Anlage zur Erzeugung von Hochofenwind Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Erzeugung von Hochofenwind und bezweckt, Anlagen dieser Art hinsichtlich Aufbau der Anlage und der einzelnen Maschinen sowie hinsichtlich Betriebsführung wesent lich zu vereinfachen, und zwar gleichzeitig unter Er zielung einer hohen Betriebssicherheit und eines ho hen Anlagewirkungsgrades.
Erfindungsgemäss soll dies dadurch erreicht sein, dass Luft in mindestens einem Verdichter auf den Winddruck verdichtet, anschlie ssend durch Wärmeaustausch erhitzt und hiervon eine erste Teilmenge dem Hochofen als Heisswind und eine zweite Teilmenge einer zum Antrieb des Verdichters verwendeten Turbine zugeführt wird, dass ferner die aus der Turbine abströmende Luft als Brennluft zur Verbrennung von durch den Hochofen geliefertem Gichtgas verwendet wird,
und dass schliesslich die durch die Verbrennung erzeugten heissen Feuerungs- gase als Heizmittel einem gleichzeitig als Rekuperator wirkenden Wärmeaustauscher zugeführt werden.
Zweckmässig weist der Wärmeaustauscher einen gemeinsamen Strömungsweg für die dem Hochofen und der Gasturbine zuströmende verdichtete Luft auf. Hierbei erfolgt die Verbrennung von Gichtgas in einer einzigen, dem Wärmeaustauscher vorgeschalteten Ver brennungseinrichtung, und die für den Hochofen und für die Turbine bestimmte Heissluft weist nach dem Wärmeaustauscher dieselbe Temperatur auf.
Es kann aber auch zur Erhitzung der dem Hoch ofen zugeführten verdichteten Luft ein erster Wärme austauscher und zur Erhitzung der in die Turbine geführten Luft ein vom ersten getrennter zweiter Wärmeaustauscher vorgesehen sein, wobei jedem Wär- meaustauscher eine eigene Verbrennungseinrichtung zugeordnet ist.
Hierbei kann in der dem ersten Wär- meaustauscher zugeordneten Verbrennungseinrich- tung im Sinne einer Konstanthaltung der Windtempe ratur geregelte Gichtgasmenge verbrannt werden, wäh- rend in der dem zweiten Wärmeaustauscher zugeord neten Verbrennungseinrichtung eine nach Massgabe der für den Hochofen benötigten Windmenge beein flusste Gichtgasmenge verbrannt wird.
Es ergibt sich dann bei Teillast eine Betriebsführung, bei welcher die für die Turbine benötigte Luft nicht auf die Tempe ratur des Hochofenwindes erhitzt werden muss, was zur Schonung des Wärmeaustauschers zur Erhitzung der in die Turbine strömenden Luft beiträgt. Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht. Es zeigen: Fig. 1 eine erste Anlage in schematischer Darstel lung und Fig. 2 eine Anlage mit zwei Wärmeaustauschern. Gleiche Teile sind in beiden Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Der Verdichter 1 (Fig. 1) saugt durch die Lei tung 2 aus der Umgebung Luft an und verdichtet sie auf den vom Hochofen verlangten Winddruck von z. B. 2,5 kg/cm2. Die verdichtete und hierdurch be reits auf etwa 120 C erwärmte Luft gelangt anschlie ssend durch die Leitung 3 in die Rohre 4 des Wärme- austauschers 5,
in welchem auf später beschriebene Weise die gesamte durch die Rohre 4 strömende Luft auf die für den Betrieb des Hochofens benötigte Heiss- windtemperatur von beispielsweise 750 C erhitzt wird. Die erhitzte und verdichtete Luft wird durch die Leitung 6 aus dem Wärmeaustauscher abgeführt.
An der Stelle 7 teilt sich der Luftstrom in zwei beispiels weise etwa gleiche Teilmengen. Die erste Teilmenge strömt als Hochofenwind durch die Leitung 8 in den Hochofen 9 und eine zweite Teilmenge durch die Lei tung 10 als Arbeitsmittel in die Turbine 11.
