Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Nutzung der Abwärme und zur Gewinnung von Wassergas
beim Kühlen von aus einem Kammerofen ausgestoßenem, glühenden Koks in zwei Stufen nach Patentanmeldung
P 31 12 256.6-24.
Aus der DE-OS 24 55 496 ist eine Einrichtung zur Trockenkühlung von Koks bekannt, die aus einem aufrechtstehenden
Behälter mit oberer Kokszufuhr und Austragung des ge-
IQ kühlten Kokses am unteren Ende besteht, wobei im unteren
Bereich des Behälters die Zuleitung und im oberen Bereich die Ableitung eines im Kreislauf geführten Kühlgases vorgesehen
ist. Wie bei allen Anlagen mit ausschließlicher Trockenkühlung des Kokses auf eine hinreichend niedrige
5 Austrittstemperatur ergeben sich auch bei dieser Einrichtung ein großer Zeit- und Raumbedarf für die Kühlung.
In der DE-OS 25 33 606 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abkühlen von Koks angegeben, wobei in
einer ersten Kühlstufe die Temperatur des Kokses durch Hindurchleiten von Inertgas auf etwa 315 bis 425°C und
anschließend in einer zweiten Kühlstufe durch Aufsprühen von Wasser noch weiter gesenkt wird. Durch einen
relativ großen Bauaufwand wird hier verhindert, daß der in der zweiten Kühlstufe gebildete Wasserdampf
in den Behälter der ersten Kühlstufe eindringt.
In der DE-PS 47 2 510 ist ein Verfahren zur trockenen Kühlung von garem Koks mittels indifferenter Gase beschrieben.
Durch Zugabe von Wasser zum Kühlgas wird in der Koksschüttung Wassergas erzeugt, das an einer Wärmenutzstelle
verbrannt wird.
Außerdem sind noch Verfahren bekannt, bei denen glühender Koks mit Wasserdampf gekühlt wird. Jedoch erfolgen
dabei das Herstellen von Wassergas und das Austragen des gekühlten Kokses nur diskontinuierlich (vgl. DE-PSen
BAD ORiQfMAL
413 372, 414 138 und 490 981) oder es werden außer Wasser
oder Wasserdampf noch weitere Kühlmittelkomponenten benötigt (vgl. DE-PS 567 067 und DE-OS 28 08 804).
Gegenüber diesem Stand der Technik bringen das Verfahren
und die Einrichtung gemäß der Patentanmeldung P 31 12 256.6-24 den Vorteil einer einfachen und raschen
Gewinnung der Abwärme aus dem Koks unter gleichzeitiger Bildung von regelbaren Mengen an Wassergas.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Kühlen des Kokses und damit die Gewinnung der Abwärme und des
Wassergases noch weiter zu beschleunigen, Hitzenester im ausgetragenen Koks zu vermeiden und einen Koks von
gleichbleibend hoher Qualität aus der Kühleinrichtung kontinuierlich auszutragen.
Diese Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, wobei 20
a) in einer ersten, trockenen Kühlstufe ein Gemisch aus
Wassergas und Wasserdampf in den unteren Bereich einer Kühlzone eintritt, im Gegenstrom durch die
in der Kühlzone absinkende Koksschüttung unter Wänreaufnahme aufsteigt, im oberen Bereich der Kühlzone
aus dieser austritt, in einer Wärmesenke zurückgekühlt, gereinigt und dann im Kreislauf wieder in den
unteren Bereich der Kühlzone eingeführt wird, wobei dem zurückgeführten Gasgemisch vor dem Eintritt in
die Kühlzone eine Teilmenge entnommen werden kann, sowie
b) in einer zweiten, nassen Kühlstufe bei einer gegenüber der ersten Kiihlstufe niedrigeren Kokstemperatur
Wasser in eine Löschzone eingespeist wird sowie der dort gebildete Wasserdampf durch die Koksschüttung
teilweise nach oben in die Kühlzone und teilweise nach unten in eine Austragszone geleitet, von dort
- 2
abgezogen, gereinigt und in die Umgebung abgeführt und/oder in die Löschzone rückgespeist wird,
und der gekühlte Koks über die Austrag zone ausgetragen wird.
Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß sowohl in der ersten Kühlstufe das Gemisch aus Wassergas und Wasserdampf,
als auch in der zweiten Kühlstufe das Löschwasser bzw. der daraus gebildete Wasserdampf und der zurückgeführte
Wasserdampf die Koksschüttung von innen nach außen durchströmen. . .
Bei dieser Verfahrensweise treffen das kalte Kühlgas, das
Löschwasser und der in die Löschzone zurückgeführte Wasserdampf
jeweils auf die heißesten, d.h. inneren Bereiche der Koksschüttung. Die Kühlmedien werden gezwungen, die
Koksschüttung vollständig zu durchdringen. Es kann daher der Fall nicht eintreten, daß die Kühlmedien die Koksschüttung
z.B. nur in den äußeren Bereichen der Kühlbzw. Löschzone durchströmen und dabei einerseits an der
Wandung der Kühl- bzw. Löschzone Verluste an Kühlkapazität erleiden und andererseits in der Mitte der Koksschüttung
Hitzenester zurücklassen. 25
Vorzugsweise wird die Koksschüttung in Fcrm eines Ringstromes
durch die Kühlzone und die Löschzone geführt. Dadurch wird ein geschlossener Koksstrom erhalten, der
den Kühlmedien eine große Kontaktfläche bietet.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens
wird der zu kühlenden Koksschüttung zusätzlich an ihrer Außenseite Wärme entzogen. Dadurch wird die Abkühlung
des Kokses und damit die Gewinnung der Abwärme und des aus dem Löschwasser gebildeten Wassergases noch weiter
beschleunigt.
Es hat sich a?.s zweckmäßig erwiesen, diesen zusätzlichen
Wärmeentzug mittels eines Siede-Kühlsystems durchzuführen.
Ein solches System ist aufgrund der hier ausgenutzten, relativ hohen Verdampfungswärme besonders gut
geeignet, in kurzer Zeit große Wärmemengen aufzunehmen.
Die Merkmale der Einrichtungsansprüche beziehen sich auf eine zweckmäßige Ausführungsform einer Einrichtung
zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens.
Nachstehend ist das Verfahren gemäß der Erfindung anhand der Zeichnunq eines Ausführungsbeispiels einer Einrichtung
zum Ausüoen dieses Verfahrens erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 schematisch einen Teil eines Längsschnittes durch die wichtigsten Teile der Einrichtung;
Fig. 2 schematisch einen Teil eines Längsschnittes
durch die Einrichtung im Bereich der Kühlgasableitung mit anschließendem Grobabscheider und
Fig. 3 schematisch einen Teil eines Querschnitts durch die Einrichtung gemäß Schnittlinie A-A in Fig.
Die in der folgenden Figurenbeschreibung erwähnten, aber in der Zeichnung nicht dargestellten Teile der Einrichtung
sind .in der Zeichnung der Patentanmeldung P 3112 256.6-24 2Q enthalten.
Gemäß Fig. 1 umfaßt die Einrichtung jeweils untereinanderliegend eir.en Füllschacht 1, eine verschließbare Vorkammer
2, eine Kühlkammer 3, eine Löschkammer 4 mit einer Wassersprühvorrichtung 5, ein Entnahmegehäuse 6 und einen Austragschacht
7.
BAD ORlGrMAL
-ιοDie Vorkammer 2, die Löschkammer 4 und dat. Entnahmegehäuse
6 weisen jeweils einen nach unten trichterförmig verjüngten Auslaß 8, 9, 10 auf.
