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Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung für eine Anlage zur Zufuhr von Gichtgasen zu einer Turbine, mit einer Einrichtung zum Versprühen von Wasser in die zugeführten Gichtgase und/oder mit einem in der vom Hochofen zur Turbine führenden Gichtgasleitung angeordneten Absperrorgan, mit einer die Turbine überbrückenden Umgehungsleitung samt Absperrorgan und mit einer in der Gichtgasleitung vorgesehenen Reinigungsanlage.
Die von einem Hochofen in grossen Mengen abgegebenen Abgase weisen hohe Temperatur und erheblichen Druck auf. Wenn diese Abgase in einem Staub-Niederschlagsapparat od. dgl. in Wasser gewaschen werden, so wird die Temperatur auf einen etwa der Umgebungstemperatur entsprechenden Wert abgesenkt, der Druck bleibt aber auf einem beträchtlichen Wert. In Eisen oder Stahlwerken besteht eines der wichtigsten Probleme darin, die den Abgasen innenwohnende Energie wirkungsvoll zurückzugewinnen.
Als sehr bequemes Verfahren zur Rückgewinnung dieser Druckenergie kann ein Verfahren genannt werden, bei dem eine Turbine von den Abgasen angetrieben wird, an welche ein Generator angeschlossen ist, wobei die Druckenergie in elektrische Energie umgewandelt wird.
Dieses Verfahren wirft eine Reihe von Problemen auf. An erster Stelle ist der Druck oder die Menge der Abgase nicht konstant, sondern wechselt im allgemeinen in Abhängigkeit vom Widerstand im Hochofen, d. h. vom geschmolzenen Erz oder der Hochofenschlacke. Während des Betriebes des Hochofens ist ein Teil des eingebrachten Gutes geschmolzen und zusammengeballt und des öfteren im Hochofen schwebend verteilt. Wenn der Schwebezustand nicht mehr aufrechterhalten werden kann, fällt die zusammengeballte Masse abwärts, wobei zugleich eine grosse Menge heissen Gases ausgeblasen wird, was auch Ausbruch genannt wird.
Beim normalen Hochofenbetrieb liegt die Temperatur der Abgase auslassseitig zwischen 200 udn 250 C. Da die Abgase mit Hilfe in Berieselungsvorrichtungen einer Reinigungsanlage eingespritzten Wasses zwischen der Hochofengicht und der Turbine gekühlt werden, beträgt die Gastemperatur am Turbineneinlauf etwa 60 bis 80 C. Wenn jedoch ein Ausbruch auftritt, erhöht sich die Gastemperatur am Turbineneinlauf bis auf 250 C und mehr. Wegen der Dehnung des Turbinenrotors, der Laufschaufeln oder ungleichmässiger Verformung des Mantels, können in der Folge unerwünschte Erscheinungen, wie Kontakt der freien Enden der Laufschaufeln mit dem Mantel oder Oberlastung des Generators auftreten.
In zweiter Linie haftet mit den Abgasen mitgeführter Staub an den Gasleitungen oder der Turbine, insbesondere an den Leitschaufeln, an und stört die Gasströmung und vermindert den Wirkungsgrad der Turbine.
Zur Verhinderung des Anhaftens und der Ansammlung von Staub am Einlauf und an den Leitschaufeln der Turbine ist bereits vorgeschlagen worden, diejenigen Teile, an den sich Staub festzusetzen pflegt, mit einem staubabweisenden Überzug zu versehen, z. B. aus Fluor- oder Phenolharzen oder kristallinen Metalloxydkeramiken.
Wenn das Turbineninnere mit einem solchen Material überzogen ist, so ist es möglich, die Staubansammlung und den Wirkungsgradverlust zu beseitigen, doch da das Überzugsmaterial geringe Wärmefestigkeit aufweist und unter Wärmeeinfluss korrodiert, wird das Überzugsmaterial bald zerstört, wenn bei einem Ausbruch Gase mit hoher Temperatur in die Einlaufkanäle und die Turbine gelangen.
Aus der DE-AS 2207035 ist die Anordnung eines Nassreinigers in der vom Hochofen zur Turbine führenden Gichtgasleitung sowie einer Sprühvorrichtung im Gaseinlauf der Turbine bekannt, wobei die Turbine mit einer Umgehungsleitung samt Druckregelventil überbrückt ist. Das Versprühen von Wasser dient dabei ausschliesslich zur Staubverminderung oder Staubentfernung in bzw. aus der Turbine, wobei wegen der relativ geringen Menge das Wasser leicht verdampfen kann.
Aus der DE-AS 2044644 ist bekannt, bei einer Gasturbine mit Hilfe eines Druckreglers den Gichtgasdruck auf den Leitapparat der ersten Turbinenstufe zu steuern. Sprühvorrichtung ist hier. keine vorgesehen.
