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Verfahren und Vorrichtung zum Erhitzen fein -körniger Kohlen Beider
Erzeugungvon Hochtemperaturkoks in außenbeheizte Horizontalkammern wird die Kohle
seit langem in einer feinen Körnung z. B. unter 3 mm eingesetzt, um die Fülldichte
des Besatzes zu erhöhen. In neuerer Zeit wird diese feinkörnige Besatzkohle auch
durch Erwärmen vorgetrocknet, etwa auf eine Restfeuchte von 2 Ges.%, um die Verkokung
kammern selbst von der Aufgabe der Kohlentrocknung zu entlasten. Durch eine solche
Vortrocknung wird die Garungszeit verkürzt und die Durchsatzleistung der einzelnen
Kokskammererhöht.
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Weitere Forschungen haben ergeben, daß es noch vorteilhafter ist,
die Kohle vor dem Einbringen in die Kokskammern auf Temperaturen über 1500C, etwa
auf 200 bis 3000C, vorzuerhitzen und zugleich auch vollständig zu trocknen.
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Eine solche Vorbehandlung wirkt sich in einer weiteren Erhöhung der
Schüttdichte der Besatzkohle und in einer weiteren Verkürzung der Garungs zeit wie
auch in einer merklichen Qualitätsverbesserung des erzeugten Kokses aus, Außerdem
werden durch eine solche Vorbehandlung auchKohlen mit einem höheren Gehalt an flüchtigen
Bestandteilen für die Verkokung inHorlzontalkammern brauchbar. Allgemein werden
durch eine Vorerhitzung der Kohle auf Temperaturen über 1 500C eine wesentliche
Leistungssteigerung
der Koksöfen und eine Verbesserung der Koksquali
tät erreicht, die den Aufwand für diese Vorbehandlung reichlich auf~ wiegen, Zur
Trocknung von Feinkohle sind verschiedene Vorrichtungen bekannt, z. B. Fhgstrom-Trockner,
Wirbelschicht-Trockner und DrehrohrTrock ner. Sie haben sich für die Trocknung vonfeinkörnigen
Kohlen auf eine ge ringe Restfeuchtebewährt, verlieren aber ihre Wirksamkeit in
starkem Maße, wenn die Kohle auf Temperaturen oberhalb 1500C erhitzt werden soll.
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Flugstromtrocknerkönnen nur im Gleichstrom von Kohle und Trick~ nungsgas
betrieben werden. Dabei sind die Endtemperaturen der erhitzten Kohle und des Aufheizgases
praktisch gleich, während die Anfangstemperatur desAufheizgases erheblich höher
ist als die der Kohle.
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Diese Temperaturdifferenz birgt die Gefahr einer teilweisen Überhitzung
der Kohle beim Zusammentreffen mit dem heißen Gas. Die heftige Bewegung der Kohle
im Flugstrom und die rasche, schockartige Erhitzung können auch zu einem mechanisch
oder thermisch bedingten Zerfall der Kohlekörner führen. Diese Mängel einer Gleichstromführung
von Kohle und Aufheizgas können bezüglich einer thermischen Veränderung der Kohle
dadurch gemildert werden daß die Flugstromtrocknung in mehren ren hintereinandergeschalteten
Stufen ausgeführt wird. Eine solche mehrstufige Arbeitsweise verursacht aber einen
beträchtlichen Aufwand an Investitions- und Betriebskosten und erhöht die Gefahr
einer mechanischen Zerkleinerung der Kohle.
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Ähnliches gilt etwa auch für die Erhitzung der Kohle in einer Wirbelschicht.
Wird die Erhitzung in einer einzigen Wirbelschicht ausgeftlhrt, dann ist die Verilzeit
der Kohlepartikel uneinheitlich,und teilweise
Überhitzungen sind
schwer auszuschließen. Eine mehrstufige ErhitZ zung in mehreren hintereinandergeschalteten
Wirbelschichten mit Gegenstromführungvon Kohle und Aufheizgas bedeutet eine beträchtliche
Komplikation der Anlage und ihres Betrebes.
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Die wärmewirtschaftlich vorteilhaftere Gegenstromführung von Kohle
und Aufheizgas ist am ehesten noch im Drehrohrofen zu realisieren.
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Aber auch hierbei kann leicht eine teilweise Überhitzung der Kohle
ein~ treten, so daß diese angeschwelt und oxydiert wird undan Backvermö gen einbüßt.
