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Die Erfindung betrifft eine Anlage und ein Verfahren zur Verhüttung von metalloxidhaltigen Einsatzstoffen, insbesondere zur Erzeugung von Roheisen und/oder Roheisenvorprodukten aus eisenoxidhaltigen Einsatzstoffen, wobei eine Gasquelle zur Erzeugung eines, vorzugsweise staub- haltigen und/oder reduzierenden, Generatorgases betrieben, und der metalloxidhaltige Einsatzstoff in einem Reduktionsaggregat unter zumindest teilweiser Umsetzung eines Reduktionsgases zu Topgas reduziert wird, wobei das in der Gasquelle erzeugte Generatorgas nach seiner Erzeugung zumindest teilweise als Reduktionsgas in das Reduktionsaggregat eingeleitet wird, und das Gene- ratorgas, das unmittelbar nach seiner Erzeugung einen Druck PGen aufweist,
vor seiner Einleitung als Reduktionsgas in das Reduktionsaggregat um einen Differenzdruck Ap auf einen im Bereich der Einleitung des Reduktionsgases in das Reduktionsaggregat herrschenden Druck PRed ent- spannt wird.
Dem Fachmann sind eine Reihe von Verfahren und Vorrichtungen zur Verhüttung von metaH- oxidhaltigen Einsatzstoffen bekannt. Einen besonderen Stellenwert nehmen dabei Direktredukti- onsverfahren ein, die sich durch eine besonders wirtschaftliche und gleichzeitig ressourcenschonende Betriebsweise auszeichnen.
Die Patentschrift DE3024977A1 lehrt diesbezüglich ein Verfahren zur Erzeugung von Rohei- sen, wobei ein Schachtofen zur Direktreduktion von Eisenerz sowie ein Einschmelzvergaser zum Einschmelzen des vorreduzierten Eisenerzes betrieben wird. Der gelehrte Einschmelzvergaser dient weiters zur Erzeugung eines Reduktionsgases. Der Schachtofen wird unmittelbar mit dem Reduktionsgas aus dem Einschmelzvergaser versorgt. Je nach dem Zustand des Gashaushaltes im Einschmelzvergaser erfolgt eine unmittelbare Beeinflussung des Betriebes des Schachtofens.
Instabilitäten im Gashaushalt des Einschmelzvergasers können somit unmittelbar auf den Betrieb des Schachtofens übergreifen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren nach dem Oberbegriff des An- spruchs 1 sowie eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6 weiter zu entwickeln, durch welche eine besonders wirtschaftliche Betriebsweise ermöglicht wird.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zu entwickeln, die geeignet sind die Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden.
Die erfindungsgemässe Aufgabe wird gemäss dem Verfahren nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1, sowie gemäss der Vorrichtung nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 6 gelöst.
Erfolgt der Betrieb einer Gasquelle bei höheren Drücken bzw. wird Generatorgas mit einem hohen Druck erzeugt, erfolgt erfindungsgemäss eine geeignete Behandlung zur Druckabsenkung des Generatorgases, wodurch das Generatorgas als Reduktionsgas in einem, bei niedrigerem Druck betriebenen, Direktreduktionsaggregat des Standes der Technik einsetzt werden kann. Auf diese Weise kann weiters eine vorteilhafte Entkoppelung des Gashaushaltes der Gasquelle und des Gashaushaltes des Reduktionsaggregates erfolgen. Druckschwankungen des Generatorgases werden durch die Druckabsenkung gedämpft.
Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird das Generatorgas als überwiegender Bestandteil des Reduktionsgases verwendet.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens bildet das Ge- neratorgas zumindest 50 Vol% des Reduktionsgases.
Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird die Ent- spannung und Reinigung, insbesondere Entstaubung, des Generatorgases in einer Anzahl, jedoch zumindest zwei, insbesondere drei oder vier, von in Serie und/oder parallel geschaltenen, Flieh- kraftabscheidem, vorzugsweise Zyklonen, durchgeführt.
Die Auslegung der Fliehkraftabscheider erfolgt nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens nicht nach den üblichen Auslegungskriterien, die einen hohen Abscheidegrad bei einem minimalen Druckverlust vorsehen, sondern es wird bewusst ein wesentli- cher Druckverlust über die einzelnen Zyklone angesetzt. Konsequenterweise lässt sich dadurch sehr einfach ein hoher Abscheidegrad bei kleiner Baugrössen der Zyklone erzielen.
