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Verfahren zur Verminderung des spezifischen Brennstoffverbrauches und Regelung
Es ist bekannt, dass der spezifische Brennstoffverbrauch von Öfen aller Art, d. i. der Brennstoffverbrauch bezogen auf die Erzeugungseinheit, der kurz als Brelnstoffverbrauch bezeichnet wird, durch Zuführung erwärmten Windes herabgedrückt werden kann. So sinkt mit je 100 C Windtemperatursteigerung der Brennstoffverbrauch um 4%. Bei Hochöfen z. B. ist man jedoch je nach der Qualität der verwendeten Erze oder des zu erzeugenden Metalles, z. B. Roheisens, und der Belastung des Ofens an eine Höchstgrenze der Windtemperatur gebunden. Durch Zuführung des Windes kann man günstigstenfalls eine Konzentration von etwa 34. 6% an Kohlenmonoxyd vor den Formen erzielen, wenn man von dem durch die Windfeuchtigkeit entstehenden Kohlenmonoxyd absieht.
Obwohl die Winderhitzer den Wind mit hoher Temperatur abgeben können, muss diese aus den erwähnten Gründen durch Zumischung von Kaltwind herabgedrückt werden, wodurch der Vorteil der Winderhitzung nicht voll ausgenützt werden kann.
Zur lokalen Erniedrigung der Temperatur im Ofen wurde auch schon vorgeschlagen, Kohlensäure, Wasser und Wasserdampf mit dem Wind oder in besonderen Leitungen in Gebläseschachtöfen einzuführen, welche Stoffe bei der Berührung mit dem glühenden Brennstoff reduzierende Gase (Kohlenoxyd und Wasserstoff) liefern.
Ebenso ist es bekannt, zur Erhöhung der Temperatur in den Ofen Hochofen-, Kupolofen-, Koksofen-und Generatorgase, die vornehmlich Kohlenoxyd und Wasserstoff, sowie nur geringe Mengen Kohlensäure enthalten, einzublasen. Auch wurden solche Gase schon vor ihrer Einführung in den Ofenschacht erhitzt oder es wurde die Windtemperatur erhöht.
Um zu ermöglichen, mit der in den Winderhitzern erreichbaren Windtemperatur zu arbeiten und gegebenenfalls auch eine Steigerung der Konzentration an Kohlenoxyd zu erzielen, werden erfindunggemäss mit dem Wind oder durch besondere Leitungen Abgase aller Art, die, abgesehen von etwa vorhandenem Stickstoff, Sauerstoff und Wasserdampf, vornehmlich Kohlensäure enthalten, wie Verbrennunggase, Abgase von Rost-und Kalkbrennofen oder der chemischen Industrie, auch Kohlensäure der Tiefkühlung eingeblasen. Da aber bei Einführung dieser Gase eine Verminderung der Ofentemperatur eintreten würde, so wird erfindungsgemäss der Wärmeausfall durch gleichzeitige Erhöhung der Windtemperatur oder entsprechend hohe Erhitzung der mit dem Wind oder getrennt eingeblasenen Gase ersetzt.
In der Möglichkeit erhöhter Wärmezufuhr, die zweckmässigerweise aus irgendeiner billigen Energiequelle stammt, und gleichzeitiger Einführung von Abgasen, die im Ofen zu reduzierenden Gasen werden, liegt die Ersparnis an einem hochwertigen Produkt, wie Koks u. dgl.
Die heute üblichen Windtemperaturen bei Hochöfen sind 300-500 C. In vielen Fällen könnte diese Temperatur noch sehr erhöht werden, würden damit nicht Veränderungen der Roheisenbeschaffenheit Hand in Hand gehen und sich sonstige Schwierigkeiten im Betrieb einstellen, wie Hängen usw. Es sind insbesondere Roteisenstein, Rösterze und zahlreiche Erze des Metallhüttenwesens, die hohe Temperaturen des Windes nicht vertragen. Es gibt zahlreiche Hochöfen, die aus diesem Grunde mit 350 C und auch 500 C Windtemperatur arbeiten, weiters Öfen in der Metallhüttenindustrie, die mit kaltem Wind arbeiten usf. Durch Winderhitzung können aber ohne Schwierigkeiten Temperaturen bis 800 C und mehr erreicht werden.
Diese Temperaturspanne von 350 auf 800 C bzw. von 500 auf 800 C oder von Aussentemperatur auf 800 C kann dazu verwendet werden, die Wärmemenge zu decken, die durch die Einführung der erwähnten Stoffe verloren geht. Hiebei können die eingeführten Gase selbst wieder auf 800 C gebracht werden. Die erwähnten 800 C sind jedoch auch beim Hochofen keinesfalls als oberste Grenze aufzufassen, denn es besteht die Möglichkeit, z. B. durch Verwendung von Generatoroder Koksofengas zur Winderhitzung, die Temperatur des Windes als auch der einzuführenden Stoffe darüber hinaus zu erwärmen, wie es schon z. B. beim Martinofen seit langem geschieht. Auch der elektrische Strom kann zur Erwärmung der einzuführenden Stoffe benützt werden.