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Es wurde gefunden, daß feinkörnige Kohle in besondereseinfacher WeiZ
se und ohne die Gefahr von Überhitzungen auf eine vorgegebene Endteil peratur erhitzt
werden kann, wenn die Kohle in einer vertikalen Kolonne über darin angeordnete Siebböden
im Gegenstrom zum hochströmenden, heißenAufheizgas herabrieselt.
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In derartigen Rieselkolonnen mit Siebböden können durch Abstimmen
des freien Querschnittes der Böden, der Strömungsgeschwindigkeit des Aufheizgases
und der Korngrößenverteilung des herabrieselnden körnig gen Feststoffes dichte Wirbelschichtenauf
den einzelnen Siebböden aus gebildet werden.
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Erfindungsgemäß werden jedochdiese Bedingungen so ausgewählt, daß
die Ausbildung von Wirbelschichten unterbleibt, und daß die Kohle zwischen den Siebböden
turbulente Rieselwolken ausbildet. Dann ist bei gutem W ärmeaustausch und stabilen
Strömungsverhältnissen der Drucker~ lust in der Kolonne am geringsten.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Vorwärmen von fein
körnigen Kohlen für die Verkokung in außenbeheizten Kammern.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die
Kohle mit einem freien Querschnitt von mindestens 50 % über Siebböw den herabrieselnd
dem Strom eines heißen Aufheizgases entgegenge.
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führt und zwischen denSiebböden im Zustand turbulenterRieselwolken
gehalten wird.
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Erfindungsgemäß wird die Kohle für den Einsatz in die Verkokungskam
mern aufeine Temperatur über 1500C zwischen 200 und 4000C vorerhitzt. Der obere
Grenzwert der Vorwärmtemperatur ist gegeben durch das beginnende Zusammenbacken
der Kohlekörner oder durch die beginn nende Schwelung oder durch eine Beeinträchtigung
des Backvermögens.
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Die zur Verkokung bestimmte Kohle wird mit einer Körnung unterhalb
5 mm eingesetzt, vorzugsweise mit einem Körnungsbereichunter 3 mm, wobei der Kornanteil
unterhalb 0, 5 mm bei etwa 20 % liegt. Diese Körnung kann in der erfindungsgemäßen
Weise bei Ga sge schwindigkeiten zwischen 2 und 4 m/ sek. gut erhitzt werden ohne
daß wesentliche Mengen des Feinkornanteils vom Aufheizgas ausgetragen werden0 In
den zwlschen den Siebböden sich ausbilde nden turbulenten Rieselwolken verhalten
sich die Kohlepartikel nicht wie einzelnde Körner. Auchfeines Korn, dessen Schwebege
schwindigke it unterhalb der St römungsge schwindigkeit desAufheizgases' liegt,
wandert mit der turbulenten Rieselwolke abwärts.
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In dem vergleichsweise dichten Schleier fallender Partikel gelten
die auf Verhalten desEinzelkornes in einem Gasstrom zutreffenden Gesetzmäßigkeiten
nicht.
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Infolge des Gegenstromes von Kohle und Aufheizgas ist der Wirkung~
grad des Wärmeaustausches hoch. Die Temperaturdifferenz zwischen Kohle und Aufheizgas
ist auf jedem Siebboden klein. Demgemäß braucht die Maximaltemperatur des am Kolonnenfuß
eingeführten Aufheizgases
nur wenig über oder an dem oben erwähnten
im wesentlichen durch die Eigenschsften der Kohle gegebenen oberen Grenzwert derAufheizl
temperatur zuliegen.
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Die Erhitzung der Kohle verläuft um so schonender, je mehr Siebböden
in der Kolonne enthalten sind. Dann nähert sich die Endtempera tur der Kohle der
Eintritt stemperatur des Aufheizgase s weitgehend an, und auf den untersten Böden
findet dann nur noch ein geringer Wärme~ austausch statt. Das ist von Vorteil, weilbeim
Durchlaufen der Kolonne die groben Kohlekörner den freien etwas vorauseilen und
die untersten Böden eine gewisse Nacherhitzung der groben Körner bewirken. Am Austritt
aus der Kolonne haben die groben und die feinen Körner eine einheitliche, nahe bei
der Eintrittstemperatur des Aufheizgases liegend de Temperatur erreicht, so daß
ein nachträglicher Temperaturausgleich durch Lagerung in einem nachgeschalteten
Bunker nicht erforderlich ist.
