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Verfahren und Vorrichtung zur Verwertung der Abhitze von
Konvertern für die Blasstahlerzeugung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verwertung der Abhitze von Konvertern für die Blasstahlerzeugung.
Die bei der Blasstahlerzeugung anfallenden Abhitzemengen treten intermittierend auf, d. h. der hiemit erzeugte Dampf fällt unregelmässig an und kann daher nicht für den ordnungsgemässen Betrieb eines Turboaggregats zwecks Energieerzeugung verwendet werden. Bisher ist es gelungen, aus der intermittierend anfallenden Abhitzemenge jedes der zusammenarbeitenden Konverter in Verbindung mit einem Überhitzer Hochdruckdampf von z. B. 45 atü und 4250 C zu gewinnen, wobei die den Kesseln entnommene Leistung entsprechend dem Blasrhythmus zwischen 0 und einem Maximum schwankt. Die Verwertung des Dampfes stösst wegen des unregelmässigen Abfalles auf mehrere Schwierigkeiten.
Abgesehen vom rhythmischen An- und Abschwellen der Dampfmenge ist auch der Rhythmus an sich innerhalb gewisser Grenzen nicht als gesichert anzusehen, da Verzögerungen im Anblasen im Bereich der Möglichkeit liegen. Es ist schon bekannt, bei Dampferzeugungsanlagen Zusatzfeuerungen in jenen Perioden einzusetzen, wo die natürliche Heizquelle, z. B. die Abhitze, entfällt.
Um den bei der Blasstahlproduktion anfallenden Dampf zur Energieerzeugung ausnützen zu können, wird gemäss vorliegender Erfindung ein Verfahren zur Verwertung dieses Dampfes vorgeschlagen, das darin besteht, dass der im Abhitzekessel in Abhängigkeit von der jeweils anfallenden Abgaswärmemenge erzeugte Dampf hohen Druckes zur Nivellierung einem Gefallespeicher zugeführt und von hier aus gleichmässig strömend mit niedrigerem Druck zum Überhitzer desselben oder eines zweiten Konverters bzw.
zu einem von den Konvertern unabhängigen Überhitzer weitergeleitet wird, wo er auf die für den Betrieb eines Turboaggregats erforderliche Temperatur gebracht wird, wobei die den Konvertern zugeordneten Überhitzer während des Konverterbetriebes einer regelbar einstellbaren Abgaswärmemenge und bei nicht arbeitenden Konvertern der regelbaren Wärmemenge einer Gasfeuerung ausgesetzt sind, wogegen der unabhängige Überhitzer ständig mit Gas beheizt wird.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, bei welcher in jedem Schacht über den Konvertern ein Abhitzekessel zur Dampfgewinnung untergebracht 1st, der mit einem Überhitzer zusammenarbeitet, zeichnet sich besonders dadurch aus, dass die in den jeweils zusammenarbeitenden Konvertern vorhandenen Abhitzekessel mit einem die anfallende Dampfmenge aufnehmender Gefällespeicher in Verbindung stehen, der entweder über ein automatisches Wechselventil mit allen in den Schächten der Konverter angeordneten, mit zusätzlicher Gasfeuerung ausgestatteten Überhitzern verbindbar ist oder mit einem von den Konvertern getrennten Überhitzer mit eigener Gasfeuerung in Verbindung steht.
Durch die erfindungsgemässen Massnahmen ist die Dampferzeugung bzw. -auswertung auch in den Betriebspausen der Konverter möglich, da der Gefällespeicher in diesem Zeitraum ebenfalls eine gleichmässige Dampfmenge niedrigeren Druckes an einen Überhitzer abgibt, der den Dampf z. B. mittels einer Gasfeuerung auf die für den Betrieb des Turboaggregats erforderliche Temperatur bringt.
Ein wesentlicher mit der Erfindung erzielbarer Vorteil liegt ferner in der Tatsache, dass mit einem geringen Brennstoffaufwand das Auslangen gefunden wird, da Gas nur in jener kurzen Zeit verbraucht wird, in der die Konverter keine Abwärme liefern.
