LU83655A1 - Verfahren zur regulierung der starkgasbeheizung von koksoefen - Google Patents

Description

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Verfahren zur Regulierung der Starkgasbeheizung von Koksöfen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regulierung der Flammenlänge und Optimierung der vertikalen Temperatur— *

Verteilung in den mit Starkgas "beheizten Heizzügen von - Koksöfen, denen das Starkgas über Leitungen zugeführt 5 wird, die vom Düsenkeller der Ofehbatterie aus durch die jeweils darüberliegende Regeneratortremrwand verlaufen une in einem Brennerkopf enden, der im unteren Abschnitt des \ Heizzuges angeordnet ist, während die in den Regenerato ren aufgeheizte Verbrennungsluft durch Öffnungen am Ruß 10 des Heizzuges in diesen eintritt.

Aufgrund der Entwicklung im Koksofenbau zu Großraumöfen mit Kammerhöhen bis zu 8 m sowie deren Betrieb mit kurzen Garungszeiten und den in einigen Ländern von den Umwelt-schutzbehörden festgelegten Grenzwerten für NOX-Anteile 15 in den Verbrennungsabgasen ergeben sich für eine optimale Beheizungsregelung Probleme. Dies gilt insbesondere für die Starkgasbeheizung von Koksöfen, bei der es mit steigender Bauhöhe der Öfen zunehmend schwieriger wird, die B< . heizung so einzustellen, daß die vertikale Temperaturver- 20 teilung in den Heizzügen optimal ist. Ferner wird bei kurzen Garungszeiten und den damit verbundenen Heizzugtemper: turen mehr H02 gebildet, dessen Anteil in den Verbrennung: ; " abgasen in zunehmendem Kaße von den zuständigen Umwelt- schutzbehörden in immer mehr Ländern limitiert wird.

25 Schließlich ist die Unterdrückung der Graphitbildung an s den Brennerköpfen bei der Starkgasbeheizung bisher nur mr j verhältnismäßig großem Aufwand gelungen.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend aufgezeigten Probleme in einfacherer Weise als bisher mit s 30 vertretbarem Aufwand zu lösen. Dabei geht es insbesondere darum, die vertikale Temperaturverteilung in den Heizzü- ' -i * - 7 - gen zu verbessern, den NOX-Gehalt in den Verbrennungsab-gasen zu senken und die Graphitbildung an den Brennerköpfen zu vermeiden.

Ausgehend von einem Verfahren der eingangs beschriebenen 5 Art besteht die Erfindung darin, den Heizzügen einen regulierbaren Anteil der insgesamt für die Verbrennung des Unterfeuerungsgases benötigten Verbrennungsluft als Zwangs luft mittels eines Gebläses in unmittelbarer Nähe der Kün-. düng des Brennerkopfes zuzuführen. Vorzugsweise erfolgt ^ 10 die Zuführung der Zwangsluft über einen die Brennermün dung umgebenden Bingraum. Der als Zwangsluft zugeführte «

Teil der Verbrennungsluft pro Heizzug soll erfindungsgemäß weniger als 30 Vol.-%, vorzugsweise 5 bis 15 Vol.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Verbrennungsluft, betra-15 gen. Die Erfindung sieht ferner vor, zusammen mit der rZwangsluft kalte Verbrennungsahgase zuzuführen, wobei das Mischungsverhältnis von Zwangsluft und Verbrennung sab gasen maximal 1:2, vorzugsweise 2:1 bis 1:1 beträgt.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur 20 Durchführung des Verfahrens, die die Ausbildung des Bren-") nerrohres als Doppelmantelrohr vorsieht und deren Merk- , male sich aus den auf die Vorrichtung gerichteten An sprüchen ergeben.

Bekanntlich sind die bei der konventionellen Luftvertei-25 lung in die einzelnen Heizzüge einströmenden Luftmengen niemals völlig gleich; vielmehr ergibt sich aus unterschiedlichen Gründen eine gewisse Streubreite.

