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Verfahren zur Ausnutzung der fühlbaren
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Kokswärme bei der trockenen Kokskühlung und Anlage zur Durchführung
eines solchen Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausnutzung der
fühlbaren Kokswärme bei der trockenen Kokskühlung durch ein inertes Kreislaufgas,
welches nacheinander eine mit heißem Koks gefüllte Kühlkammer und ein Wärmetauscher-System
mit einem Dampfüberhitzer-, Dampferzeuger-, Speisewasservorwärmer-und ggf. Frischwasservorwärmerteil
für die im wesentlichen konstante Dampferzeugung durchströmt, sowie eine Anlage
zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
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Bekanntlich fällt der heiße Koks an einem Verkokungsofen diskontinuierlich
an und kann damit auch nur diskontinuierlich der trockenen Kokskühlung zugeführt
werden. Will man die fühlbare Wärme des heißen Kokses zur Erzeugung von Dampf ausnutzen
und diesen bestimmten Verbrauchern zuführen, so ist es im allgemeinen notwendig,
möglichst eine konstante Dampfmenge bei konstanten Parametern zu erzeugen.
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Es gibt verschiedene Versuche, das diskontinuierliche Koksangebot
für eine kontinuierliche Dampferzeugung auszugleichen.
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Bei allen Verfahren wird ein inertes Wärmeträgergas über den heißen
Koks geleitet. Die fühlbare Wärme des heißen
Kokses wird auf das
Wärmeträgergas übertragen, das diese Wärme in einem Dampfkessel zur Dampferzeugung
und über hitzung des Dampfes wieder abgibt. Das kalte Gas wird dann zur Kokstrockenkühlkammer
zurückgeführt.
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Bei dem sogenannten Gipro-Trockenkühlverfahren wird der diskontinuierliche
Koksanfall durch eine Vorkammer ausgeglichen. Der Koks in der Vorkammer, der nicht
am Wärmeaustausch teilnimmt, gelangt mit dem Abzug des kalten Kokses in die Kühlkammer.
Wird der kalte Koks quasi kontinuierlich abgezogen, so wird dadurch ein quasi stationärer
Wärmeübergang in der trockenen Kokskühlung erreicht. Nachteilig ist hier eine ungünstige
Ausnutzung der fühlbaren Wärme des heißen Kokses.
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Das Waagner-Biro-Verfahren arbeitet lediglich mit einer Kühlkammer.
Die Schwankungen im Wärmeangebot dieser Kühlkammer bei jedem Nachfüllen des Kokses
werdendurch einen Gas-Bypass der Kühlkammer ausgeglichen. Bei erhöhtem Wärmeangebot
in der Kühlkammer, d.h. kurz nach dem Füllen einer Charge Koks in die Kühlkammer,
wird ein erhöhter Anteil Kaltgas im Bypass um die Kühlkammer zugeführt, so daß nur
eine Teilmenge des Kreislaufgases in die Kühlkammer gelangt. Diese Teilmenge wird
in der Kühlkammer entsprechend höher aufgeheizt, jedoch durch das Zumischen der
im Bypass geführten Kaltgasmenge wird vor Eintritt in den Dampfkessel eine im wesentlichen
konstante Gasmenge mit konstanter Temperatur eingestellt. Mit Abnahme der Heißkokstemperatur
im oberen Teil der Kühlkammer wird der Bypass entsprechend geschlossen.
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Dieses Verfahren macht einen hohen regel technischen Aufwand erforderlich
bei ungenügender Regelgenauigkeit.
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Die Anmelderin selbst hat vorgeschlagen (vgl. Patentanmeldung P 30
07 040.7) bei Verwendung einer Kühl kammer ohne Vorkammer die zwangsläufig auftretenden
Schwankungen im Wärme- und Temperaturangebot dadurch auszugleichen, daß durch eine
Brennkammer durch Verbrennung von Gichtgas oder Koksofengas mehr oder weniger Wärme
vor dem Dampfkessel dem Kreislaufgas zugeführt wird. Dadurch wird der Konstruktionsaufwand
für die Anlage erheblich erhöht.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine möglichst einfache,
zuverlässige und sichere Verfahrensführung bei hoher Regelgenauigkeit und eine dafür
bestimmte Anlage vorzuschlagen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, daß ein direkt oder indirekt in Abhängigkeit von der
Kreislaufgastemperatur geregelter Anteil des in der Kühlkammer erhitzten Kreislaufgases
über eine den Dampfüberhitzer- und Dampferzeugerteil überbrückende Bypass-Leitung
durch das Wärmetauscher-System geleitet wird.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht es daher, die durch den diskontinuierlichen
Anfall des heißen Kokses bedingten Schwankungen der Temperatur des Wärmeträgergases
unmittelbar auf der Sekundärseite, d.h. auf der Dampfkesselseite auszugleichen.
