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Verfahren zur Speicherung von Wärmespitzen bei Abhitzekessel, insbesondere für Konverter der Blasstahlerzeugung
Bei gewissen, derzeit sehr in den Vordergrund getretenen thermochemischen Vorgängen, wie z. B. beim LD-Verfahren, ist das Problem aufgetreten, periodisch auftretende, durch ruhige Intervalle getrenn- te Wärmespitzen aufzufangen und sie für die Dampflieferung in der reaktionslosen Zeit zu speichern. Die gewaltigen, bei diesen Prozessen freiwerdenden Wärmemer, gen erfordern den Bau sehr grosser und kostspie- liger Kühlanlagen.
Diese sind notwendig, weil
1. ohne ausreichende Kühlung die aus den Konvertern aufsteigenden Flammen in den Arbeitsräumen eine unerträgliche Hitze verursachen und die Rauchleitungen sowie alle mit ihnen in Berührung kommenden Teile so stark erhitzen würden, dass sie unzulässig schnell zerstört würden :
2. grosse Mengen von Eisen- und Kohlenoxyden (CO und COi entstehen, die mit den Rauchgasen in die Luft geblasen werden und die Umgebung des Werkes so sehr vergiften und verunreinigen, dass die Bewohner selbst ganzer Städte in gesundheitsschädlicher und unerträglicher Weise belästigt würden ;
3. wirtschaftliche Erwägungen gebieterisch die Verwertung der grossen Mengen chemisch gebundener und auch fühlbare Wärme und der bedeutenden Mengen von Eisenoxyd erfordern.
Nach dem heutigen Stand der Technik erfolgt die Abkühlung z. B. dadurch, dass beim Blasstahlverfahren die aus den Konvertern aufsteigenden Rauchgase durch einen Abhitzekessel geleitet werden. Hiebei werden sie so weit abgekühlt, dass sie ohne Schaden weitergeleitet werden können, z. B. durch Elektrofilter. Die beim LD-Verfahren in etwa stündlichen Intervallen auftretenden und überaus heftigen Wärmespitzen dauern nur wenige Minuten und werden von reaktionslosen, ruhigen Zeitspannen abgelöst ; trotzdem kann die Kühlanlage nicht für den durchschnittlichen Wärmeanfall ausgelegt werden, sie muss vielmehr so gross dimensioniert werden, dass sie die plötzlichen Wärmespitzen aufnehmen kann.
Zum Aufnehmen der Wärmespitzen und zur gleichmässigen Dampflieferung mittels eines Abhitzekessels stehen theoretisch zwei extreme Wege offen, von denen jeder für sich allein äusserst unwirtschaftlich wäre und die praktisch nur in Kombination an Bedeutung gewinnen.
Man könnte einerseits die notwendige Zusatzfeuerung so gross auslegen, dass sie-in der reaktions- losenzeit anstelle des Konverters eingesetzt-dieselbe Wärmeleistung liefert wie der Konverter während der Wärmespitze. Diesfalls bräuchte man keinen Speicher, die anfallende Dampfmenge wäre jedoch für den vorhandenen Bedarf viel zu gross und die Erzeugung, weil zu drei Viertel aus der Wärme der Zusatzfeuerung, wäre viel zu teuer, da die Zusatzfeuerung nur mit ganz schlechtem Wirkungsgrad arbeitet.
Letzteres ist deshalb unvermeidlich, weil Falschlufteintritt am Übergang vom Konverter zum Dampfkessel praktisch nicht verhindert werden kann und dadurch der Wirkungsgrad um zirka lo% absinkt.
Man könnte anderseits auch ganz ohne Zusatzfeuerung auskommen, wenn man, um eine kontinuierliche, konstante Dampfmenge liefern zu können, das ganze zeitlich überschüssige Wärmeangebot des Konverters aufspeichert und in der reaktionslosen Zeit in Form von Dampf liefert. Mangels einer Zusatzfeuerung könnte dies nur mittels eines Gefällespeichers geschehen, welcher für die in Betracht kommenden Energiemenge jedoch indiskutabel grosse Abmessungen aufweisen müsste, aber wirtschaftlich nur Dampf bei kleineren und dauernd fallenden Drücken liefern kann, somit die enormen Anlagekosten niemals amortisieren könnte.
