to cook, from a baseline of 100% to about 30% to 40% of the coking time. For coke ovens of the "heat recovery" type, this corresponds to a reduction of the net cooking time to a total duration of less than 30 h.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Teil der der gesamten Wärme von 150 GJ/h bis 160 GJ/h dazu verwendet, die Kohle von Umgebungstemperatur auf ein Temperaturintervall von 100 °C bis 130 °C vorzuwärmen. Gleichzeitig wird die Verbrennungsluft auf Temperaturen von etwa 230 °C bis 240 °C vorgewärmt. Durch diese Verfahrensvariante reduziert sich die Nettogarungszeit, die für die vollständige Pyrolyse der Kohlecharge erforderlich ist, von einem Ausgangswert von 100 % auf etwa 55 % bis 65 % der Verkokungsdauer. Dies entspricht bei Koksöfen des Typs „Heat-Recovery“ einer Zurückführung der Nettogarungszeit auf eine Gesamtdauer von weniger als 40 h.In a further embodiment of the process according to the invention, a part of the total heat of 150 GJ / h to 160 GJ / h is used to preheat the coal from ambient temperature to a temperature interval of 100 ° C to 130 ° C. At the same time the combustion air is preheated to temperatures of about 230 ° C to 240 ° C. This process variant reduces the net time required for the complete pyrolysis of the coal charge from a baseline of 100% to about 55% to 65% of the coking time. For coke ovens of the "Heat Recovery" type, this corresponds to a reduction of the net cooking time to a total duration of less than 40 hours.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Teil der gesamten Wärme von 150 GJ/h bis 160 GJ/h ausschließlich zur Vorwärmung der Verbrennungsluft verwendet, wobei sich eine Luftvorwärmtemperatur von 310 °C bis 330 °C einstellt. Durch diese Verfahrensvariante reduziert sich die Nettogarungszeit, die für die vollständige Pyrolyse der Kohlecharge erforderlich ist, von einem Ausgangswert von 100 % auf ca. 85 % bis 95 % der Verkokungsdauer. Dies entspricht bei Koksöfen des Typs „Heat-Recovery“ einer Zurückführung der Nettogarungszeit auf eine Gesamtdauer von weniger als 50 h.In a further embodiment of the method according to the invention, a part of the total heat of 150 GJ / h to 160 GJ / h is used exclusively for preheating the combustion air, wherein an air preheating temperature of 310 ° C to 330 ° C is established. This process variant reduces the net fermentation time required for complete pyrolysis of the coal charge from a baseline of 100% to about 85% to 95% of the coking time. For coke ovens of the "Heat Recovery" type, this corresponds to a reduction of the net cooking time to a total duration of less than 50 hours.
Beansprucht wird auch eine Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Beansprucht wird insbesondere eine Vorrichtung zur verbesserten Vortrocknung von Kohle durch Wärmetausch mit dem Kühlgas einer Kokstrockenkühlanlage mit dem genannten Verfahren, die Vorrichtung umfassend
- • eine Koksofenbank oder Koksofenbatterie, welche aus einer Aneinanderreihung von Koksöfen zur zyklischen Verkokung von Kohle besteht, und die mit den dazu notwendigen Begleiteinrichtungen zur Ausführung der zyklischen Verkokung ausgestattet ist,
- • eine Kokskühleinrichtung, welche die Kokscharge aus mindestens einem Verkokungszyklus aufzunehmen vermag, und welche mit einer Abzugseinrichtung zur Entnahme des inerten Kokslöschgases ausgestattet ist, welche in einen
- • einen sekundären Gaskreislauf, welcher durch den Wärmetauscher über indirekten Wärmetausch mit dem primären Gaskreislauf erhitzt wird, und welcher mit einem Kohlebehälter zum Erhitzen der zur Verkokung vorgesehenen Einsatzkohle ausgestattet ist, wobei der Kohlebehälter nicht in oder an dem Wärmetauscher zur Erhitzung des sekundären Gaskreislaufes installiert ist,
- • einen Kohlebehälter zum Erhitzen der zur Verkokung vorgesehenen Einsatzkohle, welcher mit mindestens einem Gaseinlassstutzen und einem Gasauslassstutzen zur Durchströmung mit dem Gas aus dem sekundären Gaskreislauf ausgestattet ist,
- • es sich bei dem Kohlebehälter um eine Kohlelagervorrichtung handelt, welche mit Einlassöffnungen zur Durchströmung mit dem heissen sekundären Gas ausgestattet ist, und mit mindestens je einem Einlassstutzen und einem Auslassstutzen für das heiße Gas ausgestattet ist, wobei
- • als heißes sekundäres Gas Wasserdampf zum Einsatz kommt, und der Kohlebehälter und der Sekundärkreislauf beständig gegen Wasserdampf ausgelegt sind
- • der sekundäre Gaskreislauf derart ausgebildet ist, zum Erhitzen der Einsatzkohle einen Druck des Wasserdampfs zwischen 0,5
bar und 0,9 bar zu setzen, und - • die Vorrichtung Vakuumpumpen aufweist.