Die Vorkammer 2 weist einen oberen konischen Teil 2a auf, der an den Füllschacht 1 angeschlossen ist und sich
nach unten konzentrisch erweitert. Der obere Teil 2a geht in einen" zylindrischen ersten mittleren Teil 2b
der Vorkammer 2 über, an den sich ein zweiter mittlerer Teil 2c, der nach unten konzentrisch verjüngt ist, anschließt.
Der konzentrisch verjüngte, zweite mittlere Teil 2c läuft in einen zylindrischen unteren Teil 2d
aus.
Die Kühlkammer 3 ist in ihrer äußeren Begrenzung
zylindrisch. Auf etwa zwei Drittel ihrer oberen Hälfte ist die Kühlkammer 3 in ihrer Mitte mit einem Leitelement
11 für die Koksschüttung versehen. Das Leitelement 11 besteht aus einem oberen, sich kegelförmig
nach u:,ten erweiternden Abschnitt 11 a mit einer abgerundeten Kegelspitze 11b sowie einem unteren zylindrischen
Abschnitt 11c.
In der Kühlkammer 3 liegen unter dem Leitelement 11
sowie seitlich unter dem Auslaß 8 der Vorkammer 2 jeweils ein von der Koksschüttung freibleibender Raum 12,
13 vor.
Von dem freien Raum 13 in der Kühlkammer 3 führt eine
Kühlgasableitung 14 über eine in der Fig. 2 dargestellte Wärmesenke 15, einen Zyklonabscheider 16,
sowie über ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Gebläse und tritt gemäß Fig. 1 als Kühlgaszuleitung 17
von unten wieder in die Kühlkammer 3 ein. Dabei erstreckt sich die Kühlgas-
BAD
zuleitung 17 axial nach oben durch das Entnahmegehäuse 6
und die Löschkammer 4 bis in den freien Raum 12 unter dem Leitelement 11 in der Kühlkammer 3.
An das Ende der Kühlgaszuleitung 17 schließt sich ein
Rohrstutzen 18 mit radialen Austrittsöffnungen 17a
für das Kühlgas an. Der Rohrstutzen 18 ist an seinem
oberen Ende mit einer Platte 19 verschlossen, die über äen Rohrstutzen 18 radial übersteht und mit ihrem Rand
als Auflage für die Innenseite des oberen kegelförmigen Abschnitts 11a des Leitelements 11 dient.
In der unteren Hälfte der Kühlkammer 3 ist ein weiteres Leitelement 20 mit einem oberen kegelstumpfförmigen
Abschnitt 20a und einem unteren zylindrischen Abschnitt 20b für die Koksschüttung angeordnet. Der Abschnitt 20a
ist mit seinem oberen Ende an der Kühlgaszuleitung 17 dicht befestigt.
Unter dem Leitelement 20 liegt ein von der Koksschüttung
freibleibender Ringraum 21 der Löschkammer 4, in dem die Wassersprühvorrichtung 5 angeordnet ist.
Diese ist als ein mit Löschwasseraustrittsöffnungen 5a versehenes Ringrohr ausgebildet.
Vom Entnahmegehäuse 6 führt eine Wasserdampfableitung
über einen Zyklonabscheider 23 und ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Gebläse zu einer Wasserdampfzuleitung
24, an die auch ein in der Zeichnung nicht dargestelltes, ins Freie führendes Abdampfrohr angeschlossen
ist.
Die Wasserdampfzuleitung 24 tritt- von unten axial in die
Löschkammer 4 ein, wobei die Wasserdampfzuleitung 24 die Kühlgaszuleitung 17 koaxial umgibt und in dem Ringraum
21 unter dem Leitelement 20 endet.
Die Wandungen der Vorkammer 2 und der Kühlkammer 3 weisen jeweils einen wasserdurchflossenen Ring-Kühl-5.
mantel' 25a, 25b auf, die durch Kühlrohre 25c, 25d miteinander verbunden sind.