Dieser Nachteil wird bei dem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung dadurch überwunden, daß die / ' "Λ tor·" - 8 -

Hauptmenge der Verbrennungsluft in herkömmlicher Weise als in den Regeneratoren aufgeheizte Verhrennungsluft durch Öffnungen am Fuß des Heizzuges eingeleitet, jedoch insgesamt so "bemessen wird, daß die "bei dieser Verteilung am 5 meisten benachteiligten Heizzüge einen knappen Luftmangel zu verzeichnen haben und ohne weitere Maßnahmen mit leicht rußender Flamme brennen würden. Diesen Heizzügen wird nun besonders viel und den übrigen, mit ansteigendem Sauer-stoffanteil im Verbrennungsabgas, weniger Zwangsluft zuge-10 führt. Auf diese Weise' kann der Luftüberschuß insgesamt gesehen so gering gehalten werden, daß im Verbrennungsab-gas ein Sauerstoffanteil von weniger als $ % eingehalten werden kann. Dadurch wird die Abgasmenge kleiner und als Folge davon der Unterfeuerungsbedarf gesenkt. Gleichzei-15 tig wird die NOX-Bildung infolge des geringeren Sauerstoffüberschusses zurückgedrängt. In noch stärkerem Maße wird die NOX-Bildung durch die gegenüber dem herkömmlichen Betrieb geringere Einströmtemperatur des Brenngases unterdrückt, das durch das weniger heiße innere Rohr des Dop-20 pelmantelröhrbrenners in den Eeizzug gelangt. Auch durch die anfänglich langsamere Durchmischung des Brenngases mit Luftsauerstoff infolge der etwa gleichen Ausströmgeschwindigkeit der Zwangsluft, die den Austrittsstrahl des 0 Starkgases ringförmig umhüllt, wird die Verbrennungsge- - ’ 25 schwindigkeit verlangsamt, damit die örtliche Flammentem- ! peratur gesenkt und schließlich die HOX-Bildung zusätz lich gemindert. Die Starkgasflamme in den Eeizzügen vrird durch die Verfahrensweise gemäß vorliegender Erfindung verlängert und damit die fezperaturverteilung verbessert, 30 insbesondere wenn der Zwangsluft kaltes Rauchgas zugemischt wird.

Es gelingt auf diese Weise ferner, die Graphitbildung am Brennerkopf weitgehend zu vermeiden, da dieser an der Kün- / düng des Brenngases kälter ist als bei der bisherigen Ar- , Λ * ! - 9 - beitsweise und weil diese Stelle ständig von Zwangsluft und gegebenenfalls kälteren Verbrennungsabgas umspült wird,

Der Mehrbedarf an Unterfeuerung durch die weniger vorge-wärmte Zwangsluft und dadurch kälter eintretendes Brenngas 5 beträgt maximal 4 %. Die Leistungsaufnahme für das Zwangsluftgebläse beträgt, bezogen auf den Unterfeuerungsbedarf, weniger als 0,1 %. Venn man berücksichtigt, daß eine Verminderung des Sauerstoffanteils im Abgas um 1 % eine Senkung des Unterfeuerungsbedarfs um mehr als 5 % bewirkt, ") 10 so ergibt sich insgesamt bei der Durchführung des Verfah rens vorliegender Erfindung zusätzlich ein energetischer Gewinn.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen: 15 Eigur 1 einen schematischen Schnitt durch die Begenerator· trennwand mit einem Teil des darüberliegenden Heizzuges und dem in der Trennwand verlaufenden Doppelmantelbrermer, ^ Eigur 2 einen Schnitt nach der Linie A-A der Eigur 1, 20 Eigur 3 einen Schnitt nach der Linie B-E der Eigur 1,

Eigur 4 einen Schnitt nach der Linie C-C der Eigur 1,

Eigur 5 einen Schnitt nach der Linie D-D der Eigur 1 und

Eigur 6 ein Schema des Verteilungssystems für die Zwangs-v lui·t.