Eine zur Durchführung des Verfahrens dienende Vorrichtung ist in der Zeichnung In zwei beispielsweisen Ausführungsformen schematisch näher veranschaulicht. Es zeigen Fig. l drei miteinander arbeitende Kon- verteranlagen mit der erfindungsgemässen Vorrichtung mit einem bei jedem Konverter angeordneten Über-
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hitzer, Fig. 2 dieselbe Anlage wie nach Fig. 1, nur mit einem von den Konvertern getrennt vorgesehenen Überhitzer mit eigener Gasfeuerung für Dauerbetrieb und Fig. 3 eine Seitenansicht des separaten Über- hitzers.
Wie aus der Fig. 1 zu ersehen ist, können ein, zwei bzw. drei Konverter 1 zusammenarbeiten, deren
Abhitze von einem über ihnen angeordneten Schacht 2, 3, 4 aufgenommen wird. Im Schacht 2,3, 4 jedes
Konverters 1 befindet sich vor allem ein Abhitzekessel 5, der z. B. als La Monte-Kessel ausgebildet sein kann und einen zwangsweisen Wasserumlauf aufweist. Hiezu können eine Umwälzpumpe 6 und eine not- wendige Kesseltrommel 7 vorhanden sein.
Der Schacht 2, 3, 4 jedes Konverters 1 kami erfindungsgemäss durch eine Wand 8 in zwei Strömungkanäle 9,10 unterteilt sein, wobei im Kanal 9 der Abhitzekessel S und im Kanal 10 ein Überhitzer 11 angeordnet ist, dem jedoch auch eine Gasfeuerung 12 zugeordnet wird. Zur Regulierung des Strömungsquerschnittes dieser Kanäle 9 und 10 dient eine temperaturgesteuerte am oberen Ende der beiden Kanäle 9, 10 schwenkbar angeordnete Klappe 13.
Der Abhitzekessel 5 jedes Konverters 1 ist erfindungsgemäss mit einem oder mehreren Gefällespeichern 14 bekannter Bauart verbunden, wobei in die Verbindungsleitung dieser Elemente ein Überströmventil 16 eingeschaltet ist, das für die Aufrechterhaltung des Dampfdruckes im Abhitzekessel 5 sorgt, der z. B. 45. atü sein kann. Der Gefällespeicher 14 ist mit allen in den Konverterschächten 2,3, 4 vorhandenen Überhitzern 11 über ein automatisch wirkendesWechselventill7 und eine Leitung 18 verbunden, wobei zwischen dem Wechselventil 17 und dem Gefällespeicher 14 ein Reduzierregelventil 19 eingeschaltet ist.
Letzteres hat die Aufgabe, dem jeweils angeschlossenen Überhitzer 11 eine gleichmässige Menge Dampf niedrigeren Druckes zuzuführen und ist z. B. auf 25 atü eingestellt Solange daher im Gefällespeicher 14 ein Dampfdruck über 25 atit vorhanden ist, wird von ihm Dampf in gleichmässiger Menge zur Überhitzung abgegeben. Der Überhitzer 11 jedes Konverterschachtes 2, 3, 4 steht schliesslich mit einem Turboaggregat 20 über eine Leitung 21 in Verbindung und liefert den Dampf mit der erforderlichen Temperatur für den Energieerzeuger. Dem Turboaggregat 20 ist ein Mengenregler 22 parallelgeschaltet, der den Mengenimpuls über ein Regelorgan 23 erhält.
Die für den Betrieb des Turboaggregats erforderliche gleichmässige Dampfmenge mit bestimmtem Druck und bestimmter Temperatur kann nach dem erfindungsgemässen Verfahren mit der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung auf folgende Weise erhalten werden : Während des Blasvorganges im Konverter 1 werden die heissen Abgase vom Schacht 2 aufgefangen und treffen zum Teil auf den Abhitzekessel 5 und beaufschlagen diesen. Der im Abhitzekessel 5 erzeugte Dampf wird in üblicher Weise in der Kesseltrommel 7 vom Umlaufwasser 24 getrennt und strömt zum erwähnten Gefällespeicher 14, während das Umlaufwasser 24 mit Hilfe der Umwälzpumpe 6 wieder dem Abhitzekessel 5 zugeführt wird.