Durch den Betrieb mehrerer Zyklone in paralleler und/oder serieller Schaltung kann eine be- sonders effektive Reinigung des Generatorgases erreicht werden.
Die Anzahl der zu installierenden Gasreinigungseinrichtungen, beispielsweise der Fliehkraftab- scheider, ist nach einer bevorzugten Ausführungsform einerseits vom Staubgehalt des erzeugten
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Generatorgases, vor dessen Reinigung, sowie andererseits vom maximal zulässigen Staubgehalt des Reduktionsgases vor Einleitung in das Reduktionsaggregat abhängig.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahren kann durch die Entspannung des Generatorgases in den Fliehkraftabscheidem die Reduktion in dem Reduktions- aggregat mit einem, im Vergleich zum staubbeladenen Generatorgas, wesentlich saubereren Bustle Gas betrieben werden.
Abgesehen von den Fliehkraftabscheidern, insbesondere den Zyklonen, die im allgemeinen nicht sehr teuer sind, und den zusätzlich notwendigen Rohrleitungen, sind, nach einer bevorzugten Ausführungsform, bei Umsetzung des erfindungsgemässen Verfahrens keine weiteren kosteninten- siven Investitionen zu erwarten.
Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens erfolgt die ener- getische Umsetzung des Generatorgases zur Reduktion, beispielsweise von Eisenerz zu DRI, in dem Reduktionsaggregat ohne eine weitere Gasaufbereitung.
Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens kann der Wir- kungsgrad der Zyklone, insbesondere der in Serie geschaltenen Zyklone, bzw. der Volumenstrom des Reduktionsgases, welcher durch den Zyklon strömt, durch ein Einstellen des Druckes in der Gasquelle beeinflusst bzw. eingestellt werden.
Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens scheiden die Fliehkraftabscheider jeweils zumindest teilweise verschiedene Komfraktionen aus dem Generator- gas ab.
Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung überlappen sich die jeweils von den einzelnen Abscheidern abzutrennenden Komfraktionen, wodurch auch bei Ausfall eines Zyklons eine genügende Abscheideleistung erreicht werden kann.
Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens handelt es sich bei der Gasquelle um einen Einschmelzvergaser, der ein Schlacke- und/oder ein Metallbad auf- weist, wobei der Einschmelzvergaser mit einem, insbesondere vorreduziertem, metalloxidhaltigem Einsatzstoff, insbesondere mit einem Teil des in dem Reduktionsaggregat reduzierten metalloxid- haltigen Einsatzstoffes, sowie mit einem Kohlestoffträger, insbesondere stückiger Kohle, beladen wird.
Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens werden in der Gasquelle, insbesondere vorreduzierte, metallhaltige Einsatzstoffe aufgeschmolzen.
Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens handelt es sich bei der Gasquelle um einen Einschmelzvergaser, der ein Schlacke- und/oder ein Metallbad auf- weist und mit stückiger Kohle sowie gegebenenfalls mit, insbesondere vorreduziertem, Eisenerz beladen wird, wobei die Kohle gegebenenfalls ein Festbett bildet und/oder durch Einleitung von Sauerstoff vergast wird.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren erfolgt ein stabiler und von der Gasquelle, insbeson- dere vom Einschmelzvergaser, entkoppelter Betrieb des Reduktionsaggregates. Obwohl die Gas- quelle, insbesondere der Einschmelzvergaser, zumindest teilweise zur Versorgung des Redukti- onsaggregates mit Reduktionsgas dient, erfolgt durch die Entspannung des Generatorgases eine zumindest teilweise Entkopplung des Reduktionsaggregates von der Gasquelle. Störungen des Gashaushaltes im Bereich der Gasquelle wirken deshalb nur mehr begrenzt bzw. gedämpft auf den Betrieb des Reduktionsaggregates weiter.
Dadurch, dass das Reduktionsaggregates bei niedrigem Gasdruck betrieben wird, vereinfacht sich der Betrieb des Reduktionsaggregates bzw. des Reduktionsverfahrens. Gegenüber Redukti- onsverfahren bei höheren Drücken, zeichnet sich ein solches Verfahren vor allem durch eine verbesserte Stabilität, und geringere Betriebs- und Investitionskosten aus.
