DE3443976C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verringerung des NO_x-Gehaltes im Rauchgas bei der Beheizung von Verkokungsöfen mit paarweise zusammen­ arbeitenden Heizzügen, hoch- und tiefliegenden Verbrennungsstufen sowie einer Rauchgasrückführung in Höhe der Heizzugsohle (Kreisstrom). Die Er­ findung betrifft ferner einen Verkokungsofen zur Durchführung dieses Verfahrens.

Die DE-OS 15 71 657 betrifft eine Koksofenbatterie zur Durchführung eines Verfahrens mit den Merkmalen der gattungsgemäßen Art mit paarweise zu­ sammenarbeitenden Heizzügen, hoch- und tiefliegenden Verbrennungsstufen sowie einer Rauchgasrückführung in Höhe der Heizzugsohle. Durch diese Ofenkonstruktion soll dabei eine optimale und gleichmäßige Beheizung der Kammerwände bei gleichzeitiger Vermeidung von Kohlenstoffablagerungen erreicht werden. Zu diesem Zweck ist vorgesehen, daß jeder hoch- und tief liegende Brenner eine separate Abgasrückführung besitzt.

Es ist bekannt, daß es sich bei den in Verkokungsöfen gebildeten Stick­ oxiden in erster Linie um sogenanntes thermisches NO_x handelt, deren Bildungsraten nahezu linear vom Produkt der Sauerstoff- und Stickstoff­ konzentration in der Flamme sowie exponentiell von der Flammentempera­ tur abhängen.

Die bekannten Maßnahmen zur Reduktion der NO_x-Bildung zielen auf eine Verminderung der Flammentemperatur durch Rauchgasrückführung oder auf eine Verringerung der Sauerstoff- und Stickstoffkonzentration durch partielle Verbrennung.

Das Prinzip der Rauchgasrückführung ist bei Verkokungsöfen insbesondere in Form des Koppers-Kreisstrom-Ofens verwirklicht. Hierbei wird durch ein oder zwei Öffnungen in jeder zweiten Binderwand in Höhe der Heizzug­ sohle dem Luft- und Heizgasstrom Rauchgas zugemischt, das in erster Linie durch Verringerung der maximalen Flammentemperatur, aber auch durch Reduktion der O₂- und N₂-Konzentration, eine deutliche Verringe­ rung der NO_x-Produktionsraten bewirkt.

Das NO_x-Reduktionsprinzip der partiellen Verbrennung wird in Verkokungsöfen in Form einer Stufenbeheizung genutzt.

Mit dem Ziel, die NO_x-Emission in Verkokungsöfen noch weiter zu senken, sind theoretische und experimentelle Untersuchungen durchgeführt worden. Als wesentliche Erkenntnis dieser Studien bleibt festzuhalten, daß eine Kombination der NO_x-Reduktions­ prinzipien, Rauchgasrückführung (Kreisstrombeheizung) und parti­ elle Verbrennung (Stufenbeheizung) mit zwei Stufen, zu einer weiterführenden Verringerung der NO_x-Produktion führen kann.

Grundsätzlich ist die Kombination von Stufenbeheizung und Kreis­ strombeheizung bei Verkokungsöfen bekannt. Die genannten Unter­ suchungen zeigen aber, daß eine willkürliche Kombination von Kreisstrombeheizung und Stufenbeheizung nicht zwangsläufig zu einer nennenswerten NO_x-Reduktion führt. Nur bei einer optimalen Kombination von Stufenbeheizung, Kreisstrombeheizung und Anord­ nung der zweiten Verbrennungsstufe ist eine maximale NO_x-Verrin­ gerung erzielbar.

