Verfahren zur trockenen Kokskühlung

Abstract

 Bei diesem Verfahren wird gasdurchlässiges Schüttgut mit stark temperaturabhängiger Wärmeleitzahl von oben in eine schachtförmige Kammer aufgegeben, in der es im Gegenstrom mit einem von unten nach oben aufsteigenden gasförmigen Kühlmedium behandelt wird. Die Zufuhr des Kühlmedius erfolgt dabei in zwei Teilströmen, wobei der erste Teilstrom in den Unterteil der Kammer eingeleitet wird, während der zweite Teilstrom in einen Bereich der Kammer aufgegeben wird, in dem das zu kühlende Schüttgut mindestens eine Temperatur (e_G) aufweist, oberhalb derer die Wärmeleitzahl (λ) des Schüttgutes in Abhängigkeit von der Temperatur stark ansteigt. Das Verfahren eignet sich insbesondere zur trockenen Kokskühlung.

Beschreibung

[0001] Verfahren zur Kühlung von gasdurchlässigem Schüttgut.

[0002] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung von gasdurchlässigem Schüttgut mit stark temperaturabhängiger Wärmeleitzahl und einer schachtförmigen Kammer, in der das von oben aufgegebene Schüttgut im Gegenstrom mit einem von unten nach oben aufsteigenden gasförmigen Kühlmedium behandelt wird, wobei die Aufgabe des Kühlmediums in zwei Teilströmen erfolgt.

[0003] Es ist bekannt, Schüttgüter unterschiedlicher Art dadurch zu kühlen, dass man sie von oben in eine schachtförmige Kammer aufgibt, die im Gegenstrom zu dem herabfliessenden Schüttgut von einem gasförmigen Kühlmedium, vorzugsweise Luft oder Inertgas, durchströmt wird, wobei das kalte Kühlmedium normalerweise in den Unterteil der Kammer eingeleitet und das erwärmte Kühlmedium aus dem Oberteil der Kammer abgezogen wird. Das erwärmte Kühlmedium kann dabei anschliessend gegebenenfalls unter Wärmerückgewinnung in einem Wärmetauscher, einem Abhitzekessel oder einer sonstigen Kühleinrichtung entsprechend abgekühlt und danach im Kreislauf zur Aufgabestelle im unteren Teil der schachtförmigen Kammer zurückgeführt werden.

[0004] In neuerer Zeit hat die vorstehend beschriebene Arbeitsweise insbesondere für die sogenannte trockene Kokskühlung an Bedeutung gewonnen. Ausgangspunkt dieser Entwicklung war dabei die Überlegung, dass die bisher in der Kokereitechnik übliche Methode zur Kokskühlung, bei der der glühende Koks durch Löschen mit Wasser in besonderen Löschtürmen gekühlt wird, unter den Gesichtspunkten der Energienutzung bzw. Energierückgewinnung sowie des Umweltschutzes ausserordentlich ungünstig ist. Bei diesem bisher üblichen Kokslöschen wird nämlich die mit dem Löschwasser abgeführte Wärmemenge ungenutzt in die Umwelt, d. h. in Form von Dampfschwaden in die Luft und/oder mit dem ablaufenden Löschwasser, abgeführt.

[0005] Bei Anwendung der weiter oben beschriebenen Arbeitsweise ist es dagegen möglich, einen grossen Teil der Wärme des glühenden Kokses bei der Abkühlung des im Kreislauf geführten gasförmigen Kühlmediums in einem Abhitzekessel oder dergleichen wiederzugewinnen.

[0006] Es liegt daher auf der Hand, dass die sogenannte trockene Kokskühlung ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung darstellt, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. Allerdings hat sich dabei gezeigt, dass die Abwärtsbewegung des zu kühlenden Kokses in der schachtförmigen Kammer unterschiedliche Geschwindigkeiten aufweisen kann. Ebenso ist die Gasströmung durch den Querschnitt der Kammer in vielen Fällen ungleichmässig. Beides bedingt natürlich auch eine ungleichmässige Kühlung des Kokses, wobei diese insbesondere im Oberteil der Kammer langsamer erfolgt.