Weder mit der einen noch mit der andern bekannten Einrichtung lässt sich ein Hochofenausbruch feststellen oder erfassen, so dass auch keine Gegenmassnahmen ergriffen werden können.
Im Hochofen ändert das Erz oder der Möller jeden Augenblick seine Gestalt, weshalb es unmöglich ist, einen Ausbruch zu verhindern. Demzufolge muss die Turbinenanlage derart entworfen und angeordnet sein, dass den Ausbruchserscheinungen Rechnung getragen wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schutzvorrichtung zu schaffen, welche die Turbine und andere Ausrüstungsteile selbst im Falle eines Ausbruches wirkungsvoll schützt, indem die Temperatur der in die Turbine eingeleiteten Abgase auf vorbestimmtem Wert gehalten wird, wodurch der Turbinenbetrieb auch dann möglich ist, wenn ein Ausbruch stattfindet, und der Gesamt-Wirkungsgrad der Energierückgewinnung durch den Generator verbessert wird.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung einer Schutzvorrichtung für eine Turbine, bei der die Zufuhr der Hochofengase zur Turbine unterbrochen wird, wenn der kontinuierliche Turbinenbetrieb wegen des Auftretens eines Ausbruches unmöglich ist.
Diese Aufgaben werden mit einer Schutzvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass erfindungsgemäss in der Gichtgasleitung eine aus einem Temperatur- und/oder Druckfühler bestehende Abtasteinrichtung zur Erfassung des Auftretens eines Hochofenausbruches vorgesehen und über eine Steuereinrichtung mit der Sprüheinrichtung und/oder dem in der Gichtgasleitung angeordneten Absperrorgan sowie vorzugsweise dem in der Umgehungsleitung angeordneten Absperrorgan verbunden ist.
Im allgemeinen liegt die Temperatur der Hochofenabgase im Einlaufbereich der Turbine zwischen 60 und 80 C, steigt jedoch auf etwa 250 C, wenn ein Ausbruch stattfindet, wobei gleichzeitig der Gasdruck ansteigt. Erfindungsgemäss wird dieser Temperaturanstieg und bzw. oder Druckanstieg festgestellt und in Abhängigkeit hievon bzw. von einem Fühlersignal eine Sprüheinrichtung für Kühlwasser betätigt.
Die Stelle zur Abtastung der Gastemperatur oder des Gasdruckes wird im Hinblick auf die Gasgeschwindigkeit derart gewählt, dass die Sprüheinrichtung für Kühlwasser ohne nennenswerten Zeitverlust ab dem Auftreten des Ausbruches betätigt wird. Die Abtasteinrichtung für die Gastemperatur und bzw. oder den Gasdruck ist deshalb an der Oberseite des Hochofens oder in einer Gasleitung in Nähe der Hochofenoberseite angeordnet. Vorzugsweise sind elektrische Fühler und elektrische Ubertragungseinrichtungen für diese Zwecke vorgesehen.
Von den durch einen Ausbruch hervorgerufenen Veränderungen sind diejenigen der Temperatur und des Druckes am deutlichsten erkennbar. Weiters werden die Zusammensetzung und der Verbrennungszustand von einem Ausbruch erheblich beeinflusst. Die Erfindung sieht daher ausser der Abtastung von Temperatur und bzw. oder Druck als geeignetste Weise zur Feststellung eines Ausbruches auch Einrichtungen zur Feststellung der Änderung solcher Faktoren, wie die Zusammensetzung der Abgase oder deren Verbrennungszustand, vor.
Zur Kühlung der heissen Abgase ist eine Wasser-Einspritzanlage am günstigsten, da Wasser einen grossen Betrag latenter Wärme zur Verdampfung benötigt, und da die durch eine Entstaubungsanlage einschliesslich eines Staubsammles und einer Venturi-Reinigungsanlage zur Turbine geleiteten Gase einen erheblichen Anteil Wasser mit sich führen, ergibt sich kein nennenswertes Problem und kein Nachteil, wenn Wasser den Abgasen zu Kühlzwecken zugesetzt wird. Erfindungsgemäss kann Wasser in Form einer Mischung mit einem Schutzmittel für das Turbineninnere oder mit andern Zusatzstoffen zugeführt werden.
Im allgemeinen ist die Wasser-Einspritzanlage am Einlauf der Turbine angeordnet, kann aber auch an anderer Stelle der Gaszufuhrleitung vorgesehen sein.
