Verfahren zur Verringerung des NOx-Gehaltes im Rauchgas bei der Beheizung von Verkokungsöfen

Abstract

 Hierbei werden hoch und tief liegende Verbrennungsstufen sowie eine Rauchgasrückführung in Höhe der Heizzugsohle verwendet. Es ist vorgesehen, daß die Kreisstromrate zwischen 20 % und 50 % und das Stufenverhältnis für eine Stufenanzahl I größer/gleich 2 zwischen 80/I % und 140/I % eingestellt wird, wobei die oberen Verbrennungs­stufen zwischen 45 % - 10 % X (I-1) und 45 % - 10 % X (I-1) angeordnet sind.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verringerung des NO_x-Gehaltes im Rauchgas bei der Beheizung von Ver­kokungsöfen mit paarweise zusammenarbeitenden Heizzügen, hoch und tief liegenden Verbrennungsstufen sowie einer Rauchgasrückführung in Höhe der Heizzugsohle (Kreisstrom). Die Erfindung betrifft ferner einen Verkokungsofen zur Durchführung dieses Verfahrens.

[0002] Es ist bekannt, daß es sich bei den in Verkokungsöfen ge­bildeten Stickoxiden in erster Linie um sogenanntes thermisches NO_x handelt, dessen Bildungsraten nahezu linear vom Produkt der Sauerstoff- und Stickstoffkon­zentrationen in der Flamme sowie exponentiell von der Flammentemperatur abhängen.

[0003] Die bekannten Maßnahmen zur Reduktion der NO_x-Bildung zielen auf eine Verminderung der Flammentemperatur durch Rauchgasrückführung oder auf eine Verringerung der Sauerstoff- und Stickstoffkonzentrationen durch partielle Verbrennung.

[0004] Das Prinzip der Rauchgasrückführung ist bei Verkokungs­öfen insbesondere in Form des Koppers-Kreisstrom-Ofens verwirklicht. Hierbei wird durch ein oder zwei Öffnun­gen in jeder zweiten Binderwand in Höhe der Heizzugsohle dem Luft- und Heizgasstrom Rauchgas zugemischt, das in erster Linie durch Verringerung der maximalen Flammen­temperatur, aber auch durch Reduktion der O₂- und N₂-Konzentration eine deutliche Verringerung der NO_x-Produktionsraten bewirkt.

[0005] Das NO_x-Reduktionsprinzip der partiellen Verbrennung wird in Verkokungsöfen in Form einer Stufenbeheizung genutzt.

[0006] Mit dem Ziel, die NO_x-Emission in Verkokungsöfen noch weiter zu senken, sind theoretische und experimentelle Untersuchungen durchgeführt worden. Als wesentliche Er­kenntnis dieser Studien bleibt festzuhalten, daß eine Kombination der NO_x-Reduktionsprinzipien, Rauchgasrück­führung (Kreisstrombeheizung) und partielle Verbrennung (Stufenbeheizung), zu einer weiterführenden Verringerung der NO_x-Produktion führen kann.

[0007] Grundsätzlich ist die Kombination von Stufenbeheizung und Kreisstrombeheizung bei Verkokungsöfen bekannt. Die genannten Untersuchungen zeigen aber, daß eine willkür­liche Kombination von Kreisstrombeheizung und Stufenbe­heizung nicht zwangsläufig zu einer nennenswerten NO-_x-­Reduktion führt. Nur bei einer optimalen Kombination von Stufenbeheizung, Kreisstrombeheizung und Anordnung der zweiten Verbrennungsstufe ist eine maximale NO_x-Ver­ringerung erzielbar.

[0008] Die aus diesen Untersuchungen gewonnenen Erkenntnisse sind in der DE-OS 34 43 976 zusammengefaßt. Diese be­ zieht sich im wesentlichen auf Starkgasöfen mit zwei Verbrennungsstufen und Rauchgasrückführung sowie Ver­bundverkokungsöfen mit Luft- und Gasstufung und Rauch­gasrückführung.

[0009] Weiterführende Untersuchungen haben aber gezeigt, daß auch durch Anordnung von mehr als zwei Stufen für Stark­gas- und Schwachgas- bzw. Mischgasbetrieb sowie durch reine Luftstufung mit zwei oder mehr als zwei Stufen für den Schwach- bzw. Mischgasbetrieb in Kombination mit der Rauchgasrückführung deutliche Verminderungen der NO_x-Emissionen erzielt werden können.