Diese ist zum Antrieb des Verdichters 1 verwendet und mit letzterem durch die Welle 12 gekuppelt, welche eine lösbare Kuppelung 13 aufweist. Für den Betrieb des Hochofens 9 werden beispielsweise etwa 100 000 Normalkubikmeter pro Stunde benötigt, so dass die vom Verdichter 1 zu liefernde Luftmenge insgesamt für den vorliegenden Betriebsfall etwa 200 000 Nm3/h beträgt.
In der Turbine 11 wird die als Arbeitsmittel verwendete Heissluft etwa auf Atmosphärendruck ent spannt und die Temperatur der aus der Turbine durch die Leitung 14 abströmende Luft beträgt beispiels weise noch 560 C.
Eine Teilmenge des beim Betrieb des Hochofens erzeugten Gichtgases wird durch die Leitung 15 in die Verbrennungseinrichtung 16 geführt und hier zusam men mit der durch die Leitung 14 der Einrichtung 16 zuströmenden, als Brennluft dienenden Abluft der Turbine 11 verbrannt.
Die erzeugten Feuerungsgase bestreichen die Aussenseite der Rohre 4 des Wärme- austauschers 5 und dienen so als Heizmittel zur Re- kuperation der die Rohre 4 durchströmenden, aus dem Verdichter 1 kommenden Luft. Die in dem Wärmeaustauscher abgekühlten Feuerungsgase wer den hierauf in das Kamin 17 geführt oder können zur allfälligen Ausnützung der in ihnen noch enthaltenen Restwärme einem nicht gezeichneten Wärmeverbrau cher zugeführt werden.
Der Verdichter 1 ist mit einem Elektromotor 18 lösbar gekuppelt. Dieser dient zur Inbetriebnahme der geschilderten Anlage und ist so dimensioniert, dass er die Maschinengruppe aus Verdichtern 1 und Turbine 11 auf eine solche Drehzahl zu beschleunigen vermag, bei welcher die Anlage unabhängig von Fremdantrieb betriebsfähig ist. Muss gleichzeitig mit der Inbetrieb nahme der Maschinengruppe der Hochofen angefah ren werden, ist für eine vom Hochofen 9 unabhängige Brennstoffversorgung zu sorgen.
Hierzu kann aus einem weiteren nicht gezeichneten Hochofen über schüssiges Gichtgas verwendet werden, oder es kann in dem Wärmeaustauscher 5 eine nicht gezeichnete Hilfsverbrennungseinrichtung für flüssigen Brennstoff vorgesehen sein.
Zweckmässig wird der Elektromotor 18 so aus gelegt, dass er bei Ausserbetriebnahme der Turbine 11 - z. B. infolge einer Revision - eine für den An trieb des Verdichters 1 so weit ausreichende Antriebs leistung aufbringen kann, dass der Verdichter die aus schliesslich für den Hochofen benötigte Windmenge auf den verlangten Winddruck zu verdichten mag.
Für das geschilderte Ausführungsbeispiel beträgt die dem Hochofen zugeführte Windmenge die Hälfte der bei Normalbetrieb insgesamt vom Verdichter zu liefernden Druckluft. Um auch bei einer derart reduzierten Lie fermenge ein günstiges Arbeitsverhältnis für den Ver dichter 1 zu erhalten, besitzt dieser zweckmässig eine nicht gezeichnete Einrichtung zum Verstellen der Leit- und;oder Laufschaufeln.
Bei Antrieb des Verdichters 1 durch den Motor 18 wäre allerdings der Verbren nungseinrichtung 16 ausreichend Brennluft mit Hilfe eines nicht gezeichneten Ventilators zuzuführen. Fer ner müssten die Leitungen 10 und 14 mit geeigneten Absperrorganen versehen sein.