25 Auf Eigar 1 ist schematisch ein Schnitt durch éine Bege-neratortrennwand 1 mit dem darüber angeordneten Heizzug 2 , - 10- ti arge stellt, in dessen unterem Abschnitt der Brenner 3 für das Starkgas mündet. Erfindungsgemäß ist die Brennerrohrleitung als Doppelmantelrohr ausgebildet und erstreckt sich von der Sohlkanaldecke 4 aus durch die Regenerator-3 trennwand 1 und die Heizzugsohle 5 in den Heizzug 2. Der Mantelrohrbrenner besteht aus äußeren Mantelrohrst einen 6 mit einer mittleren zylindrischen Bohrung 7 und einem in der Bohrung angeordneten, im wesentlichen ringförmigen - Eingstein 8, dessen Außendurchmesser kleiner als der Durch 10 messer der Bohrung 7 ist.

Die unterschiedliche Ausbildung des Mantelrohrbrehhers in den einzelnen Höhenlagen ergibt sich aus den Figuren 2 bis 4. Figur 2 ist ein Schnitt nach der Linie A-A der Figur 1. In dem Abschnitt des Brenners, der in den Heizzug hinein-15 ragt (bei der dargestellten Ausführungsform sind dies die vier oberen Lagen) besteht der innere Hingstein 8 aus eine: einfachen Hohlzylinder, dessen Außenwandung mit der die Bohrung.7 begrenzenden Wandung einen Ringraum 9 bildet. Be den darunter befindlichen Lagen sind die inneren Ringstein 20 8 mit drei Ansätzen 10 (Figur 3) versehen, die sich radial bis zur Wandung der Bohrung des äußeren Kant eirohrst ein es 6 erstrecken und an diesen anliegen, so daß drei symme-irisch angeordnete Mantelrohrkanäle 11 gebildet werden.

• Bei den ausgehend von der Sohlkanaldecke 4 unteren vier 25 oder fünf Lagen der Brennersteine sind die Ansätze 10 aus Stabilisationsgrönden mit Zapfen 12 versehen, die in die Mantelrohrsteine 6 hineinragen.

Die Zuführung des Starkgases zu dem durch den Ringstein 8 ! gebildeten Innenrohr 13 erfolgt in bekannter Weise über 30 Stichleitungen 14, die von nicht dargestellten Samellei-tungen abzweigen (Bild 1 ). Die Leitungen 14 sind in Höhe der Sohlkanaldecke mit einem Stützkragen 15 versehen, der als Auflage für den untersten Ringstein 8 jedes Brenners dient. Unterhalb des Stützkragens 13 ist die Stiehl eitung V f - 11 - 14 von einen ringförmigen Anschlußraum 16 zur Zufuhr der Zwangsluft umgeben, der mit den Kantelrohrkanälen 11 in Verbindung steht.

Wie sich aus Figur 5 ergibt, ist der Anschlußraum 16 mit 5 einem tangential angebrachten Stutzen 17 versehen, der über, ein Regulierventil 18 und eine Stichleitung 19 sit der Sammelleitung 20 für die Zwangsluft verbunden ist.

Aus Figur 1 ergibt sich, daß der Kantelrohrstein und der Ringstein, aus denen der Kantelrohrbrenner aufgebaut ist, 10 in der Höhe versetzt zueinander angeordnet sind. Die Stein bestehen vorzugsweise aus feuerfestem Katerial. Die einzelnen übereinander angeordneten Lagen der Steine greifen mit Nut und Feder ineinander.

Figur 6 ist eine schematische Darstellung des Verteilungs- 19 Systems für die Zwangsluft, die Kengenregelung und die Regelung für das Verhältnis von Luft und Unterfeuerungsabgas, das im Bedarfsfall zusammen mit der Zwangsluft eingeleitet wird.am Beispiel einer Zwillingszugbeheizung.

Auf der Zeichnung sind fünf Heizwände mit Zwillingszügen 20 dargestellt, wrobei zur Kennzeichnung des sich in je einer h) Hälfte des Zwillingszuges befindlichen Brenners gerade und ungerade Zahlen benutzt werden. Bei dem dargestellten Beheizungsschema werden während einer Umstellperiode entweder die mit geraden Zahlen versehenen Brenner oder 25 die ungeradzahligen Brenner aller Heizwande beaufschlagt. Alternativ kann jedoch auch eine von Eeizwand zu Heizwand wechselnde Schaltung von geraden und ungeraden Brennern installiert werden.