Ausgehend von den Ergebnissen dieser Untersuchungen wird erfin­ dungsgemäß die Kombination folgender Maßnahmen vorgeschlagen:

• a) Die Kreisstromrate, das ist der Volumenstrom des rückgeführten Rauchgases bezogen auf den Rauchgasvolumenstrom ohne rück­ geführtes Rauchgas, wird zwischen 20% und 50% eingestellt;
• b) das Stufenverhältnis, das ist bei Starkgasbetrieb der Luft­ volumenstrom der unteren Stufe bezogen auf den gesamten Luftvolumenstrom und bei Schwachgasbetrieb die Summe von Luft- und Schwachgasvolumenstrom der unteren Stufe dividiert durch die Summe des gesamten Luft- und Schwachgasvolumenstroms, wird zwischen 40% und 70% eingestellt;
• c) die zweite Verbrennungsstufe wird zwischen 35% und 55% der Heizzughöhe angeordnet.

Eine im Hinblick auf minimale NO_x-Emission bevorzugte Kombina­ tion sieht vor, daß die Kreisstromrate zwischen 35% und 45% und das Stufenverhältnis zwischen 50% und 65% eingestellt wird und daß die zweite Verbrennungsstufe zwischen 40% und 50% der Heiz­ zughöhe angeordnet wird.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird schließ­ lich ein Verkokungsofen vorgeschlagen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die sekundäre Luftzufuhr und die sekundäre Schwachgas­ zufuhr zu den zweiten, hoch liegenden Verbrennungsstufen aus­ schließlich in den die Heizzugpaare jeweils begrenzenden Bin­ derwänden angeordnet sind.

In den Zeichnungen sind Ausführungsformen dieses Verkokungsofens enthalten. Dabei sind die Zufuhr der Verbrennungsmedien von den hier nicht eingezeichneten Regeneratoren zu den Heizzügen, die Schaltung der Regeneratoren, der Heizzüge bzw. Heizzugpaare so­ wohl für Verbundöfen, d. h. Verkokungsöfen mit wahlweiser Stark­ gas- oder Schwachgasbeheizung, als auch für Starkgasöfen darge­ stellt. In den Zeichnungen ist die Richtung des Medienverlaufs (Luft, Schwachgas, Starkgas, Abgas) während einer Heizperiode durch Pfeile gekennzeichnet. Da es sich hier um Regenerativöfen handelt, wechselt der Verlauf der Medien für die zweite Periode.

Fig. 1 zeigt zwei nebeneinanderliegende Heizzugpaare eines Ver­ bundofens im vertikalen Längsschnitt AA nach Fig. 2,

Fig. 2 den horizontalen Querschnitt B-B dieser zwei Heizzugpaare nach Fig. 1,

Fig. 3 zwei nebeneinanderliegende Heizzugpaare eines Starkgas­ ofens im vertikalen Längsschnitt C-C nach Fig. 4 und

Fig. 4 den horizontalen Querschnitt D-D der zwei Heizzugpaare nach Fig. 3.

In den Zeichnungen bedeuten:

 1 Heizzugpaar
 2 Heizzug (beflammt)
 2a Heizzug (nicht beflammt)
 3 Primärluftkanal
 3a Primärluftkanal (Abgas führend)
 4 Regulierung zu 3
 4a Regulierung zu 3 (Abgas führend)
 5 Primärschwachgaskanal
 5a Primärschwachgaskanal (Abgas führend)
 6 Regulierung zu 5
 6a Regulierung zu 5 (Abgas führend)
 7 Starkgaskanal
 8 Starkgasdüse
 9 Sekundärluftkanal
 9a Sekundärluftkanal (Abgas führend)
10 Regelbare Austritte zu 9
10a Regelbare Austritte zu 9 (Abgas führend)
Regelorgane nicht dargestellt
11 Sekundärschwachgaskanal
11a Sekundärschwachgaskanal (Abgas führend)
12 Regelbare Austritte zu 11
12a Regelbare Austritte zu 11 (Abgas führend)
Regelorgane nicht dargestellt
13 Kreisstromöffnungen
13a Regulierrolle für Kreisstromöffnungen
14 (Höhere Brennerebene bis Sekundärzufuhr
(Höhe der unterstöchiometrischen Verbrennung)
15 Umkehrstelle
16 Differentialkanal
17 Läuferwände
18 Binderwände mit Sekundärzufuhr (Luftstufe)
19 Binderwände mit Umkehrstelle und Kreisstrom