Vorzuziehen ist, das Wasser unter hohem Druck zu zerstäuben, so dass es sofort im Gas verteilt wird. Die zerstäubte Wassermenge wird derart gesteuert, dass die Temperatur der der Turbine zugeführten Gase innerhalb 60 und 800C gehalten wird. Allerdings kann dieser Temperaturbereich in Abhängigkeit von den Kenndaten der Turbine und den hiefür verwendeten Materialien in gewissen Grenzen schwanken. Demzufolge hängt die Menge des versprühten Wassers letzten Endes von der jeweils vorhandenen Turbine ab.
Wenn die Turbine oder die Gasleitung aus Materialien mit ungenügender Wärmefestigkeit besteht, kann das Wasser direkt auf diese Materialien versprüht werden, um auf diese Weise unerwünschte Temperaturerhöhungen und Zerstörungen durch Wärmeeinfluss zu verhindern.
Da erfindungsgemäss das Auftreten eines Ausbruches im Hochofen festgestellt und in Abhängigkeit von einem Abtastsignal Wasser in die Abgase eingespritzt wird, kann deren Temperatur wirkungsvoll auf einem vorbestimmten Wert gehalten und somit Formänderungen infolge Wärmedehnung der Turbine hintangehalten werden. Daher können thermisch anfällige Materialien in den Gasleitungen und in der Turbine wirkungsvoll geschützt werden, und die Turbine kann mit hohem Wir-
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kungsgrad in stabilem Zustand betrieben werden, wobei die den Abgasen inhärente Energie bestmöglich zurückgewonnen werden kann.
Wenn weiters das Wasser direkt auf thermisch empfindliche Bauteile gesprüht wird, so wird auch die Gasleitung wirkungsvoll geschützt.
Wenn der kontinuierliche Turbinenbetrieb wegen eines Ausbruches unmöglich sein sollte, so kann schliesslich im Rahmen der Erfindung die Zufuhr der Abgase zur Turbine durch Schliessen eines Absperrventiles unterbrochen werden.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert, die in den Zeichnungen schematisch dargestellt sind ; es zeigen Fig. 1 den Aufbau der Schutzvorrichtung mit einem Absperrventil, Fig. 2 den Aufbau der Schutzvorrichtung sowie der Wasser-Einspritzanlage, Fig. 3 einen Teilschnitt durch den Einlauf der Turbine und Fig. 4 eine Variante der Erfindung.
Fig. 1, 2 und 4 zeigen schematisch Ausführungsformen der erfindungsgemässen Schutzvorrichtung zum Schutze einer von den Hochofengasen angetriebenen Turbine vor den Auswirkungen eines Ausbruches im Hochofen. In den Zeichnungen bezeichnen Doppellinien die Abgasleitungen des Hochofens, durchgehende einfache Linien Kühlwasserleitungen und strichlierte Linien elektrische Leitungen.
Die erfindungsgemässen Aufgaben können in folgender Weise gelöst werden : (I) Zur Unterbrechung des Gasstromes zur Turbine wird ein Not-Absperrventil geschlossen, (II) Ins Innere der Turbine wird Kühlwasser eingespritzt ; (III) Kühlwasser wird in die zur Turbine führende Gasleitung eingespritzt.
Diese drei Verfahren werden im folgenden ausführlich erläutert.
Zunächst wird Verfahren (I) an Hand der Fig. 1 beschrieben. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Abgase durch eine an die Gicht des Hochofens --1-- angeschlossene Gasleitung - 2a-einem Staubsammler-3-zugeleitet und darin gereinigt. Von diesem werden die Gase durch eine Gasleitung --2b-- einem Venturiwäscher --4-- zugeführt, in welchem die Gase mit Wasser oder einer chemischen Lösung behandelt werden, damit in den folgenden Bauteilen keine Schäden, wie Korrosion, auftreten. Eine Gashauptleitung --2c-- verzweigt sich in eine Gaszufuhrleitung --2e-- zur Turbine --7-- und in eine Umgehungsleitung --2d--.
Letztere verläuft über ein Trennventil - zu einem zweiten Venturiwäscher --6--. Der zweite Venturiwäscher --6-- kann knapp hinter dem ersten --4-- angeordnet sein. Die Zufuhrleitung --2e-- zur Turbine --7-- ist an diese angeschlossen, die auslassseitig mit dem zweiten Venturiwäscher --6-- durch eine Leitung --2f-- verbunden ist. Mit der Turbine --7-- ist ein Generator --8-- oder eine andere Last gekuppelt, wobei die den Abgasen inhärente Energie mittels des Generators --8-- zurückgewonnen wird.
Die Einrichtung zur Abtastung der Temperatur oder des Druckes der Abgase weist ein Temperatur- oder Druckrelais --21-- auf, das in der Gasleitung --2a-- an einer nahe dem Hochofen - gelegenen Stelle angebracht ist ; von diesem Relais --21-- abgegebene Signale werden über elektrische Steuerleitungen --22-- an ein Not-Absperrventil --41-- übertragen. Mit --42-- ist ein Regelventil zur Steuerung des Gasstromes zur Turbine --7-- und mit --44-- ist ein am Auslass der Turbine --7-- angeordnetes Absperrventil bezeichnet.