Die Erfindung eignet sich bevorzugt für den Einsatz bei einem Verbund eines Einschmelzver- gaser mit einem, bei niedrigem Druck und mit nahezu staubfreiem Reduktionsgas betriebenen, Reduktionsschachtofen zur Erzeugung von Roheisenvorprodukten, beispielsweise DRI, und ist diesbezüglich am ausführlichsten dokumentiert. Die Ausführungen hierzu sind jedoch beispielhaft und keineswegs einschränkend zu verstehen. Vielmehr gelten entsprechende Ausführungen für alle Reduktionsaggregate und Gasquellen aus dem Stand der Technik, insbesondere der chemi- schen Verfahrenstechnik und/oder der Metallurgietechnik.
Generatorgas aus einem Einschmelzvergaser, insbesondere entsprechend der COREX-
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Technologie, ist nach dem Stand der Technik für den Einsatz in einem konventionellen, bei niedri- gem Druck und mit nahezu staubfreiem Reduktionsgas betriebenen, Reduktionsschacht nicht geeignet, weil ein solches Gas einerseits zu stark mit Staub beladen ist, und andererseits einen zu hohen Druck aufweist.
Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird der Ein- schmelzvergaser mit dem Reduktionsschacht direkt, unter Zwischenschaltung einer Gasbehand- lungsvorrichtung, insbesondere mehrerer Fliehkraftabscheider, über eine Reduktionsgasleitung verbunden. Der hohe Betriebsdruck des Einschmelzvergasers wird nach einer bevorzugten Aus- führungsform des erfindungsgemässen Verfahren einerseits durch den Betrieb einer geeigneten Gasbehandlungseinrichtung, insbesondere durch den Betrieb einer Serie von Zyklonen derart reduziert, dass der zulässige Druck an der Bustle des Reduktionsschachtofens nicht überschritten wird.
Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird der Betrieb der Gasquelle, beispielsweise durch eine Regelungsvorrichtung, hinsichtlich des, bei gemessenen
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ert.
Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird der Betrieb der Gasquelle hinsichtlich des erforderlichen Gasdrucks im Bereich der Einleitung des Reduktions- gases in das Reduktionsaggregat geregelt und/oder gesteuert.
Es ist deshalb nach einer Ausführungsform der Erfindung möglich in Abhängigkeit der beiden Grössen Ap und/oder PRed, das Verfahren durch Abstimmung von PGen zu optimieren.
Dabei kann nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung zur Erhöhung der Flexibili- tät der Einstellung des Verfahrens beispielsweise vor und/oder an und/oder nach der Gasbehand- lungseinrichtung, mittels einer oder mehrerer Zweigleitungen, Gas, beispielsweise aus einem Reformer und/oder Topgas, zur Erhöhung des Drucks in das Generatorgas eingeleitet und/oder Generatorgas zur Erniedrigung des Drucks entnommen werden.
Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird der Druck PRad, welcher dem Druck des Reduktionsgases im Bereich der Einleitung desselben in das Reduktionsaggregat entspricht geregelt und/oder gesteuert. Damit wird die Anlage in der Weise eingestelt, dass ein maximaler Volumenstrom die Schüttung im Reduktionsaggregat durchdringt. Zu diesem Zweck wird PRec geregelt und/oder gesteuert.
Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird zur Ernied- rigung der Temperatur des Generatorgases zumindest ein Teilstrom des, vorzugsweise zumindest teilweise gereinigten, Topgases des Reduktionsaggregates, insbesondere vor und/oder nach der Entspannung und/oder Reinigung des Generatorgases, dem Generatorgas beigemischt.
Die Temperatur des Reduktionsgases bzw. Generatorgases kann nach einer anderen bevor- zugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahren sehr einfach durch Einspritzen von Wasser in das Generatorgas eingestellt, insbesondere erniedrigt, werden.
Nach dem Stand der Technik ist das Generatorgas aus dem Einschmelzvergaser für den Ein- satz in einem Reduktionsschacht nicht geeignet, weil das Gas eine zu hohe Temperatur aufweist.
Eine Einspeisung von H20 zur Temperaturemiedrigung hat eine zusätzliche Einspeisung von Oxidanten zur Folge, wodurch das Reduktionspotential des Generatorgases verringert wird. Nach dem Stand der Technik ist deshalb ein eigener Kühlgaskreislauf notwendig, durch welches dem Generatorgas gekühltes Reduktionsgas zugemischt wird.
Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird in das Generatorgas zumindest ein Teil des Topgases des Reduktionsaggregates und/oder ein von CO2 gereinigtes Gas einge- speist, wodurch die gewünschte Bustlegastemperatur und/oder die Zusammensetzung des Gases, bei gleichzeitiger Erhöhung der Bustlegasmenge (Erhöhung der DRI-Produktion) und Wegfall des Kühlgaskreislaufes, eingestellt werden kann.
Erfindungsgemäss wird damit nach einer besonderen Ausführungsform das Reduktionspotential des Generatorgases nicht durch Zuführung von zusätzlichen Oxidanten (H20) verringert. Weiters kann bei gleicher Generatorgasmenge mehr reduziertes Metalloxid, insbesondere mehr Eisen- schwamm, erzeugt werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahren wird für den Teil des Recyclegases (Recyclegas = rezykliertes Topgas), das dem Generatorgas zugeführt wird,
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keine Energiequelle benötigt, um das Gas auf Reduktionstemperatur zu bringen. Das Recyclegas kann direkt in das Generatorgas eingeleitet werden. Somit ist der Wirkungsgrad für dieses re- zyklierte Topgas 100 %.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform kann die Bustlegasmenge weiter gesteigert werden, wenn das Recyclegas zusätzlich etwas vorgewärmt wird.
Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens kann durch die Zuführung einer erhöhten Menge an rezyklierten Topgas der Staubgehalt an der Bustle durch einfache Vermischung des rezyklierten Topgases mit dem Generatorgas weiter verdünnt werden.
Der Kühlgaskreislauf kann nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung weggelassen werden.
Die Erfindung ist weiters durch eine erfindungsgemässe Vorrichtung entsprechend Anspruch 6 gekennzeichnet.
Nach einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung ist eine Rege- lungsvorrichtung vorgesehen, durch welche der Betrieb der Gasquelle hinsichtlich des erforderli- chen Druckes PGen, bei gemessenem und/oder vorbestimmten PRed und/oder Ap regelbar und/oder steuerbar ist.
Nach einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung sind die Flieh- kraftabscheider zur Abscheidung zumindest teilweise unterschiedlicher Komfraktionen ausgelegt.
Nach einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung ist die Gasquel- le als Einschmelzvergaser ausgeführt, und weist der Einschmelzvergaser eine Leitung zur Zufuhr eines, insbesondere vorreduzierten, metalloxidhaltigen Einsatzstoffes, insbesondere eines Teiles des in dem Reduktionsaggregat reduzierten metalloxidhaltigen Einsatzstoffes, sowie eine Leitung zur Zufuhr eines feststoffförmigen stückigen Kohlenstoffträgers, insbesondere einer stückigen Kohle, auf.
Nach einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung ist die Gasquel- le als Einschmelzvergaser ausgeführt, und weist der Einschmelzvergaser eine Leitung zur Zufuhr eines vorreduzierten metallhaltigen Einsatzstoffes, sowie vorzugsweise eine Leitung zur Ableitung des geschmolzenen Metalls und gegebenenfalls eine Leitung zur Ableitung einer Schlacke auf.
Nach einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung mündet die Lei- tung zur Ableitung des Topgases des Reduktionsaggregates, gegebenenfalls nach einer Zwi- schenschaltung einer Gasaufbereitungseinrichtung, in die Leitung zur Einleitung des Generatorga- ses in das Reduktionsaggregat.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zur Erniedrigung der Temperatur des Generatorgases zumindest ein Teilstrom des, vorzugsweise zumindest teilweise gereinigten, Topgases des Reduktionsaggregates, insbesondere vor und/oder bei und/oder nach der Entstau- bung und/oder Entspannung des Generatorgases, dem Generatorgas beigemischt.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahren, ergibt sich eine sehr einfache Regelung des Gashaushaltes, die sich auf ein Ventil nach der Topgasableitung aus dem Reduktionsaggregat, insbesondere nach einer Topgas-Reinigungseinrichtung, beispielsweise einem Topgas-Wäscher, und/oder eine Abblaseeinrichtung beschränkt.
Nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahren sind, abgesehen von einem Topgasventil zur Steuerung des Bustlegasflusses, keine rotierenden oder beweglichen Teile notwendig.
Nach einer weiteren Ausführungsform kann durch Einstellung der Strömung und/oder der Menge des rezyklierten, d. h. in die Generatorgasleitung zurückgeführten, und vorzugsweise von Verunreinigungen zumindest teilweise befreiten, Topgases der Volumenstrom über die Zyklone gut konstant gehalten oder eingestellt werden, wodurch sich ein konstanter Abscheidegrad ergibt.
