用于生产焦炭的、具有被环流的循环流动路径的焦炉装置及运行该焦炉装置的方法以及控制装置和用途制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于通过煤的焦化来生产焦炭的焦炉装置(10)，通过焦炉装置内部的措施最小化氮氧化物排放，该焦炉装置具有多个双加热烟道(13)，每个双加热烟道具有经受火焰的加热通道(11)和引导废气的加热通道(12)，其通过分隔壁(14)并通过顺砖壁(15)分隔开，其中成对的加热通道在流体技术上借助于上部和下部连接通口(14.2)为了在外部的循环流动路径上的内部废气再循环彼此连接，其中在加热烟道的底部(5.4)中分别设有至少一个选自以下的入口：焦炉气入口(18)、燃烧空气入口(16)、混合气体入口(17)；其中各个分隔壁(14)具有至少一个另外的下部和上部的连接通口(14.2)，其布置在比外部循环流更靠近加热通道的高度中心的更中心的高度位置，且设置用于形成附加的内部的循环流动路径(19.2,19.3)。本发明专利技术还涉及运行焦炉装置的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于生产焦炭的、具有被环流的循环流动路径的焦炉装置及运行该焦炉装置的方法以及控制装置和用途
本专利技术涉及用于生产焦炭的装置和方法，以及控制设备和相应的用途。本专利技术尤其涉及一种根据各个独立权利要求的前序部分所述的装置和方法。
技术介绍
对焦炉的需求在全世界一如既往的高，并且甚至在未来也被认为是持续高的，例如在以下公开文献中描述的：K.Wessiepeetal.:OptimizationofCombustionandReductionofNOx-FormationatCokeChambers….COKEMAKINGINTERNATIONAL；9,2；42-53；VERLAGSTAHLEISENMBH；1997。焦炉的计划和构建必须在长的时间水平(Zeithorizont)之前进行，尤其焦炉的运行时间或寿命也须非常长，因此重要的是要知道在下几年内在焦炉上可以实现何种环境技术上的改进。尽管环境标准日益严格，如今每年都有几百个焦炉新建并运行。尽管如此，对于大多数政治家还同时已知的是，借助于焦炉的能量获取并非特别环境友好。因此，对于新的焦炉的构建或者现有焦炉的运行，从很多方面对排放物、尤其有关氮氧化物(NOx)提出越来越严格的要求。有关于此，存在许多努力来改进焦化效率或环境友好性，例如在以下公开文献和其中引用的文章中可以参阅：A.J.Nowaketal.:CFDmodelofcoupledthermalprocesseswithincokeovenbattery….ComputerAssistedMechanicsandEngineeringSciences,17:161–172,2010。该公开文献致力于对预先已知的优化措施的模拟。作为当前允许的或在现有设备中还容许的排放极限值为500mg/Nm3，相应地在5％氧气O2下约250ppm。作为在欧洲的未来的极限值可为约350mg/Nm3(在5％O2下约170ppm)，或马上在亚洲、尤其日本、韩国、中国台湾地区和中国内地甚至也许仅约200mg/Nm3。换言之：NOx排放应尽可能迅速降低一半或更多。然而，一些环境机构现在已经要求在仅大约100mg/Nm3的范围中的上极限值，尤其在亚洲，这将对应于5倍。鉴于越来越严格的要求，尤其也包括对于柴油驱动的车辆，对于欧洲也必须期望，允许的极限值在短时间内就低于350mg/Nm3。氮氧化物尤其通过由焦炉气燃烧产生的烟气释放或在燃烧时形成，尤其从大约1250℃的(在底部的引导废气的加热通道中的)喷嘴砖温度起(所谓的热NOx形成)。随着温度升高，NOx的热形成进一步指数地促进或激起，从而氮氧化物的排放很大程度上由焦炉中的热条件来决定。已知的是，尤其在焦炉的竖直的引导烟气的加热烟道中，通过设置一定的温度范围可以对NOx排放施加影响。在此适用的是经验公式：温度越高，NOx排放越强。炉操作者因此努力或者由于环境技术的规定而被迫保持尽可能低的温度，尤其不能升高到超过1250℃的极限。但是，炉操作者也对高效的焦化工艺感兴趣并且期望在至高1325℃的喷嘴砖温度下的运行模式；焦化的效率随着温度而增加，并且运行温度越高，炉组(Ofenbatterie)就可以在相同的输出下被设计得越紧凑。例如：取代100个炉，在较高的运行温度下只需构建大约95至98个炉，相应地在设备上节省了2至5个百分比(更小的投资额，降低至高5％的设备成本，例如就1至8亿欧的投资额而言)。因此，为了降低NOx排放，仅非常不希望地尝试在焦化期间实现降低的温度水平或避免加热烟道中的温度峰值，尤其通过匹配运行方式，因为这导致功率损失并且使得焦炭生产不经济。因此，对于炉的操作者来说，不在最佳运行状态中运行的焦炉是不感兴趣的或不可实现的。因此将容忍NOx排放负面地保持高。然而，炉操作者知道：如果能够在相对适度的、降低的温度下将热量输入保持恒定地保持得高，则这在可比的输出中积极地影响NOx排放。炉操作者必须考虑不同类型的焦炉的这些边界条件。尤其，根据焦炭的挤出方向，垂直箱式炉与水平箱式炉的区别之处在于：在水平箱式炉中，焦化是分批进行的。焦化后，焦炭以水平方向(分批操作)挤出。与此相对的是，在垂直箱式炉中，煤在垂直方向上被连续地送入和送出(连续操作)。本专利技术尤其涉及水平箱式炉。炉室通常具有在4至8.5m范围内的高度，其中，炉室或加热通道的高度也通过运行方式预先给定。