Die Kühlrohre 25c verbinden das obere Ende des Kühlmantels 25b der Kühlkammer 3 mit dem Kühlmantel 25a
am. mittleren zylindrischen Teil 2b der Vorkammer 2 und erstrecken sich dabei gitterartig durch den Anfangsabschnitt
der Kühlgasableitung 14. Die Kühlrohre 25c verlaufen parallel zur Achse 26 der Einrichtung (vgl.
Fig. 2) und sind im gleichen Abstand von dieser
1^ Achse 26 angeordnet wie der Kühlmantel 25a am Teil 2b
der Vorkammer 2 und wie der Kühlmantel 25b der Kühlkammer 3 (vgl. Fig. 3).
Die Kühlrohre 25d verbinden das obere Ende des Kühl-υ
mantels 25b mit dem unteren Ende des Kühlmantels 25a am unteren zylindrischen Teil 2d der Vorkammer 2 und
erstrecken sich dabei im Bereich des freien Raumes durch den Anfangsabschnitt der Kühlgasableitung 14.
Die Kühlrohre 25d verlaufen vom oberen Ende des Kühlmantels
25b der Kühlkammer 3 schräg aufwärts radial zur Achse 26 der Einrichtung und münden in dem unteren
Ende des Kühlmantels 25 a der Vorkammer 2.
In der Fig. 3 ist ein Querschnitt entsprechend der Schnittlinie A-A in Fig. 2 dargestellt und zeigt
die bezüglich der Achse 26 der Einrichtung auf einer Kreislinie regelmäßig angeordneten Kühlrohre 25c im
freien Querschnitt der Kühlgasableitung 14.
Um die Kühlmäntel 25a, 25b vor Verschleiß und überhitzung
zu bewahren, sind sie mit einem schützenden Material 27 verkleidet.
BAD ORIGINAL
A -
Unterhalb des Austragsschachtes 7 ist ein Drehteller 2 angeordnet. Er gewährleistet eine gleichmäßige Austragung
de^ gekühlten Kokses, wobei die Bewegung des
Drehtellers 28 eine weitere Durchmischung des Kokses beim Austrag bewirkt und somit gegebenenfalls in noch
geringerem Ausmaß vorliegende Bereiche der Koksschüttung mit unterschiedlichen Temperaturen ausgleicht.
Unterhalb des Drehtellers 28 ist eine trichterförmige Auffangvorrichtung 29 für den Koks angebracht, deren oberer
Rand den Rand des Drehtellers 28 im Abstand umgreift.
Unterhalb der Austrittsöffnung 30 der Auffangvorrichtung
• 29 ist eine Fördervorrichtung 31 ,z.B. ein Förderband, zum Abtransport des Kokses vorgesehen.
Das erfindungsgemäße Verfahren verläuft wie folgt:
Wie bei der bekannten Trockenkühlung mit Inertgas wird der Koks unter Luftabschluß chargenweise von oben durch
den Füllschacht 1 in die Einrichtung eingebracht und unten kontinuierlich durch den Austragschacht 7 ausgeschleust.
Auf seinem Weg durch die Vorkammer 2# die Kühlkammer 3 und die Löschkammer 4 wird der Koks von ca.
1100°C beim Eintritt auf ca. 1000C beim Austritt abgekühlt.