[0007] Für das Trockenlöschen von Koks ist deshalb aus der DE-AS 24 32 025 bereits eine Vorrichtung bekannt, bei der das gasförmige Kühlmedium in zwei Teilströmen in die Kühlkammer eingeleitet wird. Der eine Teilstrom wird dabei am Boden der Kammer in das dort vorhandene Festbett eingeleitet, während der zweite Teilstrom über einen sogenannten Stromteiler in das Innere der Kammer geleite: wird und dort im Bereich der Mittelpunktachse in das Festbett austritt. Es werden jeodch in dieser Veröffentlichung keinerlei Angaben darüber gemacht, unter welchen speziellen Bedingungen die Aufgabe des zweiten Teilstromes des Kühlmediums erfolgen bzw. wie die Aufteilung der Teilströme sein soll. Die dort beschriebene Vorrichtung verfolgt vielmehr lediglich den Zweck, eine möglichst gleichmässige Bewegung des zu behandelnden Gutes bei möglichst gleichmässiger Verteilung des Kühlmediums zu erreichen.

[0008] Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art eine generelle Optimierung herbeizuführen, wobei insbesondere eine Verbesserung in folgenden Punkten erfolgen soll :

1. Herabsetzung des Druckverlustes des gasförmigen Kühlmediums in der Kammer.

2. Günstige Beeinflussung der Temperaturdifferenzen zwischen gasförmigem Kühlmedium und Feststoff.

3. Verbesserte Regelbarkeit sowohl im Hinblick auf die Menge des gasförmigen Kühlmediums als auch im Hinblick auf die Wärmeabfuhr aus dem zu kühlenden Schüttgut.

[0009] Das der Lösung dieser Aufgabe dienende Verfahren ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilstrom des Kühlmediums in an sich bekannter Weise in den Unterteil der Kammer eingeleitet wird, während der zweite Teilstrom in einen Bereich der Kammer aufgegeben wird, in dem das zu kühlende Schüttgut mindestens eine Temperatur ( ϑ_G) aufweist, oberhalb derer die Wärmeleitzahl (λ) des Schüttgutes in Abhängigkeit von der Temperatur stark ansteigt.

[0010] Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass bei bestimmten Feststoffen, zu denen unter anderen auch der Koks gehört, die Wärmeleitzahl (λ) stark temperaturabhängig ist. Die Abbildung in Fig. 1 zeigt deshalb ein Koordinatensystem, bei dem auf der Abszisse die Temperatur (ϑ) und der Ordinate die Wärmeleitfähigkeit (λ) aufgetragen wurden. Der in diesem Koordinatensystem dargestellte typische Kurvenverlauf lässt ganz klar erkennen, dass in derartigen Fällen die Wärmeleitzahl (A) mit steigender Temperatur zunächst gar nicht bzw. sehr langsam ansteigt. Erst wenn eine bestimmte Grenztemperatur (ϑ_G), die natürlich stoffabhängig ist, erreicht bzw. überschritten wird, erfolgt ein verhältnismässig steiler Anstieg der Wärmeleitzahl.

[0011] Andererseits wird der zeitliche Ablauf des konvektiven Gesamtwärmetransports zwischen dem Feststoff und dem gasförmigen Kühlmedium durch den Wärmeleitwiderstand im Feststoff selbst und dem Wärmeübergangswiderstand zwischen dem Feststoff und dem gasförmigen Kühlmedium bestimmt. Hierbei ist der Wärmeleitwiderstand =

und somit stofflich bedingt, weil S die charakteristische Dicke des betreffenden Feststoffkörpers und dessen Wärmeleitzahl angibt.

[0012] Der Wärmeleitwiderstand ist deshalb nur durch die geometrische Form des Feststoffkörpers beeinflussbar. Der Wärmeübergangs - widerstand wird dagegen mit

definiert, wobei durch die Wärmeübergangszahl α der Wärmeaustausch zwischen dem gasförmigen Kühlmedinm und den Oberflächen des Feststoffes beschrieben wird. Die Wärmeübergangszahl ist dabei abhängig von der Umströmung des Feststoffkörpers, das heisst von seiner geometrischen Form und der Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Kühlmediums.