Die strömenden Medien werden wie folgt bei den beflammten Heizzügen 2 zugeführt:

Primärluft vom Luftgenerator über die Kanäle 3 und die regelbaren Austritte 4,
Primärschwachgas vom Gasregenerator über die Kanäle 5 und die regelbaren Austritte 6,
Starkgas über die Kanäle 7 und die auswechselbaren Düsen 8,
Sekundärluft über die Kanäle 9 und die regelbaren Austrit­ te 10,
Sekundärschwachgas über die Kanäle 11 und die regelbaren Austritte 12,
Rückgas über die regelbaren Kanäle 13 (Kreisstromöffnungen).

Über die Höhe 14 findet im beflammten Heizzug die partielle Ver­ brennung statt.

Der Weg der Rauchgase führt vom beflammten Heizzug 2 über die Umkehrstelle 15 (ein Teil über den Differentialkanal 16) in den unbeflammten Heizzug 2a und über die Düsen und Kanäle 4a, 3a, 6a, 5a, 10a, 9a, 12a, 11a in die (nicht dargestellten) Abgasregeneratoren.

In Fig. 1 und 2 ist die Strömungsrichtung der Medien sowohl für Schwach- als auch für Starkgasbetrieb durch Pfeile gekennzeichnet. Bei Schwachgasbetrieb strömt jedoch kein Starkgas, während bei Starkgasbetrieb die Schwachgaskanäle Verbrennungsluft führen.

Die seitliche Begrenzung eines Heizzugpaares 1 erfolgt durch die Läuferwände 17 und die von den Kanälen 9 und 11 durchsetzten Binderwände 18. Die Teilung des Heizzugpaares 1 in die Heizzüge 2 und 2a geschieht durch die Binderwand 19, die von der Umkehrstel­ le 15 und der Kreisstromöffnung 13 durchsetzt wird.

Durch die Unterscheidung bzw. räumliche Trennung der Binderwän­ de nach "Kreisstrom-besitzend" und "Luftkanal-besitzend" werden in Kombination mit den freistehenden Starkgasaustritten günsti­ ge Strömungsbedingungen sichergestellt, die eine weitgehende Einmischung des Kreisstroms in die Verbrennungsmedien der unteren Stufe ermöglichen.

Claims (3)

1. Verfahren zur Verringerung des NO_x-Gehaltes im Rauchgas bei der Beheizung von Verkokungsöfen mit paarweise zusammenarbeiten­ den Heizzügen, hoch- und tiefliegenden Verbrennungsstufen sowie einer Rauchgasrückführung in Höhe der Heizzugsohle (Kreisstrom), gekennzeichnet durch die Kombination folgender Maßnahmen:

• a) Die Kreisstromrate, das ist der Volumenstrom des rückge­ führten Rauchgases bezogen auf den Rauchgasvolumenstrom ohne rückgeführtes Rauchgas, wird zwischen 20% und 50% eingestellt;
• b) das Stufenverhältnis, das ist bei Starkgasbetrieb der Luft­ volumenstrom der unteren Stufe bezogen auf den gesam­ ten Luftvolumenstrom und bei Schwachgasbetrieb die Summe von Luft- und Schwachgasvolumenstrom der unteren Stufe dividiert durch die Summe des gesamten Luft- und Schwach­ gasvolumenstroms, wird zwischen 40% und 70% eingestellt;
• c) die zweite Verbrennungsstufe wird zwischen 35% und 55% der Heizzughöhe angeordnet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreisstromrate zwischen 35% und 45% und das Stufenverhältnis zwischen 50% und 65% eingestellt wird und daß die zweite Verbrennungsstufe zwischen 40% und 50% der Heizzughöhe an­ geordnet wird.

3. Verkokungsofen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sekundäre Luftzu­ fuhr (9) und die sekundäre Schwachgaszufuhr (11) zu den zwei­ ten, hoch liegenden Verbrennungsstufen ausschließlich in den die Heizzugpaare (1) jeweils begrenzenden Binderwänden (18) angeordnet sind.