- • a coke oven bank or coke oven battery, consisting of a series of coke ovens for the cyclical coking of coal, and equipped with the requisite accompanying equipment to carry out the cyclical coking,
- A Kokskühleinrichtung, which is capable of receiving the Kokscharge from at least one coking cycle, and which is equipped with a trigger device for removing the inert coke extinguishing gas, which in a
- A secondary gas loop which is heated by the heat exchanger via indirect heat exchange with the primary gas loop and which is equipped with a coal container for heating the coking coal intended for coking, wherein the carbon container is not installed in or on the heat exchanger for heating the secondary gas cycle .
- A coal container for heating the charge coal intended for coking, which is equipped with at least one gas inlet nozzle and a gas outlet nozzle for the flow through with the gas from the secondary gas circuit,
- It is the coal container is a carbon storage device, which is equipped with inlet openings for the passage of the hot secondary gas, and is equipped with at least one inlet port and a discharge port for the hot gas, wherein
- • Steam is used as a hot secondary gas, and the coal tank and secondary circuit are resistant to water vapor
- The secondary gas circulation is designed to set a pressure of the steam between 0.5 bar and 0.9 bar for heating the feed coal, and
- • The device has vacuum pumps.
Die Vorrichtung muss an jeder Stelle, an die diese mit heißem Wasserdampf in Berührung kommt, widerstandsfähig und beständig gegen den heißen Wasserdampf sein. Als Grundmaterial kommt beispielsweise Edelstahl in Frage.The device must be resistant and resistant to the hot steam at any point where it comes into contact with hot water vapor. As base material, for example, stainless steel comes into question.
In einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Kohlebehälter oder der Kohlelagervorrichtung um einen Behälter, der im Inneren mit einer Drehtrommel ausgestattet ist, die Einlassöffnungen zur Durchströmung mit dem heißen Wasserdampf als Sekundärgas besitzt. Die Einlassöffnungen als Dampfeinlassöffnungen der Drehtrommel besitzen vorteilhaft eine Öffnungsquerschnittsfläche, welche kleiner ist, als die kleinste Korngröße der in der Regel eingesetzten vorzuerhitzenden Kohle. Wird eine größere Querschnittsfläche der Dampfeinlassöffnungen gewählt, als die Korngröße der eingesetzten vorzutrocknenden Kohle ist, so ist mit einem Kohleverlust zu rechnen in der Mengenordnung der Kohle, die durch das Fließbett fällt. In one embodiment of the invention, the coal container or the carbon storage device is a container internally equipped with a rotary drum having inlet openings for flowing with the hot water vapor as secondary gas. The inlet openings as steam inlet openings of the rotary drum advantageously have an opening cross-sectional area which is smaller than the smallest particle size of the coal used as a rule preheated. If a larger cross-sectional area of the steam inlet openings is chosen than the grain size of the coal to be pre-dried, a loss of coal is to be expected in the order of magnitude of the coal falling through the fluidized bed.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Kohlebehälter oder der Kohlelagervorrichtung um einen Behälter mit einem Fließbett, welches mit Einlassöffnungen zur Durchströmung des Fließbettes mit dem heißen Wasserdampf als Sekundärgas ausgestattet ist. Das Fließbett besteht aus einem Rost zur Lagerung der Kohle, welcher von einer Seite mit Dampf durchströmt wird. Auch hier besitzen die Einlassöffnungen des Rostes in dem Fließbetttrockner vorteilhafterweise eine Öffnungsquerschnittsfläche, welche kleiner ist, als die kleinste Korngröße der in der Regel eingesetzten vorzuerhitzenden Kohle.In a further embodiment of the invention, the carbon container or the carbon storage device is a container with a fluidized bed, which is equipped with inlet openings for the flow through the fluidized bed with the hot water vapor as a secondary gas. The fluidized bed consists of a grate for storing the coal, through which steam flows from one side. Again, the inlet openings of the grate in the fluidized bed dryer advantageously have an opening cross-sectional area which is smaller than the smallest grain size of the usually used to be reheated coal.