Die vom Hochofen --1-- kommenden Abgase werden zunächst im Staubsammler --3-- von groben Staubpartikeln und andern Verunreinigungen gereinigt. Im folgenden Venturiwäscher --4-- wird der überwiegende Teil der feinen Staubpartikel durch Einsprühen von Wasser oder chemischen Lösungen abgeschieden, wobei die Gastemperatur auf einen in der Turbine --7-- verwertbaren Betrag von 60 bis 80C abgesenkt wird.
Die durch die Umgehungsleitung --2d-- strömende Gasmenge wird durch das Trennventil - derart gesteuert, dass der Druck unabhänig von der Belastung der Turbine --7-- auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird. Die Turbinenabgase vereinigen sich mit den Gasen der Umgehungsleitung --2d-- und gelangen darauffolgend durch eine Abzugsleitung --2g-- sowie den zweiten Venturiwäscher --6-- zu weiteren Anlagenteilen.
Das Temperatur- oder Druckrelais --21-- ist vorgesehen, um plötzliche Änderungen der Abgastemperatur oder des Abgasdruckes infolge eines Ausbruches im Hochofen --1-- festzustellen. Vorzugsweise besteht der Fühler des Relais --21-- aus einem Material, das von den staubführenden Abgasen nicht angegriffen wird, wobei die Oberfläche des Fühlers der Relais --21-- mit einem kristallinen Metalloxyd-Keramiküberzug versehen und die Oberzugsoberfläche zur Vermeidung von Staubansammlung und Staubniederschlag poliert ist.
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Das Temperatur- oder Druckrelais --21-- kann an jeder beliebigen Stelle der Gasleitung zwischen dem Hochofen --1-- und der Turbine --7-- angeordnet sein. Allerdings ist vorzuziehen, das Relais --21-- so nahe wie möglich dem Hochofen-l-anzubringen, damit ausreichend Zeit zwischen dem Zeitpunkt der Feststellung der Temperatur- oder Druckänderung und dem Zeitpunkt des Eintreffens der übermässig heissen Gase bei der Turbine zur Verfügung steht und damit genügend Zeit zur Betätigung der Schutzvorrichtung vorhanden ist.
Wenn im Hochofen --1-- ein Ausbruch stattfindet, so wird die damit einhergehende abnormale Steigerung der Temperatur oder des Druckes von dem Relais --21-- festgestellt und mit dessen Hilfe das Not-Absperrventil --41-- geschlossen sowie das Trennventil --5-- geöffnet, wodurch die Gaszufuhr zur Turbine --7-- unterbrochen wird. Da die Betätigungszeit des Not-Absperrventiles - wesentlich geringer ist als die des Trennventiles besteht die Gefahr eines Druckanstieges in der gesamten Anlage. Da jedoch das Volumen der gesamten Anlage im allgemeinen sehr gross ist, ist der Druckanstieg unerheblich.
Bei dieser Ausführungsform (I) ist die Turbine --1-- nicht in Betrieb, wenn ein Ausbruch auftritt und die Schutzvorrichtung eingeschaltet ist. Im Gegensatz dazu ist beim Ausführungsbei-
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wasser in die Turbine eingesprüht wird, wird nun an Hand der Fig. 2 und 3 näher beschrieben.
Gemäss Fig. 2 ist die Turbine --7-- mit einer Sprühanlage versehen, wobei ein Wassereinlassventil --23-- und eine Kühlwasserzuleitung --24-- vorgesehen sind. Bei Auftreten eines Ausbruches und dessen Feststellung mittels der Relais --21-- wird nach Empfang eines Ausgangssignales des Relais --21-- das Einlassventil --23-- geöffnet und Wasser ins Innere der Turbine --7-- eingespritzt, wodurch die Gastemperatur sofort auf einen vorbestimmten Wert abgesenkt wird.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch einen Teil der Turbine --7-- im Bereich der Einspritzanlage für Kühlwasser. Der Turbinenrotor --34-- ist im Mantel --31-- drehbar gelagert und trägt Laufschaufeln --33--. Am Mantel --31-- sind Leitschaufeln --32-- angebracht. Einspritzdüsen --25-- sind im Bereich des Gaseinlaufes --35-- angeordnet, so dass eingespritztes Kühlwasser zuerst auf Leitschaufeln --36-- auftrifft. Auf diese Weise wird das Kühlwasser im Mantel --31-- im Gasstrom verteilt und nimmt dessen Wärme auf, wobei es verdampft und die Gastemperatur auf einen vorbestimmten Wert abgesenkt wird.