Nach Auffüllen des Gefällespeichers 14 mit Dampf auf z. B. über 25 atü wird über das Reduzierregelventil 19 die eingestellte Dampfmenge von 25 atü durch die Leitung 18 dem Überhitzer 11 zugeleitet, wo die heissen Abgase des Konverters 1 diesen Dampf auf die erforderliche Temperatur bringen. Zu diesem Zweck wird die Regelklappe 13 temperaturgesteuert, d. h. sie nimmt entsprechend der gewünschten Überhitzertemperatur eine solche Stellung ein, dass durch den Kanal 10 nur eine zur Erreichung der Überhitzertemperatur notwendige Menge Abgase streicht Die Klappe 13 kann dabei mittels Thermostat od. dgL, jedoch zweckmässig selbsttätig, gesteuert werden.
Zwischen Überhitzer 11 und Klappe 13 kann auch eine temperaturvermindernde Heizfläche 25 eingeschaltet sein, damit die Klappe 13 ohne Beschädigung arbei- tet. Die Heizfläche 25 ist dabei vorteilhaft ein Teil des Abhitzekessels 5. Ein nach der Klappe 13 im Schacht 2 vorhandener Speisewasservorwärmer 26 dient zur weiteren Abkühlung der entweichenden Abgase, dessen erwärmtes Wasser den Kesseln oder auch andern Zwecken zugeführt werden kann.
Bei Beendigung des Blasvorganges und Entleerung des Konverters 1 fehlen nunmehr die heissen Abgase nicht nur zur Dampferzeugung im Abhitzekessel 5, sondern auch zur Überhitzung des Dampfes im Über- hitzer 11. Zu diesem Zeitpunkt wird nach dem erfindungsgemässen Verfahren die Gasfeuerung 12 für den Überhitzer ! ! oder diejenige im Schacht 3 für den zweiten Konverter selbsttätig durch das Wechselventil 17 eingeschaltet, wobei sich auch die Regelklappe 13 unter dem Einfluss des sie steuernden temperaturabhängigen Organs so einstellt, dass die Gasfeuerung 12 den Überhitzer 11 mit heissen Gasen beaufschlagt und die gewünschte Überhitzertemperatur erreicht wird.
Bei Beginn der nächsten Blasperiode eines Konverters erlischt die Gasfeuerung selbsttätig, und der beschriebene Dampferzeugungsvorgang im Abhitzekessel wiederholt sich von neuem. Unterhalb der Gasfeuerung 12 ist eine dem Abhitzekessel 5 zugeordnete Heizfläche 49 vorhanden, die eine Wärmestrahlung der Gasfeuerung 12 nach unten verhindert.
Im allgemeinen reicht die im Gefällespeicher 14 überschüssige Dampfmenge aus, um während des Konverterstillstandes genügend Dampf niedrigen Druckes von z. B. 25 atü an den Überhitzer 11 abgeben
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zu können. Da jedoch der Gefällespeicher 14 nur für eine bestimmte Kapazität gebaut und hiebei wirt- schaftlich günstig ausgenützt werden kann, lässt sich auch die Abgabe des Dampfes an den Überhitzer 11 nur für einen der möglichen Kapazität des Gefällespeichers 14 entsprechenden Zeitraum durchführen.
Um auch dann eine kontinuierliche Dampferzeugung für den pausenlosen Betrieb eines Turboaggre- gates 27 zu gewährleisten, wenn das Anblasen des einen oder andern Konverters sich aus bestimmten Grün- den verzögert, kann eine erfindungsgemässe Vorrichtung gemäss Fig. 2 und 3 verwendet werden, bei der der Überhitzer 28 in einem schachtähnlichen, von den Konvertern 29 usw. örtlich getrennten Apparat 30 untergebracht wird.
Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird in den Abhitzekesseln 31 der einzelnen Konverter 29 lediglich Sattdampf erzeugt, der über die Leitung 32 und ein Überströmventil 33 dem Gefällespeicher 34 zugeführt wird. So wie beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 gibt auch hier der Gefällespeicher 34 Ober ein Reduzierregelventil. 35 einen gleichmässig strömenden Dampf niedrigen Druckes über die Leitung 36 ab, jedoch nicht zu einem im Schacht 37 des Konverters 29, sondern getrennt davon angeordneten Über- hitzer 28. Dieser wird von einer ständig in Betrieb befindlichen Gasfeuerung 38 (Fig. 3) mit heissen Gasen so beaufschlagt, dass bei entsprechender Stellung einer ebenfalls vorhandenen Regelklappe 39 die erfor- derliche Überhitzertemperatur erreicht wird.
Der Apparat 30 ist dabei so wie die Schächte 2,3, 4 nach
Fig. 1 durch eine senkrechte Wand 40 in zwei Strömungskanäle 41,42 geteilt, wobei sich jedoch im
Gegensatz zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 die den Querschnitt der Strömungskanäle 41,42 steuern- de Regelklappe 39 an den unteren Kanalenden und die in Fig. 2 nicht dargestellte Gasfeuerung 38 (Fig. 3) oben im Apparat 30 befindet. Im einen Strömungskanal 41 befindet sich der Überhitzer 28, während im
Kanal 42 mit Umwälzpumpen 43 und Kesseltrommel 44 zusammenarbeitende Zirkulationsheizflächen 45 angeordnet sind, die zur Dampferzeugung dienen.
So lange nun vom Gefällespeicher 34 genügend Dampf zum Überhitzer 28 gefördert wird, erzeugen die Zirkulationsheizflächen 45 nur wenig Eigendampf, da die temperaturgesteuerte Klappe 39 den Kanal 42 fast ganz schliesst. Der dabei trotzdem erzeugte Dampf wird zusammen mit dem vom Gefällespeicher 34 geliefertenDampf im Überhitzer 28 auf die für das Turboaggregat 27 erforderliche Temperatur gebracht. Wenn jedoch die Dampfzufuhr vom Gefällespeicher 34 zum Überhitzer 28 aus den erwähnten Gründen aufhört. wetden die Gasfeuerung 38 und die Klappe 39 durch einen Dampfmengenimpuls oder einen Überhitzertemperaturimpuls so gesteuert, dass sich einerseits die zur Verfügung stehende Hitze vergrössert und anderseits der Strömungsquerschnitt des Kanals 42 erweitert wird.
Dadurch wird in den Zirkulationsheizflächen 45 so viel Dampf erzeugt, dass der Überhitzer 28 die gleiche oder eine eingestellte Menge erhält. Die erwähnte Steuerung der Klappe 39 erfolgt wieder vorzugsweise thermostatisch von einem Regelorgan 46 aus, das auf die Temperatur des beimturboaggregat vorhandenen Dampfes anspricht und mit dem Reduzierregelventil 35 bzw. einem Regelorgan in der Leitung 36 zusammenarbeitet.
Durch eine solche erfindungsgemässe Ausbildung der beschriebenen Vorrichtung nach Fig. 2 und 3 ist es möglich, den Turbogenerator auch, ìann mit Dampf zu versorgen, wenn das Anblasen des nächsten Konverters sich länger verzögert oder der Betrieb der Konverter überhaupt zeitweilig unterbrochen ist. Damit ist aber eine kontinuierliche Energieerzeugung erstmals gewährleistet.
Beim Apparat 30 kann, wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, der Klappe 39 eine temperaturvermindernde Heizfläche 47 vorgeschaltet sein, damit diese ohne Schaden arbeitet. Auch eine Heizfläche 48 kann vor dem Abziehen der Abgase zu deren Kühlung schliesslich vorgesehen werden. Bei 50 ist es möglich, den dem Turboaggregat zu entnehmenden Dampf zur Warmwasserbereitung und zur Raumheizung abzuführen.
Aus der Fig. 3 ist auch zu ersehen, dass der mit der Absaugvorrichtung versehene Teil des Apparates 30 so angeordnet sein kann, dass der vertikale Querschnitt des Apparates einem in die Höhe ragenden Rechteck entspricht, Dies ist mit strichlierten Linien angedeutet.
Die Erfindung ist nicht nur auf die in den Fig. 1-3 dargestellten Ausführungsformen beschränkt.
Vielmehr kann auch eine Kombination der in diesen Figuren gezeigten Vorrichtungen vorgenommen werden, so dass die Überhitzung des Dampfes für das Turboaggregat während des Konverterbetriebes in einem dem Konverter zugeordneten Abhitzekessel erfolgt, wogegen die Überhitzung in Betriebspausen in einem separat aufgebauten und gasgefeuerten Überhitzer stattfindet. Das erwähnte Wechselventil steuert in diesem Fall den Dampf nicht nur zu dem Konverterabhitzekessel sondern auch vom Konverter zum Überhitzer und von diesem zum nächsten Konverter. Eine solche nach dieser Kombination aufgebaute Vorrichtung besitzt den Vorteil, dass der allgemeine Gasverbrauch herabgesetzt wird.