[0010] Ausgehend von den Ergebnissen dieser Untersuchungen, wird erfindungsgemäß die Kombination folgender Maßnah­men vorgeschlagen:

a) Die Kreisstromrate, das ist der Volumenstrom des rückgeführten Rauchgases dividiert durch den Rauchgasvolumenstrom ohne rückgeführtes Rauchgas, wird zwischen 20 % und 50 % eingestellt;

b) das Stufenverhältnis für eine Stufenanzahl größer/­gleich 2, definiert als Luftvolumenstrom der un­teren Stufe dividiert durch den gesamten Luftvo­lumenstrom, wird zwischen 80/I % (80 % dividiert durch Stufenanzahl I) und 140/I % (140 % dividiert durch Stufenanzahl I) eingestellt;

c) die oberen Verbrennungsstufen werden zwischen 45 % - 10 % X (I-1) der Heizzughöhe (minimal je­doch bei 15 %) und 45 % + 10 % X (I-1) der Heiz­ zughöhe (maximal jedoch bei 85 %) angeordnet.

[0011] Hierbei errechnet sich für das Merkmal b) beispielswei­se bei einer Stufenanzahl 3 ein Stufenverhältnis zwi­schen 26,7 % und 46,7 %, d.h. der unteren Stufe werden zwischen 26,7 % und 46,7% des gesamten Luftvolumenstro­mes zugeführt. Die restliche Luftmenge wird man zweck­mäßig annähernd gleichmäßig auf die beiden oberen Stu­fen verteilen.

[0012] Für das Merkmal c) errechnet sich beispielsweise bei einer Stufenanzahl 3, daß die oberen Verbrennungsstufen zwischen 25 % und 65 % der Heizzughöhe angeordnet wer­den sollen.

[0013] Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Verkokungsofen vorgeschlagen, der dadurch gekenn­zeichnet ist, daß die primären und sekundären Luftzu­fuhrstellen ausschließlich in den die Heizzugpaare je­weils begrenzenden Binderwänden angeordnet sind.

[0014] In den Zeichnungen sind Ausführungsformen dieses Verko­kungsofens enthalten. Dabei sind die Zufuhr der Verbren­nungsmedien von den hier nicht eingezeichneten Regene­ratoren zu den Heizzügen, die Schaltung der Regenerato­ren, der Heizzüge bzw. Heizzugpaare sowohl für Verbund­öfen, d.h. Verkokungsöfen mit wahlweiser Starkgas- oder Schwachgasbeheizung, als auch für Starkgasöfen darge­stellt. In den Zeichnungen ist die Richtung des Medien­verlaufs (Luft, Schwachgas, Starkgas, Abgas) während einer Heizperiode durch Pfeile gekennzeichnet. Da es sich hier um Regenerativöfen handelt, wechselt der Ver­lauf der Medien für die zweite Periode.

Fig. 1 zeigt zwei nebeneinanderliegende Heizzugpaare eines Verbundofens im vertikalen Längsschnitt A-A nach Fig. 2,

Fig. 2 den horizontalen Querschnitt B-B dieser zwei Heizzugpaare nach Fig. 1,

Fig. 3 zwei nebeneinanderliegende Heizzugpaare eines Starkgasofens im vertikalen Längsschnitt C-C nach Fig. 4 und

Fig. 4 den horizontalen Querschnitt D-D der zwei Heiz­zugpaare nach Fig. 3.