该高度对在加热通道中产生的压力差有影响。如果需要大的压力差，则必须选择大的高度。可以假定，温度在高度上应该尽可能保持恒定，因为只有这样才可能设置有效的运行状态，而不会使NOx排放强烈升高。尤其在炉室的温度在1000℃到1100℃范围内时，温度降应该尽可能明显小于40K或者40℃。明显高于平均温度的温度最大值将促进NOx的热形成。因此，当温度保持均匀地稍微低于开始发生NOx热形成的温度，则焦炉能够在高输出和低NOx排放之间的最佳折衷下运行。运行状态的模拟是可以更好地估计各个优化措施的效果的有用工具。但是，焦炉是模拟相应复杂的相对复杂的设备。例如，具有气体输送的新类型和方式的新结构可意味着每个计算的数周的计算耗费，使得在模拟中也可出现数年的工作耗费(例如超过100个所需的变体时)。因此，不仅必须在受限的可能性下在技术规模上实施新措施的试验，而且在该措施可通过模拟进一步研究之前，必须单独出于成本原因首先在众多方面中检查简单的结构性措施。这导致，对现有的炉设计的结构变化确切地说仅以非常适度的、保守的方式进行。迄今为止，直接在焦炉上或者在焦炉的结构性构造上试验过的措施-这些措施也应在功率优化的运行方式下起作用-通常是内部的压力差驱动的或者是通过温度和密度差驱动的、来自从下向上流通的加热烟道的烟气送回(烟气的部分体积流的内部循环输送，所谓的循环流)和/或燃烧空气的分级，也就是来自分隔壁或者是横砖壁(Binderwand)的燃烧气体在不同的高度位置引入到加热烟道中。在此，尤其鉴于以下标准进行分级：在煤装料上方的相邻炉室中气体收集室温度的最大值必须小于820℃；顶表面温度必须尽可能小于或等于60℃；炉室壁内部温度差≤40K，尤其在炉底/燃烧器平面上方500mm和炉室上边缘的下方500mm之间的高度位置。在此，循环流引导(部分地在加热通道的端部上或在整个圆周地在循环中)通常在所谓的双加热烟道中实现。成对地彼此并列布置的加热烟道或加热通道尤其在竖直的定向中彼此连接，其方式是，将来自经受火焰的加热通道的气体送回到未经受火焰的加热通道中，这仅在上/下反转点处进行，或者不仅在上反转点而且还在下反转点进行。在水平箱式炉中，沿挤出方向可设有大约24至40个加热通道，即大约12至20个双对(Zwillingspaar)。选择性可实现的循环流在此可以由于压力差自主地形成，即没有附加的主动的在流体技术上的调节或支持。尤其还为了均匀的热分布，循环流的优化在1920年代就已经在工业规模上开始。自从1970年以来，还伴随研究了循环流引导对NOx排放的影响。迄今为止在大多数情况下所使用的具有循环流引导装置的焦炉的构造可以如下描述：加热气本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于通过煤或煤混合物的焦化来生产焦炭的焦炉装置(10)，所述焦炉装置设置成通过借助于焦炉自身气体(G1，G4，G5)的内部热能平衡通过在焦炉装置内部的措施来最小化氮氧化物排放，所述焦炉装置具有多个双加热烟道(13)，所述双加热烟道分别具有经受利用气体的火焰的加热通道(11)和引导废气的向下流通的加热通道(12)，所述加热通道分别成对地由分隔壁(14)彼此分开并且由两个相对而置的顺砖壁(15)与相应的炉室(10.2)分隔开，其中，成对的加热通道在流体技术上借助于上部连接通口(14.2)并且借助于下部连接通口分别为了在外部的循环流动路径(19.1)上的内部废气再循环(19)彼此连接，其中在各个加热烟道的底部区域(5.4)中分别设有至少一个选自以下的组的入口：焦炉气入口(18)、燃烧空气入口(16)、混合气体入口(17)；/n其特征在于，各个分隔壁(14)具有至少一个另外的下部和上部的连接通口(14.2)，所述另外的下部和上部的连接通口(14.2)布置在比外部循环流更靠近加热通道的高度中间的更中间的高度位置处，并且设置用于额外的向上和向下的内部的环流，以在额外的内部的循环流动路径(19.2、19.3)上形成中间层。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170915 DE 102017216439.5;20170915 DE 102017216431.用于通过煤或煤混合物的焦化来生产焦炭的焦炉装置(10)，所述焦炉装置设置成通过借助于焦炉自身气体(G1，G4，G5)的内部热能平衡通过在焦炉装置内部的措施来最小化氮氧化物排放，所述焦炉装置具有多个双加热烟道(13)，所述双加热烟道分别具有经受利用气体的火焰的加热通道(11)和引导废气的向下流通的加热通道(12)，所述加热通道分别成对地由分隔壁(14)彼此分开并且由两个相对而置的顺砖壁(15)与相应的炉室(10.2)分隔开，其中，成对的加热通道在流体技术上借助于上部连接通口(14.2)并且借助于下部连接通口分别为了在外部的循环流动路径(19.1)上的内部废气再循环(19)彼此连接，其中在各个加热烟道的底部区域(5.4)中分别设有至少一个选自以下的组的入口：焦炉气入口(18)、燃烧空气入口(16)、混合气体入口(17)；
其特征在于，各个分隔壁(14)具有至少一个另外的下部和上部的连接通口(14.2)，所述另外的下部和上部的连接通口(14.2)布置在比外部循环流更靠近加热通道的高度中间的更中间的高度位置处，并且设置用于额外的向上和向下的内部的环流，以在额外的内部的循环流动路径(19.2、19.3)上形成中间层。