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Gase auf die beschriebene Weise vermindert wird, so wird ein Temperaturanstieg entsprechender Turbinenbauteile auf ein Mindestmass verringert und eine Zerstörung von Materialien mit schlechter Wärmefestigkeit, z.
B. Überzugsschichten auf den Leitschaufeln od. dgl. zur Verhinderung der Staubansammlung, wird beseitigt. Weiters kann der Effekt erzielt werden, dass an den Leitschaufeln und dem Einlaufbereich des Mantels anhaftender Staub entfernt wird.
Falls nur beabsichtigt ist, die Temperatur der der Turbine zugeführten Gase auf den vorbe-
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und Turbine --7-- vorgesehen sein.
Als besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung kann das Verfahren (III) angewendet werden, bei dem die Temperatur eines Bauteiles, der unter Wärmeeinfluss rasch zerstört wird, örtlich vermindert wird. Wenn beispielsweise der erste Leitschaufelkranz mit einem thermisch zerstörbaren Material überzogen ist, so wird das Kühlwasser lediglich zum Schutz der Überzugsflächen eingespritzt. Die eingespritzte Wassermenge kann verringert werden, doch wird in vielen Fällen die Temperatur der durch die Turbine strömenden Gase nicht beträchtlich abgesenkt. Jedenfalls kann thermische Zerstörung empfindlicher Bauteile wirkungsvoll verhindert werden.
Wenn im Hochofen ein Ausbruch auftritt, so wird wegen des Anstieges von Temperatur und Druck die Ausgangsleistung der Turbine erhöht. Wenn also die Leistungsfähigkeit des Generators begrenzt ist, so ist es notwendig, Mittel zur Beherrschung der Leistungssteigerung der Turbine vorzusehen. Zu diesem Zweck können das Trennventil --5-- und das Regelventil --42-- in gesteuerter
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Weise geöffnet und geschlossen werden, aber zur Begrenzung der Leistungserhöhung der Turbine infolge gesteigerter Temperatur sollte eine besondere Einrichtung vorgesehen sein.
Gemäss Fig. 4 sind ein Temperaturrelais --21-- und Steuerleitungen --22-- vorgesehen, so dass das Regelventil - bis auf ein Ausmass geschlossen wird, das dem Temperaturanstieg über den vorbestimmten Wert entspricht, wenn die vom Relais --21-- festgestellte Temperatur den vorbestimmten Wert überschreitet. Durch diese Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, übermässige Belastungen vom Generator --8- fernzuhalten.
Bei der Variante (III) ist die Wassersprühanlage in der Gasleitung vor der Turbine - angeordnet. Dies hat gegenüber der Variante (II) den Vorteil, dass die Anbringung der Sprühanlage erleichtert ist, dass mehrere Einspritzdüsen angebracht werden können und deren Wartung sehr leicht ist. Auf jeden Fall ist es bei beiden Varianten (II) und (III) notwendig, das Wasser zu zerstäuben, um die Senkung der Gastemperatur zu erleichtern.
PATENTANSPRÜCHE : l. Schutzvorrichtung für eine Anlage zur Zufuhr von Gichtgasen zu einer Turbine, mit einer Einrichtung zum Versprühen von Wasser in die zugeführten Gichtgase und/oder mit einem in der vom Hochofen zur Turbine führenden Gichtgasleitung angeordneten Absperrorgan, mit einer die Turbine überbrückenden Umgehungsleitung samt Absperrorgan und mit einer in der Gichtgasleitung vorgesehenen Reinigungsanlage, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gichtgasleitung (2a, 2b, 2c, 2e) eine aus einem Temperatur- und/oder Druckfühler bestehende Abtasteinrichtung (21) zur Erfassung des Auftretens eines Hochofenausbruches vorgesehen und über eine Steuereinrichtung (22) mit der Sprüheinrichtung (23, 24, 25) und/oder dem in der Gichtgasleitung (2a, 2b, 2c, 2e) angeordneten Absperrorgan (41 ;
42) sowie vorzugsweise dem in der Umgehungsleitung (2d) angeordneten Absperrorgan (5) verbunden ist.
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The invention relates to a protective device for a system for supplying top gases to a turbine, with a device for spraying water into the top gases supplied and / or with a shut-off device arranged in the top gas line leading from the blast furnace to the turbine, with a bypass line bridging the turbine Shut-off device and with a cleaning system provided in the top gas line.
The exhaust gases emitted in large quantities by a blast furnace are at high temperature and considerable pressure. When these exhaust gases are washed in water in a dust-precipitation apparatus or the like, the temperature is lowered to a value approximately corresponding to the ambient temperature, but the pressure remains at a considerable value. One of the most important problems in iron or steelworks is to effectively recover the energy inherent in the exhaust gases.