In einer weiteren Ausführungsform handelt es sich bei dem Kohlebehälter oder der Kohlelagervorrichtung um einen Flugstromtrockner. Ein Flugstromtrockner ist in einer typischen Ausführungsform so beschaffen, dass die vorgemahlene Kohle mit dem heißen Gas, welches in der vorliegenden Erfindung heißer Wasserdampf ist, durch eine ausreichend dimensionierte Rohrleitung pneumatisch gefördert wird, welche an der Endseite mit einer Auffangvorrichtung für die getrocknete Kohle ausgestattet ist, wobei die Trocknung während der pneumatischen Förderung vorgenommen wird. Dies ist insbesondere für feinteilige Kohle sinnvoll.In a further embodiment, the carbon container or the carbon storage device is an air flow dryer. An entrainment dryer, in a typical embodiment, is such that the pre-ground coal with the hot gas, which is hot steam in the present invention, is pneumatically conveyed through a sufficiently sized pipeline endowed with a dried coal containment device , wherein the drying is carried out during the pneumatic conveying. This is especially useful for finely divided coal.
Schließlich ist es zur Ausführung der Erfindung auch möglich, dass der Wärmetauscher zwischen dem primären und dem sekundären Gaskreislauf zur Erzeugung von heißem Wasserdampf einen Dampfkessel zur Erzeugung von Dampf enthält. Diese Ausführungsform wird insbesondere dann gewählt, wenn keine Erzeugungseinheit für Wasserdampf an der Koksofenanlage zur Verfügung steht. Der Dampfkessel kann auch mit einem in Dampfströmungsrichtung nachgeschalteten Zwischenerhitzer ausgestattet sein.Finally, for carrying out the invention it is also possible that the heat exchanger between the primary and the secondary gas circulation for the production of hot steam contains a steam boiler for the production of steam. This embodiment is chosen in particular when no generating unit for water vapor is available at the coke oven plant. The steam boiler can also be equipped with a downstream in the steam flow direction reheater.
Zur Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann in der sekundären Gasleitung für Wasserdampf hinter dem Kohlebehälter mindestens ein Staubabscheider installiert sein. Dadurch lassen sich die Kohlepartikel, welche beim Vorerhitzen der Kohle durch den Wasserdampf mitgerissen werden, aus dem Wasserdampf entfernen. Zur Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es auch möglich, dass sich in der primären oder sekundären Gasleitung mindestens ein Gebläse befindet, welches für einen besseren Gasfluß in den Gasleitungen sorgt. Dieses kann in einer oder in beiden Leitungen einfach oder mehrfach vorhanden sein.To carry out the device according to the invention, at least one dust separator can be installed in the secondary gas line for water vapor behind the carbon container. As a result, the carbon particles, which are entrained in the preheating of the coal by the steam, remove from the water vapor. For carrying out the device according to the invention, it is also possible for at least one fan to be present in the primary or secondary gas line, which ensures a better gas flow in the gas lines. This can be single or multiple in one or both lines.
In dem sekundären Gaskreislauf kann sich ein Wärmetauscher befinden, der Luft zur Verbrennung des Verkokungsgases in der Koksofenkammer vorwärmt, und der mit mindestens einer Rohrleitung für die Zuleitung der vorgewärmten Luft in die Koksofenkammern ausgestattet ist. Dadurch kann die Verbrennungsluft für die Koksofenkammern vorgeheizt werden. In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Wärmetauscher zum Vorerhitzen der Verbrennungsluft ein Wärmetauscher vom Typ „Regenerator“ oder „Rekuperator“. Dieser Wärmetauscher kann in Gegenstromverfahren, im Gleichstromverfahren oder im Kreuzstromverfahren betrieben werden. Auch eine Installation des Wärmetauschers in dem primären Gaskreislauf ist denkbar, obwohl dies nicht die bevorzugte Ausführungsform ist.In the secondary gas cycle, there may be a heat exchanger which preheats air for combustion of the coking gas in the coke oven chamber and which is equipped with at least one pipe for supplying the preheated air into the coke oven chambers. As a result, the combustion air for the coke oven chambers can be preheated. In one embodiment of the device according to the invention, the heat exchanger for preheating the combustion air is a heat exchanger of the "regenerator" or "recuperator" type. This heat exchanger can be operated in countercurrent, DC or cross flow. An installation of the heat exchanger in the primary gas cycle is conceivable, although this is not the preferred embodiment.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Wärmetauscher zur Vorwärmung der Luft ein „Rekuperator“. Dieser erhitzt die Verbrennungsluft für die Koksofenkammern durch indirekten Wärmetausch. In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Wärmetauscher zur Vorwärmung der Luft ein „Regenerator“. Dieser kann beispielhaft mit Keramikregeneratoren ausgestattet sein. Der „Regenerator“ erlaubt eine Erhitzung der Verbrennungsluft für die Koksofenkammern durch Mischung der Gase.In one embodiment of the invention, the heat exchanger for preheating the air is a "recuperator". This heats the combustion air for the coke oven chambers by indirect heat exchange. In one embodiment of the invention, the heat exchanger for preheating the air is a "regenerator". This can be equipped with ceramic regenerators as an example. The "regenerator" allows heating of the combustion air for the coke oven chambers by mixing the gases.