Zur Regelung der geschilderten Anlage sind die Leitungen 3 und 10 durch eine Leitung 19 miteinander verbunden; in welcher das Ventil 20 angeordnet ist. Im Normalbetrieb ist das Ventil 20 dauernd etwas geöffnet, so dass eine kleine Teilmenge verdichteter Luft unter Umgehung der Rohre 4 des Wärmeaustau- schers in die Einlassleitung der Turbine 11 geführt wird.
Das Ventil dient zur Regelung der Anlage auf Teillastbetrieb, indem dann durch Öffnen des Ventils eine grössere Menge verdichteter Luft unter Umge hung des Wärmeaustauschers in die Einlassleitung der Turbine 11 geführt wird. Die zu verbrennende Gicht gasmenge kann mit Hilfe einer in der Leitung 6 ange ordneten Thermostateinrichtung so beeinflusst sein, dass für jeden Betriebsfall eine konstante Windtempe ratur erhalten bleibt.
Zu diesem Zweck kann in der Leitung 15 ein einfaches einstufiges Radialgebläse vorgesehen sein, wobei das Gebläse eine Umführungs- leitung aufweist, welche mit einem Regelventil verse hen ist. Letzteres kann mit einem Temperaturfühler in der Leitung 6 derart in Regelverbindung stehen, dass es bei sinkender Temperatur selbsttätig im Sinne einer Schliessbewegung betätigt wird und umgekehrt. An stelle des erwähnten Radialgebläses könnte auch in der Leitung 15 ein Regelventil angeordnet sein, das bei sinkender Windtemperatur durch die Thermostat einrichtung im Sinne einer Öffnungsbewegung betä tigt wird und umgekehrt.
Der Verdichter 1 ist zweckmässig so ausgelegt, dass er eine steile Charakteristik aufweist, bei der un abhängig des durch die Beschickung des Hochofens sich einstellenden Gegendruckes eine gleichbleibende Liefermenge des Verdichters 1 sichergestellt ist. Dies wird durch axiale Bauweise des Verdichters erreicht.
Die Anlage nach Fig. 2 unterscheidet sich insofern von der im Zusammenhang mit Fig. 1 geschilderten An lage, als für die Erhitzung der dem Hochofen zuströmen den verdichteten Luft und zur Erhitzung der in die Gas turbine geführten verdichteten Luft zwei voneinander getrennte Wärmeaustauscher 26 und 30 vorgesehen sind. Die vom Verdichter 1 durch die Leitung 2 an gesaugte Luft strömt durch die Leitung 3 zur Stelle 23 und wird hier in zwei Teilmengen aufgeteilt.
Eine erste Teilmenge strömt durch die Leitung 24 in die Rohre 25 des Wärmeaustauschers 26 und gelangt als Heisswind durch die Leitung 27 in den Hochofen 9. Eine zweite Teilmenge strömt durch die Leitung 28 in die Rohre 29 des Wärmeaustauschers 30 und wei ter durch die Leitung 31 in die wiederum zum Antrieb der Verdichters 1 verwendete Turbine 11.
Die in der Turbine 11 auf etwa Atmosphärendruck entspannte Luft strömt vorerst durch die Leitung 14 und hierauf zum einen Teil durch die Leitung 32 in die Verbren nungseinrichtung 33 des Wärmeaustauschers 26 und zum andern Teil durch die Leitung 34 in die Verbren nungseinrichtung 35 des Wärmeaustauschers 30. Den Verbrennungseinrichtungen 33 und 35 wird aus dem Hochofen strömendes Gichtgas durch die Leitung 15 und durch die Leitungen 36 und 37 zugeführt. Die nach Bestreichen der Rohre der Wärmeaustauscher 26 und 30 abgekühlten Feuerungsgase werden durch die Leitung 41 abgeführt und strömen in ein gemein sames Kamin 17.
In den Gichtgasleitungen 36 und 37 sind Regelventile 38 bzw. 39 angeordnet. An deren Stelle könnten auch einfache einstufige Radialgebläse mit regelbarer Umführung vorgesehen sein, was eben falls eine Dosierung der in die entsprechenden Ver brennungseinrichtungen geführten Giehtgasmengen er möglicht. Das Regelventil 38 steht mit einem Tempe- raturfühler 40 in der Heisswindleitung 27 in Regelver bindung. Das Ventil 38 wird so betätigt, dass sich eine konstante Windtemperatur von beispielsweise 800 C ergibt.