Die Sammelleitungen 20a und 20b sind in zwei voneinander 30 getrennte Leitungssysteme auf geteilt, von denen das eine die Brenner mit ungeraden Nummern und das andere die - 12 -

Brenner mit geraden Nummern versorgt. Mit Hilfe der Umstellventile 21a und 21b kann die Zwangsluftzufuhr synchron und im Bhythmus der Beheizung umgestellt werden.

Mit 22 ist das Gebläse bezeichnet, mit dem die Zwangsluft 5 aus der Leitung 23, gegebenenfalls zusammen mit Unter- -feuerungsabgas, in die Sammelleitungen 20a und 20b gedrückt wird. Die Unterfeuerungsabgase werden über die Leitung 24- in den Kamin 25 geleitet; ein Teilstrom kann im Bedarfsfall über die Leitung 26 abgezogen werden. Die 10 Verhältnisregelung erfolgt mit den Ventilen 27» die Mengen einstellung in Abhängigkeit vom Sauerstoffgehalt in den Unterfeuerungsabgasen durch Bypass-Eegelung mittels Ventil 28, das in dem Bypass 29 angeordnet ist.

Selbstverständlich ist das beschriebene Verfahren auch 15 auf andere Beheizungssysteme sinngemäß anwendbar.

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Claims (18)

1. Verfahren zur Regulierung der Flammenlänge und zur Optimierung der vertikalen Temperaturverteilung in den mit Starkgas "beheizten Heizzügen von Koksöfen, denen das Stark-Nj gas über Leitungen zugeführt wird, die vom Düsenkeller der

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung der Zwangsluft über einen die Brenner-mündung umgebenden Ringraum erfolgt.

3· Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der als Zwangsluft zugeführte Teil der Ver-20 brennungsluft pro Heizzug weniger als $0 Y0I.-/3, vorzugsweise 3 bis 13 Vol.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Verbrennungsluft, beträgt.

4-, Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusammen mit der Zwangsluft kalte Verbren-25 nungsabgase zugeführt werden. / er ss lL f* £ ^ Ή ΓΊ Π % R r· - 2 - das Mischungsverhältnis von Zwangsluft und Verbrennungs-abgasen maximal 1:2, vorzugsweise 2 : 1 bis 1 : 1 beträgt .

5 Ofenbatterie aus durch die jeweils darüberliegende Begene-ratortrennwand verlaufen und in einem Brennerkopf enden, der im unteren Abschnitt des Heizzuges angeordnet ist, während die in den Regeneratoren aufgeheizte Verbrennungsluft durch Öffnungen am Fuß des Heizzuges in diesen eintritt, 10 dadurch gekennzeichnet, daß den einzelnen Eeizzügen ein regulierbarer Teil der für die Verbrennung benötigten Verbrennungsluft als Zwangsluft mittels eines Gebläses in unmittelbarer Rahe der Kündung des Brennerkopfes zugeführt wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den 5 Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Lei-• tung zur Zufuhr des Starkgases und der Zwangsluft aus einem aus Hingsteinen aufgebauten Doppelmantelrohr besteht, das sich von der Sohlkanaldecke (4) durch die Be-generatortrennwand (1) erstreckt und in einen als Doppel-10 mantelbrenner ausgebildeten Brennerkopf (3) mündet, wobei das Innenrohr (13) an die Starkgasleitung und ein dieses umgebender Bingraum (9, 11) an eine Leitung zur Zufuhr der Zwangsluft und gegebenenfalls von Verbrennungsabgas angeschlossen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung zur Zufuhr des Starkgases und der Zwangsluft aus einzelnen übereinander angeordneten äußeren Man-! telrohrsteinen (6) mit einer im wesentlichen kreisförmi gen zentralen Bohrung (7) und inneren ringförmigen Steiner j 20 (6) besteht, die innerhalb der zentralen Bohrung jedes l · Mantelrohrsteines unter Bildung freier Durchgänge (9, 11) I '0 zwischen der Innenwandung des Mantelrohrsteines und der | ' Außenwandung des ringförmigen Steins angeordnet sind. [