[0013] Im Hinblick auf die weiter oben beschriebene Temperaturabhängigkeit der Wärmeleitzahl (λ) ergibt sich hieraus jedoch, dass im Bereich unterhalb der Grenztemperatur (ϑ_G) folgende Beziehung gilt :

während andererseits im Bereich oberhalb der Grenztemperatur (ϑ_G) die umgekehrte Beziehung gilt :

[0014] Für die Praxis bedeutet dies jedoch, dass sich im unteren Teil der schachtförmigen Kammer wegen dort erfolgter starker Abkühlung des Schüttgutes eine niedrigere Wärmeleitzahl (α) und damit ein hoher Wärmeleitwiderstand (

) einstellt, der den Gesamtwärmetransport bestimmt. Es ist deshalb nicht zweckmässig, bereits die Gesamtmenge des gasförmigen Kühlmediums in den Unterteil der schachtförmigen Kammer einzuleiten, da dort nicht der ihrer Menge entsprechende Kühleffekt erzielt wird. Es genügt vielmehr, wenn in den Unterteil der Kammer ein Teilstrom des gasförmigen Kühlmediums eingeleitet wird, der gerade ausreicht, um die dort vorhandene Wärme abzuführen. Es ist für den Kühleffekt vielmehr besser, wenn der zweite Teilstrom des gasförmigen Kühlmediums in den oberen Bereich der schachtförmigen Kammer eingeleitet wird, in dem das zu kühlende Schüttgut noch eine Temperatur aufweist, die nicht unterhalb der sogenannten Grenztemperatur ( ϑ_G) liegt, weshalb der Wärmeleitwiderstand (

) dort entsprechend klein ist.

[0015] Es hat sich als zweckmässig erwiesen, dass erfindungsgemäss dabei mit dem zweiten Teilstrom etwa 20 bis 50 Vol. -% der insgesamt erforderlichen Menge des Kühlmediums aufgegeben werden.

[0016] Diese Massnahme kann zusätzlich noch dadurch unterstützt werden, dass im Bereich der Aufgabestelle des zweiten Teilstromes des Kühlmediums die Strömungsgeschwindigkeit der Medien durch eine entsprechende Verengung des Strömungskanals heraufgesetzt wird, was zusätzlich eine Verringerung des Wärmeübergangswider-Standes (

) zur Folge hat. Konstruktiv lässt sich das dadurch herbeiführen, dass entweder die schachtfömige Kammer in ihrem oberen Teil eine entsprechende Verjüngung aufweist, oder es werden im Oberteil der Kammer entsprechende Einbauten angebracht.

[0017] Bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens zur trockenen Kokskühlung soll der zweite Teilstrom des gasförmigen Kühlmediums erfindungsgemäss in einem Bereich der Kammer aufgegeben werden, in dem der zu kühlende Koks eine Temperatur von ca. 400 bis 600 ° C aufweist.

[0018] Diese Arbeitsweise soll nachfolgend als Ausführungsbeispiel an Hand des in Fig. 2 dargestellten Fliessschemas erläutert werden. Dabei wird der glühende Koks über die Beschickung 5 mit einer Temperatur von ca. 1 100 ° C in einer Menge von ca. 80 t/h von oben in die schachtförmige Kammer 6 eingefüllt und gelangt zunächst in den oberhalb der Leitung 3 befindlichen obersten Teil, der auch als sogen. Vorkammer 13 bezeichnet wird. In der Vorkammer 13 sollen die eventuell bei der Zufuhr des glühenden Kokses auftretenden Schwankungen ausgeglichen werden, so dass sich in den darunter liegenden Bereichen der Kammer 6 quasi stationäre Verhältnisse ausbilden können. Die gesamte Kammer 6 ist mit einer geeigneten feuerfesten Auskleidung versehen und weist in ihrem oberen Bereich II eine Verjüngung auf, durch die die Strömungsgeschwindigkeiten der Medien in diesem Bereich gegenüber dem unteren Bereich 1 entsprechend heraufgesetzt werden.

[0019] Der eingefüllte Koks bildet in der Kammer 6 das Festbett 7, welches in der Abbildung schraffiert dargestellt ist. Die Temperatur innerhalb des Festbettes nimmt dabei von oben nach unten stetig ab, so dass der gekühlte Koks entsprechend der Aufgabemenge über den Austrag 8 mit einer Temperatur von ca. 180 °C abgezogen werden kann.

[0020] Das gasförmige Kühlmedium wird erfindungsgemäss in zwei Teilströmen in die Kammer 6 eingeleitet, wobei der erste Teilstrom über die Leitung 1 in den Unterteil der Kammer 6 eintritt. Gleichzeitig wird der zweite Teilstrom in einer Menge von etwa 30 - 35 Vol.-% der Gesamtmenge über die Leitung 2 in einem Bereich in die Kammer 6 eingeleitet, in dem das Festbett 7 eine Temperatur von ca. 500 ° C aufweist. Bei diesem Temperaturwert werden die erfindungsgemässen Bedingungen bezüglich der Grenztemperatur (ϑ_G) de_'r Wärmeleitzahl (λ) erfüllt.

