DE4204578C2

DE4204578C2 - Vortrocknung und Vorerhitzung von Einsatzkohle durch Wärmerückgewinnung aus heißem Rohgas

Info

Publication number: DE4204578C2
Application number: DE19924204578
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dr Ing Stewen; Klaus Dr Ing Wessiepe
Original assignee: Ruhrkohle AG
Current assignee: RAG AG
Priority date: 1992-02-15
Filing date: 1992-02-15
Publication date: 1995-01-05
Anticipated expiration: 2012-02-16
Also published as: DE4204578A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vortrock nen und Vorerhitzen von Einsatzkohle mit heißem Rohgas zur Erhöhung des energetischen Wirkungs grades bei der Verkokung.

Verstärkte Anstrengungen zur Wärmerückgewinnung sind erforderlich, um den energetischen Wirkungs grad der Horizontalkammerverkokung entscheidend zu verbessern. Dazu muß die fühlbare Wärme, soweit möglich, dem Koks bzw. dem Gas entnommen und für andere Zwecke in den Prozeß zurückgeführt werden, so daß in der Bilanz eine Verbesserung des energe tischen Wirkungsgrades erkennbar wird.

Die Wärmerückgewinnung aus dem heißen Rohgas ist aus Anwendungen in japanischen Kokereien bekannt. Dabei wird um die Steigrohre herum ein Wärmeträger system angeordnet und die fühlbare Wärme im Rohgas zu einem Teil auf diesen Wärmeträger indirekt über tragen. Das Wärmeträgersystem besteht aus Rohr paketen um das Steigrohr herum und arbeitet z. B. nach dem Coal-Moisture-Controll-Process der Nippon Steel Corporation mit Öl als flüssigem Wärmeträger. Der Wärmeträger Öl überträgt die aufgenommene Wärme wiederum in Einheiten zur Kohletrocknung auf die Einsatzkohle. Diese Übertragung erfolgt indirekt, wobei das Öl durch die Rohre und die Kohle um die Rohre herum geführt wird. Alternativ kann auch der Dampf auf der Kokstrockenkühlung genommen werden. In einem Anwendungsbeispiel, wie es von Nippon Steel betrieben wird, sind 192 Rohre in einem Bün del als Kohlevorerhitzungseinheit zusammengefaßt, wobei der Abstand zwischen den Rohren 300 mm beträgt. Nachteilig bei diesem Verfahren ist der hohe apparative Aufwand, der im Vergleich dazu geringe Wirkungsgrad und daß die Wärmeübertragung nicht mit der gewünschten Intensität erfolgen kann.

Aus JP 61 247 785 A ist ein Verfahren zum Vortrocknen vor Erhitzen von Einsatzkohle mit heißem Rohgas bekannt, bei dem nasse Kohle mit heißem Rohgas im Gleichstromverfahren in Kontakt gebracht wird. Ferner ist aus der DE 29 21 042 C2 ein Verfahren zur Nutzung der im Koksofenrohgas enthaltenen Wärmeenergie durch Wärmeaustausch mit feuchter Rohkohle in einer Vorwärmkammer bekannt, bei dem die im Rohgas enthaltenen Teerbestandteile auf der Naßkohle abgeschieden werden sollen, um hierdurch die Qualität des erzeugten Kokses und die Koksausbeute zu erhöhen. Die Wärmeübertragung erfolgt dabei in der Vorwärmkammer in einer Wirbelschicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, bei dem die im Rohgas enthaltene Wärmeenergie wirksamer als bisher auf die Einheitskohle übertragen werden kann. Dabei soll der apparative Aufwand gering gehalten werden.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem die nasse Einsatzkohle im Gegenstrom direkt mit heißem Rohgas in Kontakt gebracht wird, das von einer Einsatztemperatur von 700 bis 900°C auf eine Austrittstemperatur von etwa 550°C zurückgeführt wird.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die Einsatz kohle zweckmäßigerweise zunächst in eine Vortrock nungs- und anschließend in eine Vorerhitzungsstufe geführt. Die Einsatzkohle wird dabei in wenigstens einer dieser Stufen, bzw. abhängig vom Wärmeinhalt in beiden mit dem heißen Rohgas beaufschlagt. Vorzugsweise wird das heiße Rohgas zur Abgabe eines Teils seiner Wärme zunächst in die Vorerhitzungs stufe geführt und kann, nachdem es einen Teil sei ner Wärme an die Kohle abgegeben hat, über Kopf in die Vortrocknungsstufe weitergeleitet werden.

Im erfindungsgemäßen Verfahren wird temperaturkonditioniertes Rohgas eingesetzt. Die Temperaturkonditionierung kann dabei in übli cher Weise durch Einsprühen von Wasser zur Abküh lung oder durch Zumischen von weiterem Gas geeigne ter Temperatur herbeigeführt werden. Dabei hat das Rohgas, bevor es in das Verfahren einge führt wird, eine Temperatur von 700 bis 900, insbe sondere von 800°C. Im Verlauf des Verfahrens wird es dann auf eine Temperatur von etwa 550°C zurück geführt, bei einer Einlaßtemperatur von 800°C also um 250°C. Eine Austrittstemperatur von 550°C ist als untere Temperatur anzusehen, da anderenfalls die im Rohgas enthaltenen hochsiedenden Komponenten kondensieren und zu Störungen im Leitungssystem führen können.