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Der geringe AnteilFeinkorn, der von dem Aufheizgas aus der S iebbodenkolonne
mitgeführt wird, wird in bekannter Weise in einem nach~ schalteten Zyklon aus dem
abgekühlten Aufheizgas abgeschieden. Ist dieser Anteil klein, dann kann er der vorerhitzten
Kohle zugemischt werden0 Größere imZyklon abgeschiedene Feinkornmengen werden zweckmäßig
auf einen mittleren Siebboden der Kolonne zurückgeführt0 Für manche Korngrößenvertellungen
und bzw. oder bei großen Mengen zu erhitzender Kohle kann es vorteilhaft sein, die
zu erhitzende Kohle vor oder nach einerVortrocknung in eine gröbere und eine feiner
Kornfraktion, z. B. durchAbsieben zu unterteilen und die beiden Kornfraktionen für
sich in zwei Siebbodenkolonnen getrennt zu erhitzen und danach zu vereinigen. Dazu
wird die Siebbodenkolonne für die feinere Kornfraktion zweckmäßig mit Siebböden
kleineren freien Lochquer schnittes ausgestattet und mit einer geringeren Strömungsgeschwin
digkeit desAufheizgases betrieben. Der aus der Kolonne für die Erhitzung
dergröberen
Kornfraktion mit demGas ausgetrageneFeinkornan~ teil wird dann der feineren Kornfraktion
zugemischt, während der aus der feineren Kornfraktion in der zweiten Kolonne weggeführte
Feinkornanteil der erhitzten Kohle zugemischt wird.
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Eine Kolonne zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens soll
mindestens4 Siebböden enthalten. Vorzugsweise werden 6 bis 12 Siebböden angewendet.
Die Abstände zwischen den Böden richten sich nach dem Kolonnendurchmesserund betragen
10 bis 100 cm, vorzugsweise 40 bis 60 cm. Der freieÖffnungsquerschnitt der Böden
soll mindestens 50 %des Gesamtquerschnittes betragen und vorzugsweise über 60 %
liegen. Je größer der freie Öffnungsquerschnitt der Böden ist, um so größe re Gasgeschwindigkeitenund
damit auch um so höhere spezifische Kolonnenbelastungen sind zulässig, ohne daß
die Rieselwolken in Wirbeln schichten auf den einzelnen Siebböden übergehen. Die
Öffnungsweiten in den Böden sollen einen Durchmesser haben, der deutlich über dem
größe ten Korndurchmesser, mindestens beim dreifachen Korndurchmesser der durchgesetztenKohle
liegt und vorzugsweise 6 bis 15 mm beträgt.
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Praktikable Baugrößeneiner Kolonne haben etwa 5 bis 12 m Höhe, Durch~
messervon 3bis 6m undeine Bodenzahlvon 6 bis 10. Für dieErhitzung großer Kohlenmengenkönnen
mehrere Kolonnen in Parallelschaltung betrieben werden0 Zur Behandlung einer Kokskohle
mit der Körnung unter 3 mm und einem Feinanteilunter 0, 5 mm von etwa 20% % eignen
sich Siebböden mit 60% freiem Querschnitt und öffnungsweiten von 9 bis 15 mm bei
Strömung geschwindigkeiten des Aufheizgases von 2, 5 bis 4 m/sek.
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Wiidin der oben beschriebenen Weise eine gekörnte Kokskohle mit höderem
Feinkornanteil in zwei Kornfraktionen unterteilt, die für sich erhitztwerden, dann
werden für die gröbereFraktion mit einer Korngröße
von z.B. 1,5
bis 3 mm Siebbödenmit öffnungsweiten von 10 bis 15 mm und Gasgeschwindigkeitenvon
2, 5 bis 3, 5 m/sek. angewendet. Für die feinere Kornfraktion unter 1, 5 mm werden
Siebböden mit Öffnungswei~ tenvon 6 bis 10 mm und Gasgeschwindigkeiten von 1 bis
2 m/sek. angewendet. Beide Kolonnen können gleich groß sein.
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Normalerweise wird eine Kolonne mit einem eigenen Gaskreislauf betriebes.
Das am Kolonnenkopf abziehende, abgekühlte und staubhaltige Aufheizgas wird durch
einen Zyklon geleitet und nach Abstoßen eines Anteils von staubfreiem Kaltgas undAufheizen
des Restes durch Zumischen heißer Verbrennungsgase in das untere Kolonnenende zurückgeführt.
Das heiße Verbrennungsgas für die Aufheizung des Kreislaufgases kann aus beliebigen
Brennstoffen so hergestellt werden daß esvöllig sauerstoff~ frei ist. Andererseits
kann durch Luftüberschußein gewisser Sauerstoffgehalt imVerbrennungsgas der bis
etwa 10 Vol.%betragen kann, einige stellt werden, wenn inder aufzuheizenden Kohle
durch vorsichtige Oxydation ein zu hohes Bläh oder Treibvermögen gemindert werden
soll.