As a very convenient method for recovering this pressure energy, a method can be named in which a turbine is driven by the exhaust gases, to which a generator is connected, the pressure energy being converted into electrical energy.
This procedure poses a number of problems. In the first place, the pressure or amount of exhaust gases is not constant, but generally changes depending on the resistance in the furnace, i.e. H. from the melted ore or the blast furnace slag. During the operation of the blast furnace, part of the material brought in melted and agglomerated and was often distributed in the blast furnace. When the state of suspension can no longer be maintained, the aggregated mass falls downwards, at the same time blowing out a large amount of hot gas, which is also called the outbreak.
In normal blast furnace operation, the temperature of the exhaust gases on the outlet side is between 200 and 250 C. Since the exhaust gases are cooled between the blast furnace gass and the turbine with the help of water injected into the sprinkler systems of a cleaning system, the gas temperature at the turbine inlet is approximately 60 to 80 C. However, if there is an outbreak occurs, the gas temperature at the turbine inlet rises to 250 C and more. Because of the expansion of the turbine rotor, the blades or uneven deformation of the shell, undesirable phenomena such as contact of the free ends of the blades with the shell or overloading of the generator can occur.
Secondly, dust carried along with the exhaust gases adheres to the gas lines or the turbine, in particular to the guide vanes, and disrupts the gas flow and reduces the efficiency of the turbine.
To prevent sticking and the accumulation of dust at the inlet and on the guide vanes of the turbine, it has already been proposed to provide those parts to which dust adheres with a dust-repellent coating, e.g. B. from fluorine or phenolic resins or crystalline metal oxide ceramics.
If the inside of the turbine is coated with such a material, it is possible to remove the dust accumulation and the loss of efficiency, but since the coating material has low heat resistance and corrodes under the influence of heat, the coating material is soon destroyed if gases with high temperature break out in the inlet channels and the turbine arrive.
From DE-AS 2207035 the arrangement of a wet cleaner in the blast furnace gas line leading from the blast furnace to the turbine and a spray device in the gas inlet of the turbine are known, the turbine being bridged with a bypass line including a pressure control valve. The spraying of water is used exclusively for dust reduction or dust removal in or out of the turbine, the water being able to evaporate easily because of the relatively small amount.
From DE-AS 2044644 it is known to control the blast furnace gas pressure on the diffuser of the first turbine stage in a gas turbine with the aid of a pressure regulator. Sprayer is here. none provided.
A blast furnace outbreak cannot be determined or recorded with either of the known devices, so that no countermeasures can be taken.
In the blast furnace, the ore or the Möller changes its shape every moment, which is why it is impossible to prevent an outbreak. Accordingly, the turbine system must be designed and arranged in such a way that the outbreak phenomena are taken into account.
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The invention has for its object to provide a protective device which effectively protects the turbine and other equipment even in the event of an outbreak by maintaining the temperature of the exhaust gases introduced into the turbine at a predetermined value, whereby turbine operation is also possible when an outbreak occurs and the overall efficiency of the energy recovery by the generator is improved.
Another object of the invention is to provide a protective device for a turbine in which the supply of the blast furnace gases to the turbine is interrupted when the continuous turbine operation is impossible due to the occurrence of an eruption.
These objects are achieved with a protective device of the type mentioned at the outset in that, according to the invention, a sensing device consisting of a temperature and / or pressure sensor is provided in the blast furnace gas line for detecting the occurrence of a blast furnace outbreak and via a control device with the spray device and / or in the blast furnace gas line arranged shut-off device and preferably the shut-off device arranged in the bypass line is connected.
In general, the temperature of the blast furnace exhaust gases in the turbine inlet area is between 60 and 80 ° C, but increases to around 250 ° C when an outbreak occurs, with the gas pressure increasing at the same time. According to the invention, this temperature rise and / or pressure rise is determined and a spray device for cooling water is actuated as a function thereof or from a sensor signal.
The location for scanning the gas temperature or the gas pressure is chosen with regard to the gas velocity in such a way that the spray device for cooling water is actuated without any significant loss of time from the occurrence of the outbreak. The sampling device for the gas temperature and / or the gas pressure is therefore arranged on the top of the blast furnace or in a gas line near the top of the blast furnace. Electrical sensors and electrical transmission devices are preferably provided for these purposes.
Of the changes caused by an outbreak, those of temperature and pressure are most clearly recognizable. Furthermore, the composition and the state of combustion are significantly affected by an outbreak. In addition to the sensing of temperature and / or pressure, the invention therefore provides the most suitable way of determining an outbreak and also devices for determining the change in such factors as the composition of the exhaust gases or their combustion state.
A water injection system is the cheapest for cooling the hot exhaust gases, since water requires a large amount of latent heat for evaporation, and since the gases directed to the turbine through a dedusting system, including a dust collector and a Venturi cleaning system, carry a considerable amount of water with them, there is no significant problem and no disadvantage if water is added to the exhaust gases for cooling purposes. According to the invention, water can be supplied in the form of a mixture with a protective agent for the interior of the turbine or with other additives.
In general, the water injection system is arranged at the inlet of the turbine, but can also be provided elsewhere in the gas supply line.
It is preferable to atomize the water under high pressure so that it is immediately distributed in the gas. The amount of atomized water is controlled so that the temperature of the gases supplied to the turbine is kept within 60 and 800C. However, this temperature range can fluctuate within certain limits depending on the characteristics of the turbine and the materials used for it. As a result, the amount of water sprayed ultimately depends on the turbine present.
If the turbine or the gas line is made of materials with insufficient heat resistance, the water can be sprayed directly onto these materials, in order to prevent undesirable temperature increases and destruction by the influence of heat.
Since, according to the invention, the occurrence of an outbreak in the blast furnace is determined and water is injected into the exhaust gases as a function of a scanning signal, its temperature can be effectively kept at a predetermined value and shape changes due to thermal expansion of the turbine can thus be prevented. Therefore, thermally sensitive materials in the gas pipes and in the turbine can be effectively protected, and the turbine can be operated with high efficiency.
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degree of efficiency can be operated in a stable state, the energy inherent in the exhaust gases being recovered as best as possible.
If the water is sprayed directly onto thermally sensitive components, the gas line is also effectively protected.
If continuous turbine operation should be impossible due to an outbreak, the supply of exhaust gases to the turbine can finally be interrupted by closing a shut-off valve within the scope of the invention.
The invention is explained in more detail below on the basis of preferred exemplary embodiments which are shown schematically in the drawings; 1 shows the structure of the protective device with a shut-off valve, FIG. 2 shows the structure of the protective device and the water injection system, FIG. 3 shows a partial section through the inlet of the turbine and FIG. 4 shows a variant of the invention.
1, 2 and 4 schematically show embodiments of the protective device according to the invention for protecting a turbine driven by the blast furnace gases against the effects of an outbreak in the blast furnace. In the drawings, double lines denote the exhaust pipes of the blast furnace, continuous single lines of cooling water lines and dashed lines of electrical lines.
The tasks according to the invention can be achieved in the following way: (I) an emergency shut-off valve is closed to interrupt the gas flow to the turbine, (II) cooling water is injected into the interior of the turbine; (III) Cooling water is injected into the gas line leading to the turbine.
These three methods are explained in detail below.
First, method (I) is described with reference to FIG. 1. In this exemplary embodiment, the exhaust gases are fed through a gas line - 2a - connected to the gout of the blast furnace --1 - to a dust collector-3 - and cleaned therein. From this, the gases are fed through a gas line --2b-- to a Venturi scrubber --4--, in which the gases are treated with water or a chemical solution so that no damage, such as corrosion, occurs in the following components. A main gas line --2c-- branches into a gas supply line --2e-- to the turbine --7-- and into a bypass line --2d--.
The latter runs through a separating valve - to a second venturi washer --6--. The second venturi washer --6-- can be arranged just behind the first --4--. The supply line --2e-- to the turbine --7-- is connected to it, which is connected on the outlet side to the second venturi scrubber --6-- by a line --2f--. A generator --8-- or another load is coupled to the turbine --7--, the energy inherent in the exhaust gases being recovered by means of the generator --8--.
The device for sensing the temperature or pressure of the exhaust gases has a temperature or pressure relay --21--, which is mounted in the gas line --2a-- at a location near the blast furnace; Signals from this relay --21-- are transmitted via electrical control lines --22-- to an emergency shut-off valve --41--. --42-- denotes a control valve for controlling the gas flow to the turbine --7-- and --44-- denotes a shut-off valve arranged at the turbine outlet --7--.
The exhaust gases coming from the blast furnace --1-- are first cleaned of coarse dust particles and other contaminants in the dust collector --3--. In the following Venturi scrubber --4--, the majority of the fine dust particles are separated by spraying in water or chemical solutions, whereby the gas temperature is reduced to an amount that can be used in the turbine --7-- from 60 to 80C.
The amount of gas flowing through the bypass line --2d-- is controlled by the isolating valve - in such a way that the pressure is kept at a predetermined value regardless of the load on the turbine --7--. The turbine exhaust gases combine with the gases in the bypass line --2d-- and then pass through an exhaust line --2g-- and the second venturi scrubber --6-- to other system parts.
The temperature or pressure relay --21-- is provided to detect sudden changes in the flue gas temperature or pressure due to an outbreak in the blast furnace --1--. The sensor of the relay --21-- is preferably made of a material which is not attacked by the dust-carrying exhaust gases, the surface of the sensor of the relay --21-- being provided with a crystalline metal oxide ceramic coating and the surface of the cover to avoid dust accumulation and dust deposit is polished.
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The temperature or pressure relay --21-- can be located anywhere in the gas line between the blast furnace --1-- and the turbine --7--. However, it is preferable to install the relay --21-- as close as possible to the blast furnace-l-so that there is sufficient time between when the temperature or pressure change is detected and when the excessively hot gases arrive at the turbine and so there is enough time to operate the protective device.
If an outbreak takes place in the blast furnace --1--, the associated abnormal increase in temperature or pressure is determined by the relay --21-- and with its help the emergency shutoff valve --41-- is closed and the isolating valve --5-- opened, which cuts off the gas supply to the turbine --7--. Since the actuation time of the emergency shut-off valve is much shorter than that of the isolating valve, there is a risk of an increase in pressure in the entire system. However, since the volume of the entire system is generally very large, the pressure increase is negligible.
In this embodiment (I), the turbine --1-- is not operating when an outbreak occurs and the protection device is on. In contrast,
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water is sprayed into the turbine will now be described with reference to FIGS. 2 and 3.
2, the turbine --7-- is provided with a spray system, a water inlet valve --23-- and a cooling water supply line --24-- being provided. If an outbreak occurs and is detected by means of the relay --21--, after receiving an output signal from the relay --21--, the inlet valve --23-- is opened and water is injected into the interior of the turbine --7--, whereby the Gas temperature is immediately reduced to a predetermined value.
Fig. 3 shows a section through part of the turbine --7-- in the area of the injection system for cooling water. The turbine rotor --34-- is rotatably supported in the jacket --31-- and carries blades --33--. Guide blades --32-- are attached to the jacket --31--. Injection nozzles --25-- are arranged in the area of the gas inlet --35--, so that injected cooling water first hits guide vanes --36--. In this way, the cooling water in the jacket --31-- is distributed in the gas stream and absorbs its heat, whereby it evaporates and the gas temperature is reduced to a predetermined value.
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Gases is reduced in the manner described, an increase in temperature of corresponding turbine components is reduced to a minimum and destruction of materials with poor heat resistance, eg.
B. Coating layers on the guide vanes or the like. To prevent dust accumulation is eliminated. Furthermore, the effect can be achieved that dust adhering to the guide vanes and the inlet area of the jacket is removed.
If it is only intended to adjust the temperature of the gases supplied to the turbine to the
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and turbine --7-- should be provided.
As a particularly advantageous exemplary embodiment of the invention, method (III) can be used in which the temperature of a component which is rapidly destroyed under the influence of heat is locally reduced. If, for example, the first guide vane ring is coated with a thermally destructible material, the cooling water is injected only to protect the coating surfaces. The amount of water injected can be reduced, but in many cases the temperature of the gases flowing through the turbine is not significantly reduced. In any case, thermal destruction of sensitive components can be effectively prevented.
If an outbreak occurs in the blast furnace, the output power of the turbine is increased due to the increase in temperature and pressure. If the performance of the generator is limited, it is necessary to provide means for controlling the increase in performance of the turbine. For this purpose, the isolation valve --5-- and the control valve --42-- in controlled
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Be opened and closed in this way, but a special device should be provided to limit the increase in power of the turbine due to the increased temperature.
4, a temperature relay --21-- and control lines --22-- are provided, so that the control valve - is closed to an extent that corresponds to the temperature rise above the predetermined value when the relay --21- - The detected temperature exceeds the predetermined value. This embodiment of the invention makes it possible to keep excessive loads away from the generator.
In variant (III), the water spray system is arranged in the gas line in front of the turbine. This has the advantage over variant (II) that the attachment of the spraying system is easier, that several injection nozzles can be attached and that their maintenance is very easy. In any case, in both variants (II) and (III) it is necessary to atomize the water in order to facilitate the lowering of the gas temperature.
PATENT CLAIMS: l. Protection device for a system for supplying top gases to a turbine, with a device for spraying water into the top gases supplied and / or with a shut-off device arranged in the top gas line leading from the blast furnace to the turbine, with a bypass line bridging the turbine together with a shut-off device and with one Cleaning system provided in the blast furnace gas line, characterized in that in the blast furnace gas line (2a, 2b, 2c, 2e) a scanning device (21) consisting of a temperature and / or pressure sensor is provided for detecting the occurrence of a blast furnace outbreak and via a control device (22) with the spray device (23, 24, 25) and / or the shut-off device (41; in the top gas line (2a, 2b, 2c, 2e).
42) and preferably the shut-off device (5) arranged in the bypass line (2d).