Die Rohrleitung für die Zuleitung der vorgewärmten Luft in die Koksofenkammern kann im Bereich der Koksofenkammer in eine Primär- und Sekundärluftleitung verzweigen, so dass die Primärheizräume und die Sekundärheizräume mit vorgewärmter Luft versorgbar sind. Die Rohrleitung für die Zuleitung der vorgewärmten Luft in die Koksofenkammern kann weiterhin ein Gebläse enthalten, über die die vorgewärmte Luft zu den Koksöfen geleitet wird. Dadurch lässt sich der Gasfluss in der Zuleitung für die vorgewärmte Luft beschleunigen oder auch, falls dies erforderlich ist, unter Druck setzen.The pipeline for the supply of preheated air in the coke oven chambers can branch in the coke oven chamber in a primary and secondary air line, so that the Primärheizräume and Sekundärheizräume are supplied with preheated air. The pipeline for the supply of preheated air in the coke oven chambers may further include a fan through which the preheated air is passed to the coke ovens. This can accelerate the gas flow in the supply line for the preheated air or, if necessary, pressurize.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann an jeder Stelle im Verfahrensfluss Prozessschritte enthalten, welche zur Löschung von Koks oder zur Vorerhitzung von Kohle für die Verkokung erforderlich oder hilfreich sind. Dies ist beispielsweise ein zusätzliches Ablöschen von Koks nach dem Trockenlöschvorgang, bei dem der Koks auf seine endgültige Verarbeitungstemperatur abgekühlt wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann weiterhin an jeder Stelle Hilfseinrichtungen wie Speicherbehälter für Feststoffe, für Flüssigkeiten oder Dampf, Pumpen, Ventile, Heiz- oder Kühleinrichtungen, Tropfenabscheider, oder Messinstrumente für Temperaturen oder Konzentrationen von Gasbestandteilen enthalten. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere auch an jeder Stelle im Prozessfluss Entstaubungseinheiten aufweisen.The process according to the invention can contain process steps at any point in the process flow which are necessary or helpful for extinguishing coke or for preheating coal for coking. This is, for example, an additional quenching of coke after the dry-erase operation, in which the coke is cooled to its final processing temperature. The Apparatus according to the invention may further include at any location auxiliary equipment such as storage tanks for solids, for liquids or steam, pumps, valves, heating or cooling devices, mist eliminators, or measuring instruments for temperatures or concentrations of gas constituents. In particular, the device according to the invention can also have dedusting units at any point in the process flow.
Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt den Vorteil, durch die hohe Wärmekapazität von Wasserdampf ein effizientes Verfahren zur Trocknung und Vorerhitzung von Kohle, welche zur Verkokung von Kohle vorgesehen ist, zur Verfügung zu stellen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt den Vorteil, eine Möglichkeit zur Verfügung zu stellen, Kohle schnell und effizient mit heißem Wasserdampf zu erhitzen, wobei eine ausreichend hohe Wärmeaustauschrate zwischen der Kohle und dem heißen Wasserdampf erreicht wird, und die fühlbare Wärme, welche beim trockenen Löschen des Kokses erhalten wird, zur Vorerhitzung von Kohle genutzt wird. Dadurch wird eine verbesserte Wirtschaftlichkeit des gesamten Verfahrens erreicht.The process according to the invention has the advantage of providing, by the high heat capacity of steam, an efficient process for drying and preheating coal intended for coking coal. The apparatus according to the invention has the advantage of providing a means to heat coal quickly and efficiently with hot steam, achieving a sufficiently high rate of heat exchange between the coal and the hot water vapor, and the sensible heat obtained by dry quenching of the coke is used for preheating coal is used. As a result, an improved economy of the entire process is achieved.
Die Erfindung wird durch eine Zeichnung weiter erläutert, wobei diese Zeichnung nur eine beispielhafte Ausführungsform darstellt und nicht auf diese beschränkt ist.The invention will be further explained by a drawing, this drawing is only an exemplary embodiment and is not limited thereto.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Koksofencoke oven
- 22
- Koksofenkammercoke oven
- 33
- Kohlecoal
- 3a3a
- Kohle in der DrehtrommelCoal in the rotary drum
- 3b3b
- Vorerhitzte Kohle im HeißkohlebunkerPreheated coal in hot coal bunker
- 44
- Kokscoke
- 55
- Kokslöschwagencoke quenching cars
- 66
- KokslöschschachtKokslöschschacht
- 6a6a
- Beladeklappe für KokslöschschachtLoading flap for coke quenching shaft
- 6b6b
- Entladeklappe für KokslöschschachtDischarge flap for coke quenching shaft
- 77
- Stickstoffleitungnitrogen line
- 88th
- StickstoffvorratsbehälterDewars
- 99
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- Wasserkesselkettle
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