Die Vorkammer 2 ermöglicht als Zwischenspeicher mit stoßweiser Zunahme und allmählichem Absinken des
Füllstandes einen stationären Betrieb der Kühlkammer 3, die einen Innendurchmesser von z.B. 5 m aufweist. In der
Kühlkammer 3 wird ein im wesentlichen aus Wassergas (C0+H-) und Wasserdampf bestehendes Kühlgas von der Mitte der
Koksschüttung aus im Gegenstrom durch den Koks geleitet
und dabei von ca. 150°C am Ende der Kühlgaszuleitung 17 auf ca. 600 bis 85O°C am Anfang der Kühlgasableitung
14 erhitzt. Die letztgenannte Temperatur von"600°C des Kühlgases gilt für die Erzeugung der Maximalmenge
an Wassergas in der heißen Zone der Kühlkammer 3. Das Wassergas entsteht hierbei gemäß der endothermen Reaktion
C+H2O >CO+H_ aus dem Wasserdampf (H2O) im Kühlgas
und dem Kohlenstoff (C) im Koks. Durch diese Reaktion wird dem Koks ein Teil der zu gewinnenden Wärme entzogen,
wodurch seine Temperatur sinkt. Die Abmessungen und die Betriebsdaten der Einrichtung sind so aufeinander abgestimmt,
daß der Koks beim Eintritt in die Löschkammer 4 bis auf unter 400°C abgekühlt ist.
Das über den freien Raum 13 in der Kühlkammer 3 in die Kühlgasableitung 14 abströmende heiße Kühlgas wird in
der Wärmesenke 15, z.B. einem Abhitzekessel zur Erzeugung von höher gespanntem Sekundärdampf als Arbeitsfluid
eines Dampfkraftprozesses, auf ca. 150 C abgekühlt und in dem Zyklonabscheider 16 vom mitgeführten
Koksstaub gereinigt. Anschließend wird das Kühlgas mittels eines Gebläses in die Kühlgaszuleitung 17
zur Kühlkammer 3 geführt.
An die Kühlgaszuleitung 17 ist eine Kühlgasentnahmeleitung angeschlossen, über die ein Teil des Kühlgases zur
Fremdverwercung des darin enthaltenen Wassergases abgezogen werden kann.
Im stationären Fall entspricht der Massenanteil des Wassergases in der Kühlgasentnahmeleitung der Wassergaserzeugung
in der Koksschüttung. Zum Ausgleich des mit dem entnommenen Kühlgas abgeführten und des bei der
Wassergaserzeugung verbrauchten Wasserdampfes wird eine äquivalente Menge Wasser über die Wassersprühvorrichtung
5 in die Löschkammer 4 eingegeben. Die als Löschwasser in die Wasser sprühvorrichtung 5 eingespeiste Wassermenge
kann auch diejenige Wassermenge enthalten, die beim Kondensieren des im entnommenen Kühlgas enthaltenen
Wasserdampfes entstanden ist."
In der Löschkammer 4 wird das Löschwasser mittels der Wassersprühvorrichtung 5 in dem Ringraum 21 in Richtung
auf die noch heiße Koksschüttung versprüht. Die durch Verdampfen des Löschwassers erzeugte Dampfmenge entspricht
der Summe der Dampfteilmengen, die von der Löschkammer einerseits nach oben in die Kühlkammer 3 und andererseits
nach unten durch den trichterförmigen Auslaß 9 der Löschkammer 4 über das Entnahmegehäuse 6, die Wasserdampfableitung
22, den Zyklonabscheider 23 und ein Gebläse abgeleitet werden. Nach dem Gebläse wird der Wasserdampfstrom
wahlweise über eine Abdampfleitung ins Freie und/
oder über die Wasserdampfzuleitung 24 wieder der Löschkammer
4 zugeführt. Der durch die Wasserdampfableitung und die Wasserdampfzuleitung 24 fließende Umlaufstrom
des Wasserdampfes ermöglicht zusammen mit der Einstellung der über das Abdampfrohr entnommenen Wasserdampfmenge
eine Angleichung des Dampfdruckes im Austragschacht 7 an den Umgebungsdruck sowie eine Regelung des von der
Löschkammer 4 in die Kühlkammer 3 abgeleiteten Dampfteilstroms. Dieser Teilstrom ist zwischen dem Wert 0/ bei dem
die gesamte, in der Löschkammer 4 erzeugte Dampfmenge durch das Abdampfrohr ins Freie geleitet wird,und einem
mit dieser Dampfmenge bei geschlossenem Abdampfrohr übereinstimmenden
Maximalwert einstellbar. Die jeweilige Einstellung ist gekennzeichnet durch den überdruck des
zurückgeführten Dampfes in der Löschkammer 4 gegenüber dem Gasdruck beim Eintritt des Kühlgases aus der Kühlgaszuleitung
17 in die Kühlkammer 3, wobei dieser Gasdruck seinerseits vom Druckabfall des Kühlgases in der
Kühlkammer 3 und dem mit dem Umgebungsdruck übereinstimmenden
Gasdruck in der Vorkammer 2 bestimmt ist. Mit dem aus der Löschkammer 4 in die Kühlkammer 3 abgeleiteten
Dampfstrom ändert sich die Wassergaserzeugung, die Zusammensetzung des Kühlgases und der über die Kühlgasentnahmeleitung
aus dem System abgeführte Kühlgasstrom.