Für den Fall, daß die im Rohgas zur Verfügung ste hende Wärme nicht ausreicht, die Einsatzkohle auf den gewünschten Wassergehalt vorzutrocknen bzw. auf die gewünschte Temperatur vorzuheizen, können wei tere Wärmeträger zugesetzt werden, insbesondere in der Vortrocknungsstufe zur Herabsetzung des Wasser gehaltes. Dies erfolgt auf herkömmliche Weise.

Das Rohgas wird, nachdem es in der Vorerhitzungs- und Vortrocknungsstufe einen Teil seines Wärme inhalts abgegeben hat, zweckmäßigerweise in einen Feststoffabscheider geführt. Vorzugsweise wird hier ein Zyklon eingesetzt. Die hierbei abgeschiedenen Feststoffe können in das Verfahren zurückgeführt werden und werden vorzugsweise in die Vorer hitzungsstufe eingeführt, da es sich um bereits weitgehend entwässertes und stark aufgeheiztes Material handelt. Es ist zweckmäßig, die Einsatz kohle nach Verlassen der Vorerhitzungsstufe noch einmal durch Mischen zu konditionieren, bevor sie der Verkokungskammer zugeführt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein Verfahren zur Vorerhitzung von Einsatzkohle mit heißem Roh gas, welches mit direkter Wärmeübertragung arbei tet. Vorzugsweise wird dabei das temperaturkondi tionierte Rohgas direkt in die Vorerhitzungsstufe eingeleitet und die dort bereits vorgetrocknete Kohle weiter erhitzt und getrocknet. Kohle und Gas werden im Gegenstrom geführt. Das heiße Gas, das schon einen Teil seiner Wärme an die Kohle abgege ben hat, wird über Kopf in eine zweite Stufe geführt, wo zunächst die Vortrocknung der nassen Einsatzkohle gegebenenfalls unter Zusatz weiterer Wärmeträger erfolgt. Die zweistufige Prozeßführung ist wirksamer, zumal damit Vortrocknungs- und Vor erhitzungsgrad in weiten Grenzen variabel und gezielt eingestellt werden können. Nach der Vor trocknungsstufe verläßt das Rohgas die Apparate zur Vorerhitzung der Einsatzkohle, gelangt in einen Zyklon, wo die Feststoffe abgeschieden werden und wird anschließend über Gebläse in die Rohgasleitung transportiert. Vorgenannte Anlage arbeitet also im Bypass zur Rohgasleitung und kann damit auch wahl weise zugeschaltet und wiederum vom Rohgasleitungs netz abgetrennt werden.

Die im Zyklon abgeschiedenen Feststoffe werden in die Vorerhitzungsstufe zurückgeführt und können von dort direkt in die Verkokungskammer transportiert werden. Die vorerhitzte Kokskohle wird dazu über einen Mischer in die Verkokungskammer geführt, um die Konditionierung der Einsatzkohle gegebenenfalls auch durch Zudosierung weiterer Komponenten sicher zustellen.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsge mäßen Verfahrens ist im Fließschema der beigefügten Fig. 1 dargestellt. Danach gelangt die Naßkohle über eine Aufgabevorrichtung 1 in die Vortrock nungsstufe 2 und von dort über 3 in die Vorer hitzungsstufe 4. Nach der Vorerhitzung in Stufe 4 gelangt die Einsatzkohle über die Aufgabevorrich tung 5 und den Mischer 6 in die nachgeschaltete Verkokungskammer.

Der Rohgasstrom aus der Verkokungskammer wird gegenläufig dazu über eine Konditionierungskammer 7 in den Fuß der Vorerhitzungsstufe 4 geführt, in der sie zunächst die bereits vorgetrocknete Einsatz kohle weiter aufheizt. Das Rohgas tritt dann am Kopf der Vorerhitzungsstufe 4 in die Leitung 8 ein, die in den Fuß der Vortrockenstufe 2 führt. Bei 9 kann der Vortrocknungsstufe 2 ein weiterer Wärme träger zugeführt werden. Rohgas, gegebenenfalls zugeführter weiterer Wärmeträger und aus der Naß kohle verdampftes Wasser verlassen die Vortrock nungsstufe 2 über die Leitung 10 und gelangen in einen Zyklon 11. Die in diesen Zyklon abgeschie denen Feststoffe werden über die Leitung 12 in die Vorerhitzungsstufe 4 geführt. Das gereinigte Rohgas gelangt über die Leitung 13 und das Gebläse 14 zu den weiteren Verarbeitungsstufen.