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Wenn eine Vortrocknung deraufzuheizenden Kohle erforderlich oder zweckmäßig
ist, dannkann der aus dem Gaskreislauf derAufheizkolon ne abgestoßene Anteil von
abgekühltem Gas nach Zumischungvon heißem Verbrennungsgas und gegebenenfalls von
Luft für diese Vortrocknung verwendet werden. Der Vortrockner kann ebenfalls als
Siebbodenkolonne mit einer geringerenAnzahl von Siebböden ausgebildet sein. Es können
aber auch andere bekannte Trockeneinrichtungen verwendet werden.
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In der Zeichnung ist das Fließschema einer Anlage zur Ausführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens beispielsweise darge stellt.
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Die Aufheizvorrichtung 1 ist ein vorzugsweise zylindrischer Schacht,
über dessen Höhe die Siebböden 2, von denen hier beispielsweise acht
Stück
dargestelit sind, in gleichen Abständen verteilt sind.
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Die zu erhitzende Kohle wird aus dem Bunker 3 mittels einerDosier
schleuse 4durch die Leitung 14 in den Raum Uberdem oberstenBoden auf einen Verteilerteller
oder Verteilerkonus 5 aufgegeben und über den obersten der Siebboden 2 verteilt.
Sie rieselt durch die Stebböden dem Aufheizgas entgegen abwärts und sammelt sich
im konischen Unterteil der Kolonne. Von dort wird sie mittels der Schleuse 6 durch
die Isitung 15 ausgetragen. Das heiße Aufheizgas wird durch die Leitung 7 in den
Raum unter dem untersten Boden eingeführt und durchströmt die Kolonne und die Siebböden
aufwärts. Im Raum über dem obersten Boden trennt sich das nunmehr abgekühlte Aufheizgas
von der Kohle und wird in der Leitung 9 über den Zyklon 10 mittels des Umwälzgebläses
11 in die Leitung 7 zurückgefAihrt. Durch eine Abzweigleitung 13, die - wie dargestellt-
hinterdem Gebläse 11 oder auch davor in der Leitung 9 angel setzt ist, wird ein
Teil des abgekühlten und entstaubten Gases abgestoßen.
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Zur Wiederaufheizung des Kreislaufgases wird eine entsprechende Menge
heißen Verbrennungsgases, das in der Brennkammer 12 hergestellt wird, zugefügt.
Dieses Verbrennungsgas kann gegebenenfalls eine klein ne Menge Sauerstoff enthalten.
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Über den Betrieb dieser Anlage mäge das nachfolgende Beispiel unter~
richten: 100 t einervorgetrockneten Kokskohleje Stunde mit einer Körnung unter 3
mm sollen für den Einsatz in außenbeheizte Verkokungskammern auf 3000C erhitzt werden.
Hierzu sind etwa 100 000 Nm3 Aufheizgasje Stunde mit einer Temperatur von 310OC
erforderlich.
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Für eine Gasgeschwindigkeit von 2, 5 m/sek. wird die Kolonne mit einer
Gesamthöhe
von 10 mund einem mittleren Durchmesservon 5 m ausgelegt. Da die Abktihlung des
Gases in der Kolonne eine Volumen..
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verminderung bewirkt, wird der Kolonnendurchmesser vom jinteren Ende
zum oberen Ende hin von 5,5 m auf 4,5 m vermindert. Die Kolonne enthält 10 Böden,
die im gleichmäßigen Abstand von 70 cm von einander über die Kolonnenhöhe verteilt
sind. Die Böden be stehen aus einem Maschendrahtnetz, dessen Öffnungen 10 mm weit
sind und bei einer DrahtElärke von 2,5 mm 65 % der Bodenfiäche ausmachen. Die mit
3100C am unteren Kolonnenende eingeleiteten ca, 100000 Nm3 Aufheizgas sind über
dem obersten Bodenauf 1100C abgekühlt und im Volumet auf etwa 65 %kontrahiert. Von
dieser Menge werden durch die Lei..
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tung 13 etwa 1300 Nm3 abgekühltes Aufheizgas und 1500 Nm3 Trocknung8
brilden abgestosen und durch 1300 Nm3 Verbrennungsgas aus der Ver..
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brennungskammer 12 mit einer Temperatur von 15000C ersetzt.
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Die mittels derDrehschleuse 5 aus der Kolonne abgeleitete erhitzte
Kohle le wird zwischengespeichert und mechanisch oder pneumatischauf kürzestemWege
zu den Kokakammernoder deren Ftllwagen transportiert.
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