Durch Einführung von Kohlensäure oder sonstiger Stoffe, die neben Kohlenstoff auch Wasserstoff und Sauerstoff enthalten, werden in Berührung mit dem glühenden Koks Kohlenoxyd (CO) und Wasserstoff (H) gebildet. So entsteht aus einem Volumteil Kohlensäure (C02) nach der Beziehung
CO2 + C = 2 CO die doppelte Menge an CO. Zur Erzeugung der gleichen Menge von reduzierenden Stoffen aus dem Sauerstoff des Windes braucht man jedoch nach der Beziehung
02+2C=2CO die doppelte Menge an Kohlenstoff.
Jedem Kubikmeter an mitgeführter CO2 entspricht daher eine
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Es ist aber ferner auch möglich, den Teildruck an reduzierenden Stoffen über den bei Verwendung reinen Windes zu erzielenden Teildruck an reduzierenden Stoffen zu erhöhen, da Stoffe reichlich zur Verfügung stehen, die mit dem Kohlenstoff des Ofens Teildrücke an reduzierenden Gasen, CO und H, über dieses Mass geben, wie Abgase aus Rost-und Kalkbrennofen, ferner die Verbrennungsprodukte von
Gichtgas, Generatorgas, Koksofengas, Teer, Öl, Kohle od. dgl. Dadurch wird die Reaktionsgeschwindigkeit günstig beeinflusst und höhere Anteile an der indirekten Reduktion sind die Folge. Es ist somit eine weitere Kohlenstoffersparnis vorhanden, indem der für die direkte Reduktion nötige Kohlenstoff vermindert wird.
Da jedoch von dem erhöhten Teildruck an reduzierenden Gasen nicht alles aufgebraucht wird oder aber bei Vorhandensein von Wasserstoff in den reduzierenden Gasen sich wiederum Wasser- dampf bildet, der sich in den Gasreinigungsanlagen niederschlägt, erhält man bei diesem Verfahren auch ein aus dem Ofen abziehendes Gas von höherem Heizwert, welches abermals zur Steigerung der Winderhitzung beitragen kann.
Der Ersparnis an Verbrennungskohlenstoff steht jedoch ein Wärmeverbrauch gegenüber, der durch die Zerlegungswärmen für die Kohlensäure und für den beigemengten Wasserdampf und für die Erwärmung des eingeführten Stoffes bzw. dessen Zersetzungsprodukten auf die Reaktionstemperatur verursacht wird. Würde man dieses Verfahren daher nur so durchführen, dass man CO-oder HO-haItige
Gase dem Wind zumischt, ohne andere Massnahmen zu ergreifen, so würde eine Abkühlung im Ofen stattfinden und die Reaktionen würden mit dem fortschreitenden Zusatz dieser Stoffe schliesslich zum Stillstand kommen. Erfindungsgemäss wird die fehlende Wärme, die durch den Zusatz der Stoffe zum Wind eine Minderung der Reaktionstemperatur herbeizuführen trachtet, durch Wärmezufuhr von aussen aufgebracht.
Diese Forderung nach Mehrwärme ergänzt in glücklicher Weise die zweite wirtschaftliche Forderung nach Höhererwärmung des Windes, was man, wie oben beschrieben, allein nicht immer ohne weiteres tun kann. In solchen Fällen also, wo eine Temperaturerhöhung im Reaktionsraum zu befürchten ist, etwa durch Einführung zu heissen Windes oder Gases oder sonstiger Stoffe oder durch Zuführung elektrischen Stromes, kann man die Temperaturerhöhung, falls sie nicht erwünscht ist, zunichte machen durch Zufuhr von Gasen oder sonstigen Stoffen, die diese Temperatur herabsenken, dabei aber einen Minderverbrauch an Kohlenstoff verursachen.
Vorgenannte Abgase können zweckmässigerweise in Winderhitzern, Überhitzern od. dgl. gemeinsam oder getrennt mit dem Wind in bekannter Weise vorgewärmt werden und für beide eine gemeinsame oder getrennte Zuleitung zum Ofen vorgesehen sein.
Ferner können die Abgase oder die andern genannten kohlensäurehaltigen Gase auch in höheren Zonen des Ofens eingeführt werden und hiebei auch in an sich bekannter Weise als Träger von Erz, Schlacke, Gichtstaub u. dgl. dienen.
Das geschilderte Verfahren kann selbstverständlich auch zur Erhöhung der Produktion von Schachtöfen, Hochöfen, Kupolöfen und Drehrohröfen Verwendung finden und auch zur Erhöhung des Heizwertes der aus Schachtöfen, wie Hochöfen usw., austretenden Gase dienen. Nach diesem Verfahren lässt sich auch der Reinheitsgrad (Entschwefelung) des zu erzeugenden Stoffes oder Metalles erhöhen, wie auch eine oxydierende Wirkung auf die Beschickung ausgeübt werden kann.