Hierdurch ist eine wesentlich einfachere, zuverlässigere und kostengünstigere Lösung
des Problems im Vergleich zum Stande der Technik möglich. Bekanntlich ist das Wärmeangebot
kurz nach Einfüllen einer Kokscharge in der Kühl kammer am höchsten. Deshalb wird
in dieser Zeit ein Teil des Kreislaufgases nicht über den Dampfüberhitzer- und Dampferzeugerteil
des Wärmetauscher-Systems geleitet, sondern nur dem Speisewasservorwärmer- und/oder
Frischwasservorwärmerteil
zugeführt. Bei absinkendem Wärmeangebot
in dem Zeitraum zwischen zwei Kokschargen kann die Teilgasmenge, die über die Bypass-Leitung
läuft, nach und nach reduziert werden, so daß das Wärmeangebot an dem Dampfüberhitzer-und
Dampferzeugerteil konstant bleibt. Das Wärmeangebot an den Speisewasservorwärmer-
und ggf. Frischwasservorwärmerteil nimmt dadurch entsprechend ab.
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Vorzugsweise wird der Anteil des durch die Bypass-Leitung geführten
Kreislaufgases in Abhängigkeit von der erzeugten Dampfmenge selbst geregelt.
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Wenn man bei einer Weiterbildung die durch den Speisewasservorwärmerteil
geführte Speisewassermenge in Abhängigkeit von der Speisewasseraustrittstemperatur
regelt, kann trotz des sich zeitlich ändernden Wärmeangebots eine konstante Speisewasseraustrittstemperatur
erreicht werden.
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Es ist zusätzlich möglich, daß eine überschüssige vorgewärmte Speisewassermenge
einem Vorratsbehälter zugeführt und eine fehlende vorgewärmte Speisewassermenge
aus dem Vorratsbehälter abgeführt und dem Dampferzeugerteil zugeführt wird. Bei
erhöhtem Wärmeangebot übernimmt dabei die in den Vorratsbehälter geführte überschüssige
vorgewärmte Speisewassermenge die Funktion eines Wärmespeichers.
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Bei Verringerung des Wärmeangebots kann über die Temperaturregelung
die durch den Speisewasservorwärmerteil geführte Speisewassermenge reduziert werden
und zum Ausgleich ein Speisewassermengenanteil aus dem Vorratsbehälter ergänzend
zu der Dampftrommel zugeführt werden.
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Somit bleibt die zur Dampftrommel fließende Speisewassermenge sowie
die Speisewassertemperatur auch bei stark schwankendem Wärmeangebot praktisch konstant.
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Dabei kann man zusätzlich das Zuführen und Abführen der vorgewärmten
Speisewassermenge zu und aus dem Vorratsbehälter in Abhängigkeit vom Höhenstand
des vorgewärmten Speisewassers in der Dampftrommel des Dampferzeugerteils regeln.
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Eine Anlage zur Durchführung des zuvor näher beschriebenen Verfahrens,
mit einer Kühl kammer und einem Wärmetauscher-System mit einem Dampfüberhitzer-,
Dampferzeuger-, Speisewasservorwärmer- und ggf. Frischwasservorwärmerteil sowie
einer die Kühl kammer und das Wärmetauscher-System verbindenden Kreislaufgasleitung
zeichnet sich nach der Erfindung im wesentlichen dadurch aus, daß zwischen Kühl
kammer und Wärmetauscher-System von dem vor dem Dampfüberhitzerteil in das Wärmetauscher-System
mündenden Kreislaufgasleitungsabschnitt eine den Dampfüberhitzer- und Dampferzeugerteil
überbrückende Bypass-Leitung abzweigt und hinter dem Dampferzeugerteil in das Wärmetauscher-System
mündet.
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Bei einer solchen Anlage ist zur Bestimmung des Anteil es des Kreislaufgases,
welches durch die Bypass-Leitung geführt werden soll, vorzugsweise in der Bypass-Leitung
ein regelbares Ventil angeordnet.
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Dieses Ventil kann vorzugsweise in Regelverbindung mit einem in der
Dampfausgangsleitung des Wärmetauscher-Systems angeordneten Dampfmengenmesser stehen,
so daß der Anteil des durch die Bypass-Leitung geführten Kreislaufgases unmittelbar
in Abhängigkeit von der erzeugten Dampfmenge geregelt werden kann.
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Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anlage ist in der Speisewassereintrittsleitung
des Speisewasservorwärmers ein von einem an der Speisewasseraustrittsleitung angeordneten
Temperaturfühler regelbares Ventil vorgesehen. Auf diese
Weise
läßt sich die Speisewasseraustrittstemperatur im wesentlichen konstant regeln.
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Unter Berücksichtigung des unterschiedlichen Wärmeangebotes auch für
den Speisewasservorwärmerteil ist es bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung
zweckmäßig, daß von der zu der Dampftrommel des Dampferzeugerteils führenden Speisewasseraustrittsleitung
eine Abzweigleitung zu einem Vorratsbehälter führt, welcher über eine Ablaufleitung
mit der Dampftrommel in Verbindung steht. Hierdurch wird die anlagenmäßige Voraussetzung
geschaffen, daß bei erhöhtem Wärmeangebot für den Speisewasservorwärmerteil überschüssiges
vorgewärmtes Speisewasser in dem Vorratsbehälter als Wärmespeicher aufbewahrt werden
kann, während bei für den Speisewasservorwärmerteil unter einen vorgegebenen Pegel
absinkendem Wärmeangebot das in dem Vorratsbehälter gespeicherte Speisewasser ergänzend
der Dampftrommel des Dampferzeugerteiles zugeführt werden kann.
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Hierbei ist vorzugsweise in der Speisewasseraustrittsleitung bzw.
der Abzweigleitung jeweils hinter dem Abzweigpunkt und in der Ablaufleitung je ein
regelbares Ventil angeordnet.
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Dieses Ventil wird bei einer besonderen Weiterbildung der Erfindung
mit einem an der Dampftrommel angeordneten (Zweipunkt-)-Höhenstandsmesser in Regel
verbindung stehen.
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Wenn der Vorratsbehälter höher angeordnet ist als die Dampftrommel,
so kann durch das natürliche Gefälle das bevorratete, vorgewärmte Speisewasser der
Dampftrommel ohne weiteres zugeführt werden.
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Es ist auch möglich, daß die Dampftrommel und der Vorratsbehälter
über eine absperrbare (weitere) Ausgleichsleitung zwecks Druckausgleich in Verbindung
stehen.
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Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der
vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles
anhand der beiliegenden Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich
dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand
der vorliegenden Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen
oder deren Rückbeziehung.
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Es zeigt die einzige Figur schematisch eine erfindungsgemäße Anlage
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Der heiße Koks wird einer Kühl kammer 1 über eine Kokszufuhrleitung
16 chargenweise aufgegeben und am Boden der Kühlkammer 1 nach Ausnutzung der fühlbaren
Wärme über eine Koksabfuhrleitung 17 ausgetragen. Ein bezüglich des heißen Kokses
inertes Kreislaufgas gelangt von einem Gebläse 25 in den unteren Bereich der Kühl
kammer 1 und wird oben über einen Kreislaufgasleitungsabschnitt 18 aus der Kühl
kammer 1 abgezogen. Von dort gelangt das heiße Kreislaufgas zunächst über einen
Staubabscheider 19 mit Staubablass 20.
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Der anschließende Kreislaufgasleitungsabschnitt 21 mündet unmittelbar
in ein Wärmetauscher-System 2, in welchem hintereinander in Gasdurchflußrichtung
ein Dampfüberhitzerteil 2.1, ein Dampferzeugerteil 2.2, ein Speisewasservorwärmerteil
2.3 mit Dampftrommel 2.4 und ein Frischwasservorwärmerteil 2.5 angeordnet sind.
Der Kreislaufgasleitungsabschnitt 21 mündet dabei unmittelbar oberhalb des Dampfüberhitzerteils
2.1 in das Wärmetauscher-System 2. Vorher zweigt jedoch eine Bypass-Leitung 4 ab,
die erst hinter dem Dampferzeuger 2.2 in das Wärmetauscher-System 2 mündet und dadurch
den Dampfüberhitzerteil 2.1 und den Dampferzeugerteil 2.2 überbrückt. Die fühlbare
Wärme desjenigen Anteils des Kreislaufgases, der über die Bypass-Leitung 4 in das
Wärmetauscher-System 2 gelangt, wird also lediglich noch in dem Speisewasservorwärmerteil
2.3 und dem Frischwasservorwärmerteil
2.5 ausgenutzt. In der Bypass-Leitung
4 liegt ein Ventil 3, welches mit einem Dampfmengenmesser 26 in der Dampfausgangsleitung
des Wärmetauscher-Systems 2 in Regelverbindung steht. In der Zeit, in der das Wärmeangebot
kurz nach dem Einfüllen einer Kokscharge in der Kühl kammer 1 am höchsten ist, wird
nicht über den Oberhitzer- und Dampferzeugerteil 2.1, 2.2 des Wärmetauscher-Systems
2, sondern nur dem Speisewasservorwärmer- und Frischwasservorwärmerteil 2.3, 2.5.
ein solcher Anteil des Kreislaufgases zugeführt, daß die erzeugte Dampfmenge konstant
ist. Bei steigender Dampfmenge aufgrund des höheren Wärmeangebots öffnet sich also
das Ventil 3 in der Bypass-Leitung 4 weiter und schließt sich im umgekehrten Fall.