Zur Reinigung des in der Löschkammer 4 gebildeten und durch die Wasserdampfableitung 22 abgeführten Wasserdampfes
können auch mehrere Abscheider, z.B. vier Zyklonabscheider mit einem Grenzkorndurchmesser von 0,015 mm,
eingesetzt werden.
Bei einem Koksdurchsatz von 100 t/h wird für die Umwälzung des Kühlgases durch die Kühlkammer 3 eine Gebläseleistung
von etwa 250 KW, für die Umwälzung des Wasserdampfes durch die Löschkammer 4 eine Gebläseleistung von etwa
165 KW gewählt. - ·
BAD ORIGINAL
Die Koksschüttung wird in der Vorkammer 2 und der Kühlkammer
3 zusätzlich mittels des Siede-Kühlsystems gekühlt. Dabei wird ein Teil der Kokswärme von den Kühlmänteln 25a,
25b der Vorkammer 2 und der Kühlkammer 3 aufgenommen. In den Kühlmänteln 25a, 25b und in den Kühlrohren 25c,25d
fließt Wasser mit einer Temperatur von 1000C, welches
somit das Siede-Kühlsystem darstellt. Diese zusätzliche Wärmeabführung verkürzt nicht nur die Kühlzeit für den
Koks, sondern hilft auch sehr starke Wärmeausdehnungen ,Q der verschisdenen Wandelemente der Vorkammer 2 und der
Kühlkammer 3 vermeiden, da die Temperatur des Siede-Kühlsystems
1000C nicht übersteigt und eine konstante Außentemperatur
der Vorkammer 2 und der Kühlkammer 3 sicherstellt.
Der gekühlte Koks tritt über das Entnahmegehäuse 6 und den Austragschacht 7 auf den Drehteller 28 und wird dort
durch dessen Bewegung erneut durchgemischt, wobei gegebenenfalls noch vorhandene Temperaturunterschiede in der
Koksschüttung ausgeglichen werden. Der über den Rand des Drehtellers 28 fallende Koks wird von der Auffangvorrichtung
29 aufgenommen und über deren öffnung 30 einem Förderband 31 zugeführt, das den Koks wegtransportiert.
In der Fig. 1 wird durch den Pfeil 32 der Weg des Kühlgases
aus der Kühlgaszuleitung 17 über die Kühlkammer 3 in die Kühlgasableitung 14, durch den Pfeil 33 der Weg
des Wasserdampfes von der Wasserdampfzuleitung 24 über
die Löschkammer 4 und das Entnahmegehäuse 6 zur Wasserdampfableitung
22 sowie durch den Pfeil 34 der Austritt des Löschwassers aus der Wassersprühvorrichtung 5 erläutert.
In Fig. 2 bedeuten der Pfeil 35 den Eintritt von Siedewasser von ca. 1000C für das Siede-Kühlsystem in den
Kühlmantel 25b und der Pfeil 36 den Austritt des Wasser-Wasserdampf-Gemisches dieses Kühlsystems aus dem Kühlmantel
25a.
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