[0015] In den Zeichnungen bedeuten:
1 Heizzugpaar
2 Heizzug (beflammt)
2a Heizzug (nicht beflammt)
3 Primärluftkanal
3a Primärluftkanal (Abgas führend)
4 Regulierung zu 3
4a Regulierung zu 3a (Abgas führend)
5 Primärschwachgaskanal
5a Primärschwachgaskanal (Abgas führend)
6 Regulierung zu 5
6a Regulierung zu 5a (Abgas führend)
7 Starkgaskanal
8 Starkgasdüse
9 Sekundärluft

9a Sekundärluft (Abgas führend) 10 Regelbare Austritte zu 9
10a Regelbare Austrittezu 9a
(Abgas führend)
Regelorgane nicht dargestellt
11 Kreisstromöffnungen
11a Regulierrolle für Kreisstromöffnungen
12 Höhe Brennerebene bis zur Sekundärluftzu­führung
13 Umkehrstelle
14 Differentialkanal
15 Läuferwände
16 Binderwände oberhalb Sekundärluftstelle
17 Binderwände mit Umkehrstelle und Kreisstrom

[0016] Die strömenden Medien werden wie folgt den beflammten Heizzügen 2 zugeführt:
- Primärluft vom Luftgenerator über die Kanäle 3 und die regelbaren Austritte 4
- Primärschwachgas vom Gasregenerator über die Kanäle 5 und die regelbaren Austritte 6
- Starkgas über die Kanäle 7 und die auswechsel­baren Düsen 8
- Sekundärluft über die Kanäle 9 und die regel­baren Austritte 10
- Rückgas über die regelbaren Kanäle 11 (Kreis­stromöffnungen)

[0017] Über die Höhe 12 findet im beflammten Heizzug die parti­elle Verbrennung statt.

[0018] Der Weg der Rauchgase führt vom beflammten Heizzug 2 über die Umkehrstelle 13 (ein Teil über den Differential­kanal 16) in den unbeflammten Heizzug 2a und über die Düsen und Kanäle 4a, 3a, 6a, 5a, 10a, 9a in die (nicht dargestellten) Abgasregeneratoren.

[0019] In Fig. 1 und 2 ist die Strömungsrichtung der Medien so­wohl für Schwachgas- als auch für Starkgasbeheizung durch Pfeile gekennzeichnet. Bei Schwachgasbetrieb strömt jedoch kein Starkgas, während bei Starkgasbe­trieb die Schwachgaskanäle Verbrennungsluft führen.

[0020] Die seitliche Begrenzung eines Heizzugpaares 1 erfolgt durch die Läuferwände 15 und die von dem Kanal 9 durch­setzten Binderwände 16. Die Teilung des Heizzugpaares 1 in die Heizzüge 2 und 2a geschieht durch die Binder­wand 17, die von der Umkehrstelle 13 und der Kreisstrom­öffnung 11 durchsetzt wird.

[0021] Durch die Unterscheidung bzw. räumliche Trennung der Binderwände nach "Kreisstrom-besitzend" und "Luftkanal­besitzend" werden in Kombination mit den freistehenden Starkgasaustritten günstige Strömungsbedingungen sicher­gestellt, die eine weitgehende Einmischung des Kreis­stromes in die Verbrennungsmedien der unteren Stufe ermöglichen.

Ansprüche

1. Verfahren zur Verringerung des NO_x-Gehaltes im Rauchgas bei der Beheizung von Verkokungsöfen mit paarweise zusammenarbeitenden Heizzügen, hoch und tief liegenden Verbrennungsstufen sowie einer Rauchgasrückführung in Höhe der Heizzugsohle (Kreisstrom), gekennzeichnet durch die Kombina­tion folgender Maßnahmen:

a) Die Kreisstromrate, das ist der Volumenstrom des rückgeführten Rauchgases dividiert durch den Rauchgasvolumenstrom ohne rückgeführtes Rauchgas, wird zwischen 20 % und 50 % einge­stellt;

b) das Stufenverhältnis für eine Stufenanzahl größer/gleich 2, definiert als Luftvolumen­strom der unteren Stufe dividiert durch den gesamten Luftvolumenstrom, wird zwischen 80/I % (80 % dividiert durch Stufenanzahl I) und 140/I % (140 % dividiert durch Stufenan­zahl I) eingestellt;

c) die oberen Verbrennungsstufen werden zwischen 45 % - 10 % X (I-1) der Heizzughöhe (minimal jedoch bei 15 %) und 45 % + 10 % X (I-1) der Heizzughöhe (maximal jedoch bei 85 %) ange­ordnet.

2. Verkokungsofen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sekundären Luftzufuhrstellen (9) ausschließlich in den die Heizzugpaare (1) jeweils begrenzenden Binderwänden (18) angeordnet sind.

Zeichnung