Um das höhere Wärmeangebot in dem Speisewasservorwärmerteil 2.3 abnehmen zu können,
kann diesem über ein Ventil 15 eine höhere Wassermenge zugeführt werden. Zu diesem
Zweck ist das Ventil 15 mit einem Temperaturfühler 5 in der Speisewasseraustrittsleitung
27 regelbar verbunden. Bei Anstieg der Speisewassertemperatur wird also das Ventil
15 weiter geöffnet als im umgekehrten Fall, so daß die Speisewasseraustrittstemperatur
im wesentlichen konstant bleibt. Da andererseits di.e dem Dampfkessel 2.4 zugeleitete
Speisewassermenge konstantgehalten werden soll, wird das bei erhöhtem Wärmeangebot
überschüssige vorgewärmte Speisewasser über eine Abzweigleitung 9 in einen Vorratsbehälter
6 geleitet, der damit als Wärmespeicher fungiert. Zu diesem Zweck liegt hinter dem
Abzweigpunkt der Abzweigleitung 9 in der Speisewasseraustrittsleitung 27 ein Ventil
8, welches mit einem (Zweipunkt-)-Höhenstandsmesser 7 der Dampftrommel 2.4 in Regelverbindung
steht. Dadurch wird die Speisewasserzufuhr zu der Dampftrommel 2.4 gedrosselt, wenn
der gewünschte oberste Pegelstand in der Dampftrommel 2.4 erreicht ist.
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Der höher als die Dampftrommel 2.4 angeordnete Vorratsbehälter
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ist über eine Ablaufleitung 11 (die in dem dargestellten Fall hinter dem Ventil
8 in die Speisewasseraustrittsleitung 27 mündet) mit der Dampftrommel 2.4 verbunden.
Auch in der Ablaufleitung 11 befindet sich ein Ventil 10, welches mit dem (Zweipunkt-)-Höhenstandsmesser
7 in Regel verbindung steht. Wird der gewünschte unterste Pegelstand der Dampftrommel
2.4 unterschritten, öffnet das Ventil 10 entsprechend, so daß - neben die Speisewasserzufuhr
aus der Speisewasseraustrittsleitung 27 zusätzliches vorgewärmtes Speisewasser aus
dem Vorratsbehälter 6 hinzutritt. Aufgrund dieser Höhenstandsregelung wird also
hiermit die benötigte Speisewassermenge über die Regelbentile 8, 10 der Dampftrommel
2.4 zugeführt. Der Vorratsbehälter 6 und Dampftrommel 2.4 stehen zusätzlich über
eine Druckausgleichsleitung 13 in Verbindung, welche mit einem Absperrventil 14
ausgestattet ist.
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Nimmt nun in dem Zeitraum zwischen zwei Kokschargen die Temperatur
des Kreislaufgases am Austritt der Kühl kammer 1 ab, so schließt nach und nach das
Ventil in der Bypass-Leitung 4, so daß das Wärmeangebot an dem Oberhitzer- und Dampferzeugerteil
2.1, 2.2 in dem Wärmetauscher-System 2 im wesentlichen konstant bleibt. Das Wärmeangebot
am Speisewasservorwärmerteil 3 nimmt entsprechend der Verringerung der Teilgasmenge
ab. Aus diesem Grunde reduziert die Temperaturregelung 5 die Speisewassermenge durch
den Speisewasservorwärmerteil 2.3, um die Speisewassertemperatur konstant zu halten.
Da die Speisewassermenge zum Dampfkessel 2.4 jedoch konstant sein soll, wird über
das erwähnte Regelventil- 10 in der Ablaufleitung 11 Speisewasser aus dem Vorratsbehälter
6 eingesetzt. Auf diese Weise ist eine zuverlässige Regelung einer kontinuierlichen
Dampfabgabe
aus der Leitung 12 gewährleistet.
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Das Kreislaufgas, welches nach Abgabe der fühlbaren Wärme das Wärmetauscher-System
2 hinter dem Frischwasservorwärmerteil 2.5 verläßt, gelangt über einen Kreislaufgasleitungsabschnitt
22 in einen Staubabscheider 23 mit Staubablass 24 und von dort zurück zu dem Gebläse
25.