Die Auslegung dieser Vorerhitzungsanlage erfolgt entsprechend den geforderten Mengenströmen. Bei den folgenden Rechnungen wird von 330 t/h Einsatzkohle ausgegangen, die 10 % Wasser enthalten. Die Absen kung der Rohgastemperatur von etwa 800°C im Gas sammelraum kann auf 550°C erfolgen. Bei darunter liegenden Temperaturen erfolgt die Kondensation von hochsiedenden Teeren, die gegebenenfalls zu Störun gen im Leitungssystem führen können. Daher ist die Temperatur von 550°C als untere Temperatur für den Wärmeaustausch anzusehen. Wie ein Berechnungs beispiel zeigt, beträgt der Wärmebedarf für die Erwärmung und Verdampfung von 30 t Wasser/h etwa 80 GJ/h, während der Wärmebedarf für die Vorerhitzung von 300 t Kohle/h, d. h. von 10°C auf 130°C etwa 48 GJ/h ausmacht. Aus dem heißen Rohgas mit einem Volumenstrom von 110 000 m³/h können jedoch nur etwa 48 GJ/h ausgekoppelt werden. Aus dieser Wärme bilanz wird deutlich, daß bei den gegebenen Randbe bedingungen die Wärme aus dem heißen Rohgas nicht ausreicht, die komplette in der Kohle angesammelte Wassermenge von 30 t/h zu verdampfen und den gesamten Wärmebedarf für die Erhitzung der Kohle auf 130°C bereitzustellen. In diesem Anwendungsbeispiel ist damit lediglich eine Trocknung der Kohle mit einer Reduzierung des Wassergehaltes um ca. 5%-Punkte und gleichzeitiger Erwärmung der Kohle auf ca. 100°C möglich. In jedem Fall ist diese Wärmemenge aber ausreichend, einen deutlichen Beitrag zur Verbesserung des energetischen Wirkungsgrades der Verkokung zu liefern.

Der Vorteil dieses Verfahrens und seine Attraktivität sind auch darin begründet, daß im Gegensatz zur indirekten Wärmerückgewinnung hier keine Apparate für die Wärmeübertragung auf den Wärmeträger erfor derlich sind. Vielmehr kann das Rohgas in seiner Zusammensetzung so genommen werden, wie es anfällt. Es wird durch die Vorerhitzungsstufe und/oder Vor trocknungsstufe transportiert und dann der Gasreinigung zugeführt. Dabei ist zu unterstellen, daß möglicherweise auch ein Teil hochmolekularer Verbindungen an der Kohle haften bleibt und auf diese Art und Weise direkt in den Verkokungsofen zurück geführt werden kann. Gegebenenfalls sollte sich aus diesem Grunde auch die Reinigung des Rohgases einfacher gestalten. Ebenfalls ist von Vorteil, daß alle Feststoffe, die vom Rohgas mitgerissen und weitergeführt werden, in dem gezeigten Zyklon abgeschieden werden können und die Feststoffe auf einfache Art und Weise der Einsatzkohle zurückgeführt werden. Insgesamt wird mit diesem Verfahren ein Beitrag zur Verbesserung der Wärmewirtschaft im Bereich des Koksofens geleistet.

Wärmeaustausch
Berechungsbeispiel Rohgas-Einsatzkohle
Einsatzkohle:\|330 t/h
davon Kohle:	300 t/h
davon Wasser:	30 t/h

Absenkung der Rohgastemperatur von 800°C (Gassammelraumtemperatur) auf 550°C (Kondensation von hochsiedenden Teeren)

Rohgas = 110 000 m³/h
^xpm

Rohgas = 1,76 kJ/m³ K
= cpm_Rohgas

xΔtx_Rohgas

= 48 400 000 kJ/h

Wärmebedarf für die Erwärmung und Verdampfung von 30 t Wasser/h (+10°C → +100°C)

Q ≅80 000 000 kJ/h

Wärmebedarf für die Erhitzung von 300 t Kohle/h (+10°C → +130°C)

Q_Erh. ≅48 000 000 kJ/h

Claims

1. Verfahren zum Vortrocknen und Vorerhitzen von Einsatzkohle mit heißem Rohgas, dadurch gekenn zeichnet, daß die nasse Einsatzkohle im Gegen strom direkt mit heißem Rohgas in Kontakt gebracht wird, das von einer Einsatztemperatur von 700 bis 900°C auf eine Austrittstemperatur von etwa 550°C zurückgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Einsatzkohle zunächst in eine Vor trocknungs- und anschließend in eine Vorer hitzungsstufe geführt wird und dabei mit heißem Rohgas beaufschlagt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß das heiße Rohgas zur Abgabe eines Teils seiner Wärme zunächst in die Vorer hitzungsstufe eingeleitet und anschließend in die Vortrocknungsstufe geführt werden kann.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß temperaturkonditioniertes Rohgas eingesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Rohgas von etwa 800° eingesetzt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß in der Vortrocknungs stufe ein weiterer Wärmeträger zugesetzt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß das Rohgas nach Vorer hitzung und Vortrocknung durch einen Fest stoffabscheider, vorzugsweise einen Zyklon, geführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, daß die abgeschiedenen Feststoffe der Ein satzkohle zugesetzt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich net, daß die abgeschiedenen Feststoffe der Vor erhitzungsstufe zugeführt werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da durch gekennzeichnet, daß die Einsatzkohle nach dem Vorerhitzen konditioniert wird.