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7» dadurch ge- 25 kennzeichnet, daß die inneren ringförmigen Steine (S) am l Brennerkopf (3), vorzugsweise in dem Bereich, in dem die | Leitung in den Heizzug (2) hineinragt, rohrförmig ausge- | bildet sind und zwischen der Innenwand des äußeren Mantel- rohrsteines (6) und der Außenwand des ringförmigen Steins 30 ein ringförmiger Banal (9) freibleibt. j I y

9· Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch ge- 'Λ t V « - 3 - kennzeichnet, daß die ringförmigen Steine (8) im Bereich der Regeneratortrennwand (1) mit mehreren, vorzugsweise drei symmetrisch angebrachten Ansätzen (10) versehen sind, die die Innenwand der Mantelrohrst eine berühren, wobei * 5 zwischen den Ansätzen Burchströmkanäle (11) freibleiben.

10. : Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansätze der unteren, vorzugsweise der unteren vier bis fünf lagen der ringförmigen Steine, die sich an die Sohlkanaldecke (4) anschließen, mit --*) 10 Zapfen (12) in die äußeren Kantelrohrsteine (6) eingelas sen sind.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Querschnittsflächen des Zwangsluft führenden Ringraumes (9» 11) und des Brenn- 15 gas führenden Innenrohres (13) so gewählt wird, daß die Austrittsgeschwindigkeiten "beider Medien bei mittlerer Beaufschlagung mit Zwangsluft etwa gleich groß sind.

12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Mantelrohrsteine (6) ge- 20 genüber den innen angeordneten ringförmigen Steinen (8) in unterschiedlichen EÖhen versetzt zueinander angeordnet sind.

13· Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 "bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschluß!eitung (14) für das Stark-25 gas im Bereich der Sohlkanaldecke (4) mit einem Stützkragen (15) versehen ist, der als Auflage für den untersten inneren ringförmigen Stein dient und daß die Anschlußleitung für das Starkgas unterhalb des Stützkragens von einem ringförmigen Anschlußraum (16) zur Zufuhr der Zwangsluft 30 und gegebenenfalls des Verbrermungsabgases versehen ist, der mit den Durchströmkanälen (11) in Verbindung steht. U - 4 - Λ J

14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 his 13, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Anschlußraum (16) mit einem tangential anschließenden Anschlußstutzen (1?) versehen ist, der mit der Sammelleitung (20) für die Zufuhr 5 der Zwangsluft und gegebenenfalls von Verbrennungsabgasen in Verbindung steht.

15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Anschlußstutzen (17) des ringförmigen Anschlußraumes und der Sammelleitung (20) .12) 10 für die Zufuhr der Zwangsluft und der Verbrennungsabgase eine Lochblende oder ein Regulierventil (18) angeordnet ist, mit dem die dem entsprechenden Brenner zugeführte Kenge dosierbar ist.

16. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 15, dadurch ge-15 kennzeichnet, daß die Verteilung und die Zufuhr der Zwangsluft, gegebenenfalls in Kischung mit Verbrennungsabgasen, in der für die Starkgasverteilung bekannten Weise unter der Ofendecke im Düsehkeller über Sammelleitungen (20) und von diesen abzweigende Stichleitungen (19) erfolgt, 20 die zu den Doppelmantelrohren führen. r>> • J

17. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 16, dadurch ge kennzeichnet, daß die die Zwangsluft und gegebenenfalls damit vermischte Verbrennungsabgase führenden Sammelleitungen (20) in zwei getrennte Leitungssysteme (20a, 20b) 25 auf geteilt sind, von denen das eine mit den Brennern mit den ungeraden Nummern und das andere mit den Brennern mit geraden Nummern angeschlossen ist, wobei die Umstellung synchron und im Rhythmus der Beheizung durch zwei in die Leitungssysteme eingebaute Umstellventile (21a, 21b) 50 erfolgt.

18. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 17, dadurch ge- '/ L * , » .-5- kennzeichnet, daß vor dem Gebläse (22) für die Zwangsluft eine Verhältnisregelung (27) vorgesehen ist, die das Verhältnis von Luft zu Verbrennungsabgas regelt, während die Mengenregelung für die gegebenenfalls mit Verbrennungs 5 abgasen gemischte Zwangsluft über den Bypass (29) mït Ventil (28) erfolgt. Χλ,ΜΧν ,P) vx' Ö n