[0021] Oberhalb der Aufgabestelle für den zweiten Teilstrom des gasförmigen Kühlmediums ist im Festbett 7 der Wärmeleitwiderstand kleiner als der Wärmeübergangswiderstand, während unterhalb der Aufgabestelle die Verhältnisse genau umgekehrt sind.

[0022] Dies ist in der Abbildung in Fig. 2 formelmässig dargestellt.

[0023] Das aufgeheizte gasförmige Kühlmedium wird über die Leitung 3 aus dem Oberteil der Kammer 6 abgezogen und gelangt in den Abhitzekessel 4, in dem unter Wärmerückgewinnung die erforderliche Abkühlung erfolgt. Danach kann das abgekühlte gasförmige Kühlmedium über die Leitung 9 und das Gebläse 10 im Kreislauf zur Leitung 1 zurückgeführt werden. Von dieser zweigt die Leitung 2 ab. Die Stellklappen 11 und 12 dienen dabei der erforderlichen Einregulierung der beiden Teilströme. Anstelle der Stellklappen 11 und 12 können auch Gebläse zur Einregulierung der beiden Teilströme verwendet werden. Ebenso sind anstelle der Wärmerückgewinnung im Abhitzekessel auch andere Möglichkeiten zur Wärmerückgewinnung denkbar, bei denen die wiedergewonnene Energie beispielsweise zur Vorerhitzung der Kokskohlen oder als Prozesswärme eingesetzt wird. Als gasförmiges Kühlmedium wird Inertgas, vorzugsweise Rauchgas, verwendet. Wie aus der Abbildung in Fig. 2 zu erkennen ist, beginnt die Verjüngung der Kammer 6, durch die die Strömungsgeschwindigkeiten im Oberteil derselben heraufgesetzt werden sollen, im Bereich der Eintrittsstelle der Leitung 2 in die Kammer 6. Es handelt sich hierbei natürlich um eine reine Eventualmassnahme, die nicht in jedem Falle erforderlich ist.

[0024] Die Vorteile des gefindungsgemässen Verfahrens lassen sich wie folgt zusammenfassen :

1. Der Druckverlust für die Durchströmung der Kammer wird herabgesetzt, da der Gasstrom aufgeteilt wird und somit nicht die gesamte Gasmenge durch das gesamte Schüttgut gedrückt werden muss. Hieraus resultiert ein verringerter Energiebedarf für das Gebläse.

2. Die Temperaturdifferenzen zwischen Gas und Feststoff werden günstig beeinflusst.

3. Durch die Aufteilung in Teilströme wird die Gasmenge besser regelbar, was wiederum eine verbesserte Regelbarkeit der Wärmeabfuhr aus dem Festbett zur Folge hat.

Ansprüche

1. Verfahren zur Kühlung von gasdurchlässigem Schüttgut mit stark temperaturabhängiger Wärmeleitzahl in einer schacht-- förmigen Kammer, in der das von oben aufgegebene Schüttgut im Gegenstrom mit einem von unten nach oben aufsteigenden gasförmigen Kühlmedium behandelt wird, wobei die Aufgabe des Kühlmediums in zwei Teilströmen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilstrom des Kühlmediums in an sich bekannter Weise in den Unterteil der Kammer eingeleitet wird, während der zweite Teilstrom in einem Bereich der Kammer aufgegeben wird, in dem das zu kühlende Schüttgut mindestens eine Temperatur (ϑ_G) aufweist, oberhalb derer die Wärmeleitzahl (λ) des Schüttgutes in Abhängigkeit von der Temperatur stark ansteigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Aufgabestelle des zweiten Teilstromes des Kühlmediums zusätzlich die Strömungsgeschwindigkeit der Medien durch eine entsprechende Verengung der Strömungskanals heraufgesetzt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem zweiten Teilstrom etwa 20 bis 50 Vol. -_% der insgesamt erforderlichen Menge des Kühlmediums aufgegeben werden.

4. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 - 3 auf die sogenannte trockene Kokskühlung, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teilstrom des Kühlmediums in einem Bereich der Kammer aufgegeben wird, in dem der zu kühlende Koks eine Temperatur von ca. 400 bis 600 ° C aufweist.

Zeichnung