2.根据权利要求1所述的焦炉装置，其中，所述额外的内部的循环流动路径(19.2)经由成对的下部和/或上部的通口(14.2)延伸，所述通口分别成对地布置在至少近似相同的高度位置上。


3.根据前述权利要求中任一项所述的焦炉装置，其中，借助于所述通口(14.2)形成至少一个另外的内部的循环流动路径(19.3)，所述至少一个另外的内部的循环流动路径由在外部的循环流动路径(19.1、19.2)上的至少两个外部循环流环流。


4.根据前述权利要求中任一项所述的焦炉装置，其中至少一个、优选所有废气再循环通口(14.2)相对于加热通道的宽度(x)比入口(16，17，18)中的至少一个更中心地布置并且环流更中心的、由进入气体(G1，G5)中的至少一种限定的流动路径(GP4)。


5.根据前述权利要求中任一项所述的焦炉装置，其中，各个燃烧空气入口(16)和/或各个混合气体入口(17)和/或各个焦炉气入口(18)具有最大0.06m2的横截面积；和/或其中各个下部的和/或上部的废气再循环通口(14.2)的横截面大于0.005m2，尤其大于0.01m2。


6.根据前述权利要求中任一项所述的焦炉装置，其中，燃烧空气入口(16)和/或混合气体入口(17)和/或焦炉气入口(18)以相对于加热通道的中心纵轴0°的角度(α)定向或者以小于30°、尤其小于20°或小于10°的角度定向；和/或其中入口中的至少一个，尤其焦炉气入口(18)包括入口喷嘴，并且在加热通道的底部上方0.0到0.45m、尤其0.05到0.25m的高度位置汇入到加热通道(11、12)。


7.根据前述权利要求中任一项所述的焦炉装置，其中，在所述分隔壁(14)中构造有至少一个尤其居中布置的分级空气通道(14.1)，所述分级空气通道具有至少一个分级空气入口(14.11)；或者其中在所述分隔壁(14)中构造有至少两个尤其平行地布置的分级空气通道(14.1)，所述分级空气通道在所述上部的/最上部的废气再循环通口(14.2)的上方汇合并且在在所有的废气再循环通口(14.2)的上方的最上方分级空气入口(14.11)中汇入经受火焰的加热通道(11)中。


8.根据前述权利要求中任一项所述的焦炉装置，其中，在所述分隔壁(14)中的至少一个中构造有至少两个尤其平行布置的分级空气通道(14.1)，所述分级空气通道在所述上部的/最上部的废气再循环通口(14.2)上方在所有废气再循环通口上方的两个最上方的分级空气入口(14.11)中汇入到经受火焰的加热通道(11)中。


9.根据前述权利要求中任一项所述的焦炉装置，其中，各个废气再循环通口(14.2)具有至少一个倒圆的流动边缘(14.21)和/或凸出的拱形，尤其具有至少四分之一壁层的半径或者至少30°，尤其相对于各个循环流动路径位于内部的倒圆的流动边缘或者凸出的拱形；和/或其中各个...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗纳德·金，托马斯·奇尔莱，拉法尔·格热戈日·布琴斯基，
申请(专利权)人：蒂森克虏伯工业解决方案股份公司，蒂森克虏伯股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE