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Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Erhöhung des Wärmeinhaltes eines zumindest teilweise reduzierenden, und gegebenenfalls staubbeladenen, Reaktionsgases zur zumindest teilweisen Reduktion eines oxidhältigen Erzes, wobei das Reaktionsgas von einem Windkasten über einen Verteilerboden in einen Reduktionsraum, vorzugsweise ein reduzierendes Wirbelbett, eingeleitet wird.
Wird ein feinteilchen- und oxidhältiges Erz in einem oder mehreren Wirbelbettreaktoren redu- ziert, muss gewährleistet werden, dass eine genügend hohe Temperatur zum Ablauf der Reaktio- nen bereitgestellt wird. Werden, insbesondere bei seriellem Betrieb mehrerer Wirbelbettreaktoren, keine Massnahmen ergriffen, nimmt die Temperatur des Reaktionsgases stetig ab, wodurch die Reaktion zwischen Reaktionsgas und Erz thermodynamisch und kinetisch behindert wird, und so die Ausbeute der Reaktionen sinkt.
Bei einem aus der AT 402937 B bekanntem Verfahren der eingangs genannten Art wird eisen- oxidhältiges Material in vier in Serie hintereinandergeschalteten Wirbelschicht-Reduktionszonen reduziert. Um in allen Wirbelschicht-Reduktionszonen eine etwa gleich hohe konstante Temperatur einzustellen, wird frisch gebildetes Reduktionsgas zum Teil den der in Reduktionsgas-Strömungs- richtung ersten Wirbelschicht-Reduktionszone folgenden Wirbelschicht-Reduktionszonen zusätz- lich zu dem die Wirbelschicht-Reduktionszonen in Serie durchströmenden Reduktionsgas direkt zugeführt, so dass die Wirbelschicht-Reduktionszonen hinsichtlich der Reduktionsgasführung so- wohl in Serie als auch parallel geschaltet sind. Das zusätzlich zugeführte, frisch gebildete Redukti- onsgas wird den einzelnen Wirbelschicht-Reduktionszonen hierbei vorzugsweise in einer Menge von 5 bis 15% zugeführt.
Nachteilig ist jedoch, dass die Vorreduktionsstufen bis zur Vorwärmestufe hin für immer grösser werdende Gasmengen ausgelegt sein müssen, da in jeder der Endreduktionsstufe folgenden Stufe zu dem die vorgeschaltete Stufe verlassenden Reduktionsgas zusätzliches frisches Reduktionsgas hinzukommt. Geht man weiters davon aus, dass in der Endreduktionszone eine bestimmte Menge an Reduktionsgas zur vollständigen Reduktion des eingesetzten Materials jedenfalls benötigt wird, unabhängig davon ob eine zusätzliche Parallelführung des Reduktionsgases vorliegt oder nicht, ergibt sich bei einer Anordnung gemäss der AT-B-402937 insgesamt ein höherer Reduktionsgas- verbrauch.
Nach der JP 04301021 A erfolgt die Temperaturerhöhung des Reduktionsgases in der Wind- kammer des Wirbelbettaggregates, wodurch keine effiziente Erwärmung des Reduktionsgases ver- wirklicht werden kann, und eine starke Belastung der Anlage, insbesondere der Windkammer, erfolgt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des An- spruchs 2, sowie ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruch 1 zu entwickeln, mit welchen eine effiziente Temperaturerhöhung des Reduktionsgases durchgeführt werden kann, und darüber hinaus die Beanspruchung des Windkastens minimiert wird.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein Verfahren gemäss dem kennzeichnen- den Teil des Anspruchs 1, sowie durch eine Vorrichtung, gemäss dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 2 gelöst.
Wie sich in Versuchen gezeigt hat, ist die Energieerhöhung eines staubbeladenen reduzieren- den Gases mittels sauerstoffhältigem Gas und/oder Luftverbrennung problematisch, wenn an- schliessend in Strömungsrichtung eine Verringerung der Strömungsquerschnittsfläche erfolgt. Eine derartige Verringerung des Strömungsquerschnittes stellt insbesondere der Verteilerboden eines Wirbelschichtaggregates dar.
Durch die Verbrennung trifft sehr heisses staubbeladenes Gas, das auch angeschmolzene Feststoffpartikel bzw. flüssige Tröpfchen enthalten kann, auf ein Strömungshindernis. Die heissen Feststoffpartikel lagern sich bevorzugt an diesen Strömungshindernissen, wie beispielsweise den Düsen des Verteilerbodens, an, wobei die Anlagerungen in weiterer Folge zum Versagen der Bau- teile, insbesondere des Verteilerbodens, und demnach zu Produktionsausfällen der gesamten An- lage führen.
Erfindungsgemäss wird das Reaktionsgas bei und/oder unmittelbar nach Durchtritt des Vertei- lerbodens in den Reduktionsraum zumindest teilweise verbrannt, wodurch eine Beeinträchtigung des Verteilerbodens durch Anlagerungen effektiv verhindert wird. Erfindungsgemäss tritt keine, oder nur eine geringfügige, Kollision der angeschmolzenen oder flüssigen Partikel des Gases mit den
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Düsen auf, da die Verbrennung frühestens während des Durchtrittes durch den Verteilerboden erfolgt.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren sowie die erfindungsgemässe Vorrichtung werden die Düsen des Verteilerbodens einer geringeren Temperatur ausgesetzt, da kühles Gas aus dem Windraum an den Verteilerboden anströmt. Eine geringere thermo-mechanische Belastung des Verteilerbodens, sowie insbesondere der Düsen ist dabei die Folge.
Da die Verbrennung im wesentlichen in den sich nach der Durchströmung des Verteilerbodens ausbildenden Jets stattfindet, ist die thermische Belastung des sich in der Wirbelschicht befinden- den Materials geringer, als wenn beispielsweise sauerstoffhältigem Gas seitlich in das Wirbelbett eingedüst wird.
Durch die erfindungsgemässe Vorrichtung und das erfindungsgemässe Verfahren werden die Schwierigkeiten aus dem Stand der Technik umgangen, und wird eine vorteilhafte Betriebsweise des Wirbelschichtverfahrens verwirklicht.
Die Erfindung ist weiters durch ein erfindungsgemässes Wirbelbettaggregat gekennzeichnet, das einen Verteilerboden mit mehreren Düsen zur Zufuhr von sauerstoffhältigem Gas aufweist.
Nach einer Ausgestaltungsform der Erfindung münden die Düsen zur Zufuhr von sauerstoffhäl- tigem Gas in den Reduktionsraum ein.
Nach einem Merkmal der Erfindung sind die Düsen zur Zufuhr von sauerstoffhältigem Gas in den Düsen zur Zufuhr des Reaktionsgases angeordnet.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Düsen zur Zufuhr von sauerstoffhältigem Gas am Verteilerboden zwischen den Düsen zur Zufuhr des Reaktionsgases angeordnet.
Nach einem Merkmal der Erfindung sind die Düsen zur Zufuhr von sauerstoffhältigem Gas im Verteilerboden derart angebracht, dass sie - vom Windkasten in Richtung des Reduktionsraumes gesehenen - in einem ersten Bereich des Verteilerbodens zwischen den Düsen zur Zufuhr des Reaktionsgases in den Reduktionsraum, und in einem zweiten Bereich in die Düsen zur Zufuhr des Reaktionsgases in den Reduktionsraum einmündend, ausgeführt sind.
Die Erfindung eignet sich besonders für eine Anwendung bei einem Verfahren bzw. einer Vor- richtung zur Gasreduktion von teilchenförmigen oxidhältigen Erzen, insbesondere von eisenoxid- hältigem Material, im Wirbelschichtverfahren, wobei das Erz mit Hilfe eines Reduktionsgases in einem als Vorwärmstufe ausgebildeten Wirbelschichtreaktor erhitzt, gegebenenfalls auch vorredu- ziert, wird, anschliessend in mindestens einem als Reduktionsstufe ausgebildeten Wirbelschichtre- aktor zu Eisenschwamm reduziert wird, wobei das Reduktionsgas über eine Reduktionsgas-Zulei- tung bzw. Reduktionsgasleitung in Gegenrichtung des von Stufe zu Stufe geleiteten zu reduzieren- den Materials von der Reduktionsstufe zur Vorwärmstufe geleitet wird und nach Reinigung als Exportgas abgezogen wird. Dabei kann dem der Reduktionsstufe bzw.
Vorwärmstufe zugeführten Reduktionsgas auf verschiedene Weise Wärme zugeführt werden.
Beispielsweise kann das durch Verbrennung eines Teils des für die Gasreduktion in der Re- duktionsstufe bzw. in der Vorwärmstufe vorgesehenen Reduktionsgases zusammen mit sauerstoff- hältigem Gas und/oder Luft geschehen. Die Teilverbrennung des Reduktionsgases stellt die effi- zienteste Enthalpiezufuhr dar und bietet zudem den Vorteil, dass keine wesentliche Erhöhung der Gasmenge erforderlich ist.
Weiters kann beispielsweise durch Verbrennung eines Teils des Exportgases zusammen mit sauerstoffhältigem Gas und/oder Luft dem Reduktionsgas Wärme zugeführt wird.
Eine weitere Möglichkeit besteht schliesslich darin, dass ein Teil des zur Kühlung des in die Endreduktionszone eingeleiteten Reduktionsgases verwendeten Gases, genannt Kühlgas, zusam- men mit sauerstoffhältigem Gas und/oder Luft verbrannt wird, wodurch der Reduktionszone bzw.
Vorwärmstufe zugeführten Reduktionsgas Wärme zugeführt wird.
Nachfolgend wird das erfindungsgemässe Verfahren, sowie die erfindungsgemässe Vorrichtung schematisch anhand von nicht einschränkenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes, wobei die Düsen zur
Zufuhr des sauerstoffhältigen Gases in den Düsen zur Zufuhr des Reaktionsgases ange- bracht sind.
Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes, wobei die Düsen zur
Zufuhr des sauerstoffhältigen Gases am Verteilerboden zwischen den Düsen zur Zufuhr des
Reaktionsgases angebracht sind.
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Fig. 3 eine bevorzugte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes, bei welcher die Dü- sen zur Zufuhr des sauerstoffhältigen Gases abschnittsweise zwischen den Düsen zur Zu- fuhr des Reaktionsgases und abschnittsweise in diesen Düsen ausgeführt sind.
In Fig. 1 ist ein Verteilerboden 1 eines Wirbelbettaggregates dargestellt. Dieser Verteilerboden 1 weist eine Anzahl von Düsen 2 zur Zufuhr eines Reaktionsgases 3 in einen Reduktionsraum auf.
In der dargestellten Ausführungsform sind dabei weiters Düsen 4 zur Zufuhr von sauerstoffhältigem Gas 5 angebracht. Diese Düsen 4 sind in den Düsen 2 zur Zufuhr des Reaktionsgases angebracht.
In Fig. 2 ist wiederum ein Verteilerboden 1' dargestellt, wobei sich diese Ausführungsform da- durch von der in Fig. 1 dargestellten unterscheidet, dass die Düsen 4' zur Zufuhr des sauerstoffhäl- tigen Gases 5' zwischen den Düsen 2' zur Zufuhr des Reaktionsgases 3' angebracht sind.
In Fig. 3 ist ein weiterer Verteilerboden 1" dargestellt, wobei die Düsen 4" zur Zufuhr des sau- erstoffhältigen Gases vorerst zwischen den Düsen 2" zur Zufuhr des Reaktionsgases geführt wer- den, und danach seitlich in diese einmünden. Auf diese Weise erfolgt das Einleiten des sauerstoff- hältigen Gases noch in den Düsen 2" zur Zufuhr des Reaktionsgases, wodurch eine prozesstech- nisch besonders günstige Verbrennung verwirklicht wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Erhöhung des Wärmeinhaltes eines, zumindest teilweise, reduzierenden, und gegebenenfalls staubbeladenen, Reaktionsgases zur zumindest teilweisen Reduktion eines oxidhältigen Erzes, wobei das Reaktionsgas von einem Windkasten über einen Ver- teilerboden in einen Reduktionsraum, vorzugsweise in ein reduzierendes Wirbelbett, ein- geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das reduzierende Gas bei und/oder unmit- telbar nach Durchtritt des Verteilerbodens in den Reduktionsraum unter Zufuhr von sauer- stoffhältigem Gas, insbesondere Sauerstoff und/oder Luft, zumindest teilweise verbrannt wird.