Aus diesen Gründen verwendet man bei modernen Anlagen konventioneller Bauart eine Kombination der vorhin im Extrem geschilderten Möglichkeiten, indem man - wirtschaftlich eben noch vertretbarmehrere der grössten Gefällespeicher zusammen mit der hiefür erforderlichen grossen Zusatzfeuerung
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einsetzt, ein Verfahren also, welches wirtschaftlich gesehen sehr ungünstig ist und alle Mängel der vorhin erwähnten Extreme nicht vermeidet.
Erfindungsgemäss werden sehr wesentliche Vorteile gegenüber auch diesem kombinierten Verfahren geschaffen, indem die Wärmespitzen dadurch aufgefangen werden, dass gleichzeitig mit ihrem Auftreten grosse Mengen relativ kalten Speisewassers in die Trommel des Abhitzekessels oder/und in die damit ver- bundenen unter Sattdampfdruck bzw. Sattdampftemperatur stehenden Dampf- bzw. Wasserräume durch
Regendüsen eingebracht werden, so dass die Dampfentwicklung. teils abgebremst wird, teils bereits ent- wickelter Dampf gleich wieder kondensiert wird, so dass nur so viel Dampfentwicklung bleibt, wie zur
Deckung des kontinuierlichen Dampfbandes erforderlich ist.
Auf diese Weise kann der plötzliche Wärme- stoss ohne die Notwendigkeit vergrösserter Dampflieferung an das Netz oder in einen besonderen Dampf- speicher im Abhitzekessel selbst in Form von siedendem Wasser gespeichert werden. Während des nun fol- genden ruhigen Intervalls wird durch die Zusatzfeuerung lediglich nur noch die Wärme zum Ausdampfen des bereits siedenden Wassers geliefert, so dass ununterbrochen, d. h. also sowohl während der Zeit der
Wärmespitze als auch während der ruhigen Zeit, ein konstantes Dampfband von gleichbleibend hohem
Kesseldruck geliefert wird.
Die Vorteile dieses Verfahrens sind augenscheinlich : Da die Kondensation des während der Wärmespitze hinsichtlich des zu liefernden Dampfbandes überschüssig erzeugten Dampfes im Abhitzekessel selbst erfolgt bzw. weil die Bindung der momentan überschüssigen Wärme ohne Umweg der Dampferzeugung und . Fortleitung dieses Dampfes und neuerlichen Kondensation in einem oftmals weit entfernten, besonderen Dampfspeicher erfindungsgemäss im Abhitzekessel selbst erfolgt, muss dessen Trommel zwar etwas grösser ausgelegt werden als bei den konventionellen Anlagen, doch wird eine besondere Speicheranlage mit allen Bedienungs- und Überwachungseinrichtungen sowie die grossen und langen Dampfleitungen hiezu entbehrlich.
Zwar ist auch bei diesem Verfahren eine Zusatzfeuerung erforderlich, sie kann jedoch viel kleiner ausgelegt werden, weil sie nur mehr dazu dient, die Verdampfung des bereits auf Siedetemperatur gebrachten Wassers herbeizuführen ; zur Erhitzung dieses Wassers braucht sie jedoch nur dann herangezogen werden, wenn eine Störung den periodischen Ablauf des Blasstahlprozesses beeinträchtigt. Diese Verkleinerung der erforderlichen Zusatzfeuerung ist wegen ihrer Unwirtschaftlichkeit besonders wichtig.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Speicherung von Wärmespitzen in Abhitzekesseln, insbesondere für Konverter der Blasstahlerzeugung, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig mit dem Auftreten solcher Wärmespitzen grössere Mengen von relativ kaltem Speisewasser in die Kesseltrommel oder in die damit verbundenen,
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sen Kondensation des Dampfes oder zur Hemmung der Dampfentwicklung eingebracht werden, um den sich plötzlich entwickelnden Dampf aufnehmen zu können.