Das Regelventil 39 in der Gichtgasleitung 37 kann von Hand oder automatisch nach Massgabe der vom Hochofen benötigten Windmenge, das heisst nach Massgabe der von der Turbine 11 aufzubringenden Antriebsleistung für den Verdichter 1 betätigt werden.
Verlangt der Hochofen 9 beispielsweise eine vermin derte Windmenge, so wird die Gichtgaszufuhr in die Verbrennungseinrichtung 35 reduziert, was eine Her absetzung der Eintrittstemperatur der Luft in die Tur bine und damit eine Verminderung der von der Tur bine 11 erzeugten Antriebsleistung herbeiführt. Auf diese Weise erhält man bei Teillastbetrieb eine ver minderte Beanspruchung des Wärmeaustauschers 30, indem dieser nicht in allen Betriebsfällen die durch sein Rohrbündel strömende Luft auf die vom Hoch ofen verlangte Windtemperatur erhitzen muss.
Dies trägt zur Schonung des Wärmeaustauschers und da mit zu einer Steigerung der Betriebssicherheit bei.
Aus den geschilderten Ausführungsbeispielen er gibt sich eindeutig ein gegenüber bekannten Anlagen wesentlich vereinfachter Aufbau. So sind zur Wind erzeugung nur zwei Turbomaschinen vorhanden. Die Erfindung ermöglicht aber nicht nur einen einfachen Aufbau der Anlage, sondern auch eine besonders gün stige Auslegung von Verdichter und Antriebsturbine. Bei den geschilderten Betriebsgrössen der Ausfüh rungsbeispiele nach den Fig. 1 und 2 besitzt beispiels weise die Turbine nur drei Stufen und der Verdichter 1 nur sechs Stufen. Als Arbeitsmittel der Turbine dient ausschliesslich Heissluft, so dass jede Verschmut zung und Korrosion von vornherein ausgeschaltet ist.
Da allgemein Wärmeaustauscher gegen Verschmut zung oder Korrosion viel weniger empfindlich sind, kann sich die Reinigung der in der Anlage zu ver brennenden Gichtgase auf eine einfache Entstaubung beschränken. Die Anlage weist auch einen sehr guten Wirkungsgrad sowohl bei Normal- wie auch bei Teil lastbetrieb auf. Damit kann ein grösserer Anteil des aus dem Hochofenprozess strömenden Gichtgases für an dere Zwecke verwendet werden.
Gegenüber den bis her meist üblichen, aus feuerfesten Steinen aufgebau ten Winderhitzern (Cowpers) ermöglicht die Anlage einen kontinu?erlichen Betrieb hinsichtlich Erhitzung des Hochofenwindes und damit eine besonders sorg fältige Führung der Reduktionsprozesse im Hochofen. Ferner fallen die beträchtlichen Windverluste der Cowpers dahin. Dank des einfachen Aufbaues der Anlage mit nur zwei Turbomaschinen ergibt sich auch ein kleiner Platzbedarf für die Maschinen und eine bei Hochofenprozessen stark ins Gewicht fallende hohe Betriebssicherheit.
Die zur Erhitzung des Hochofen windes und der in die Turbine strömenden Luft die nenden Wärmeaustauscher können ohne weiteres au sserhalb des Maschinensaales aufgestellt werden.
Die Erfindung ist nicht auf die geschilderten Aus führungsbeispiele beschränkt. So wäre es ohne weite res denkbar, die Wärmeaustauscher in parallel zuein- ander geschaltete Wärmeaustauscheinheiten aufzutei- len, wobei entweder jeder Einheit eine eigene Ver brennungseinrichtung für Gichtgas zugeordnet oder allen Einheiten eine gemeinsame Verbrennungsein richtung vorgeschaltet ist.