Nach einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in die Leitung zur Ableitung des Topgases des Reduktionsaggregates welches in die Leitung zur Einleitung des Generatorgases in das Reduktionsaggregat mündet Sauerstoff und/oder sauerstoffhältiges Gas, beispielsweise angereicherte Luft eingeleitet.
Eine besondere Ausführungsform der Erfindung ist nachfolgend beispielhaft und nicht ein- schränkend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig.1 eine besondere Ausführungsform eines Verfahrens sowie einer Anlage zur Er- zeugung einer Metallschmelze
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In einem Einschmelzvergaser 1 wird, unter Umsetzung von Kohle 2 und Stäuben 6, vorzugs- weise vorreduziertes, Eisenerz 3 zu flüssigem Roheisen, gegebenenfalls nach vorheriger Fertigre- duktion, aufgeschmolzen. Dabei wird in den Einschmelzvergaser sauerstoffhältiges Gas eingelei- tet. Aus dem Einschmelzvergaser 1 werden Roheisen 5 sowie Schlacke 6 und ein Generatorgas 7 abgezogen. Das Generatorgas 7 wird gegebenenfalls einer Vorentstaubungseinrichtung 8 zuge- führt.
Nachfolgend gelangt das, gegebenenfalls vorgereinigte, Generatorgas 7 in drei hintereinan- der geschaltene Fliehkraftabscheider, insbesondere Zyklone, 9, 10, 11, in denen das Generatorgas jeweils entstaubt und entspannt wird. Die abgeschiedenen Stäube 6 werden nach einer bevorzug- ten Ausführungsform wiederum zumindest teilweise in den Einschmelzvergaser 1 eingebracht. Ein Anteil des entspannten und/oder gereinigten Generatorgases kann, gegebenenfalls nach einer Verdichtung und/oder Reinigung, zur Kühlung des frischen Generatorgases verwendet werden.
Nach der Entstaubung und Entspannung wird das Generatorgas zumindest teilweise als Redukti- onsgas in einen Reduktionsschachtofen 12 eingeleitet, worin es zur zumindest teilweisen Redukti- on eines eisenhältigen Einsatzstoffes dient. In dem Reduktionsschachtofen 12 werden eisenhältige Einsatzstoffe 16 zu zumindest teilweise reduziertem Eisenerz 17, insbesondere Eisenschwamm, reduziert. Das reduzierte Eisenerz 17 wird wahlweise einem Stahlwerk und/oder dem Einschmelz- vergaser 1 und/oder einer anderen Verwertung zugeführt. Nach einer zumindest teilweisen Umset- zung in dem Reduktionsaggregat 12 wird das Reduktionsgas als Topgas aus dem Reduktions- schachtofen abgezogen und gelangt in eine Gasreinigungseinrichtung, insbesondere einen Gas- Wäscher 13. Nach der zumindest teilweisen Reinigung des Topgases wird das Topgas zumindest teilweise in die Generatorgasleitung eingeleitet.
Es besteht weiters die Möglichkeit das Topgas zumindest teilweise als Exportgas 18 weiter zu verwerten. Die Rezyklierung des Topgases wird nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durch eine Vorrichtung 14 geregelt und/oder gesteuert.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Verhüttung von metalloxidhaltigen Einsatzstoffen, insbesondere zur Erzeu- gung von Roheisen und/oder Roheisenvorprodukten aus eisenoxidhaltigen Einsatzstoffen, wobei eine Gasquelle zur Erzeugung eines, vorzugsweise staubhaltigen und/oder reduzie- renden, Generatorgases betrieben, und der metalloxidhaltige Einsatzstoff in einem Reduk- tionsaggregat unter zumindest teilweiser Umsetzung eines Reduktionsgases zu Topgas reduziert wird, wobei das in der Gasquelle erzeugte Generatorgas nach seiner Erzeugung zumindest teilweise als Reduktionsgas in das Reduktionsaggregat eingeleitet wird, und das Generatorgas, das unmittelbar nach seiner Erzeugung einen Druck PGen aufweist,
vor seiner Einleitung als Reduktionsgas in das Reduktionsaggregat um einen Differenzdruck
Ap auf einen im Bereich der Einleitung des Reduktionsgases in das Reduktionsaggregat herrschenden Druck PRed entspannt, dadurch gekennzeichnet, dass zur Entspannung und Reinigung, insbesondere Entstaubung, des Generatorgases eine Anzahl, jedoch zu- mindest zwei, von, in Serie und/oder parallel geschaltenen, Gasreinigungseinrichtungen, vorzugsweise zumindest drei in Serie geschaltene Zyklone, betrieben werden.