DD141164A1 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von roheisen im hochofen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zur Erzeugung von Roheisen im Hochofen bei teilweisem Ersatz von stückigem Koks durch staubförmige Brennstoffe. Am Umfang des Hochofens sind Vergasungsreaktoren angeordnet, in welchen durch Parallelbetrieb der staubförmige Umsatz zu einem CO- und H ind 2-haltigen Reduktionsgas erfolgt. Jedem einzelnen Vergasungsreaktor ist eine Rastform zugeordnet, über die das Reduktionsgas mit suspendierten Ascheteilchen, Flüssigschlacketropfen und unvollständig ausreagierten Restkoksteilchen in den Hochofen eingeblasen wird. Die Versorgung des Vergasungsreaktors erfolgt durch eine Staub/Trägergas-Suspension, die in einem Behältersystem, bestehend aus Druckschleusenbehälter und Dosierbehälter erzeugt wird. Der staubförmige Brennstoff lagert in dem Dosierbehälter als quasi ruhende Schüttung auf einem Anströmboden und wird durch das Trägergas partiell aufgewirbelt. Jeder Vergasungsreaktor ist mit dem Dosierbehälter durch eine Förderleitung verbunden, die jeweils in einen getrennten Abschnitt der Schüttung hineinragt. Das Dosiersystem sichert eine mengenmäßig konstante Zuführung der Staub/Trägergas-Suspension. Es wird eine Kokssubstitution erreicht, die über dem Maß der bekannten Kokssubstitution durch Kohlenstaubinjektion in das Gestell liegt. - Fig. 1 -

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung ..

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Erzeugung von Roheisen im Hochofen bei teilweisem Ersatz von stükkigem Koks durch staubförmige Brennstoffe.

Charakteristik der bekannten techniachen Lösungen Die· Wirtschaftlichkeit'des Hochofenbetriebes wird in starkem Maße von den Kokskosten beeinflußt. Deshalb wurde eine Reihe von Verfahren entwickelt, um den Koksverbrauch durch die Verwendung von gasförmigen, flüssigen oder festen Zusatzbrennstoff en zu senken. Da nach, den BRD-OS 1 433 317 Und 2 24-3 439 der Einsatz dieser Zusatzbrennstoffe direkt über die Blasformen nur einen eng begrenzten Zusatz ermöglicht, wurden andere Verfahren entwickelt, mit denen dem Hochofen über eine Anzahl zusätzlicher Formen in Höhe der Rast (im folgenden Rastformen genannt) zusätzliches Reduktionsgas in Form CO- und/oder E^- reicher Gase zugeführt wird.

So ist nach der BRD-OS 2 261 776 bekannt, daß erzeugtes Reduktionsgas aus flüssigem, gasförmigem oder vergastem Kohlenwasserstoff über Rastformen in die Reduktionszone des Hochofens gemeinsam mit Sauerstoff eingeblasen wird. Dieses Verfahren kann jedoch nicht mit festem Brennstoff durchgeführt werden. Ferner ist nach der BRD-Oo 2 261 766 als Reduktionsgas ein CO-reiches Gas zu verwenden, das durch geeignete Waschverfahren aus Gichtgas zurückgewonnen wird. Um an der Rast ein ausreichendes Temperaturniveau, von etwa 1050 C zu erreichen, sollte dieses CO-reiche Gas gegebenenfalls unter Zusatz von

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Heizöl oder Feinkohle mit ebenfalls eingeblasenem Sauerstoff innerhalb des Schachtes vor den Bastformen partiell verbrannt werden. Dieser Vorschlag hat den Nachteil, daß das durch ein kostenintensives Waschverfahren zurückgewonnene CO teilweise bereits vor bzw. in den Eastformen zu COp verbrannt wird, dagegen Heizöl oder Feinkohle in der East bzw. im Hochofenschacht nur unvollständig ausbrennen und verbleibender Euß und kohlenstoffhaltiger Staub in die oberen Zonen des Hochofens mitgerissen werden. Das führt zur Verschlechterung des Eeduktionspotentials des Schachtgases, zu Schwierigkeiten im Kochofengang und zu erhöhtem Gichtstaubanfall. Desweiteren ist nach der BED-OS 2 144 098 bekannt, feste oder flüssige Brennstoffe in einer separaten Anlage zu vergasen und das Eohgas durch Kühlung und Kondensation, gegebenenfalls auch durch Abtrennung von CO₂, zu einem CO- und Hp-reichem Gas aufzuarbeiten und dieses Gas in das Gestell oder die East des Hochofens einzublasen. ' ·

Eine Modifikation dieser Verfahrensweise sieht die Gaserzeu·^ gung durch Partialoxidation von Heizöl mit Sauerstoff unter Zusatz von Wasserdampf oder Kohlendioxid als Temperaturmoderatoreh in einer Flammenreaktion bei 1400 bis 1600 ° C vor. Das entsprechende Eohgas wird lediglich gekühlt und mit ca. 1100 bis 1200 ⁰C über eine Eingleitung und mehrere Formen in Höhe der East eingeblasen. Ähnliche Technologien, zugeschnitten für die Verwendung von gasförmigen oder' flüssigen Kohlenwasserstoffen zur Eeduktionsgaserzeugung, sind in der ERD-OS 2 144 098 beschrieben.

Prinzipiell kann die Technologie der Partialoxidation in einer Flamme auch auf den Einsatz staubförmiger Brennstoffe übertragen werden. Die Asche des staubförmigen Brennstoffes, vorzugsweise Kohlenstaub, fällt, allerdings unter den Prozeßbedingungen der Partialdruckoxidation mit Sauerstoff in schmelzflüssigem Zustand an. Unter diesen Bedingungen ist die oben für Heizöl beschriebene Verfahrensweise der Kühlung auf ca. 1200 ⁰C und der Verteilung über eine Eingleitung auf mehrere Formen nicht anwendbar. Vielmehr wäre die Asche mit zusätzlichem Aufwand und unter Inkaufnahme einer uner-

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wünschten starken Abkühlung unmittelbar hinter dem Gaserzeugungsreaktor und vor der Unterteilung auf die Formen aus dem System abzuscheiden. Eine solche Lösung wurde bisher technisch nicht verwirklicht, zumal kein wirtschaftlicher Vorteil gegenüber der Bereitstellung des zusätzlichen Redu&tionsgases in einer herkömmlichen Vergasungsanlage mit vollständiger Kühlung, Kondensation und Gasreinigung erreicht werden könnte. Zwar wird in einem Unteranspruch der BRD-OS 2 144- 098 auch die Erzeugung eines Reduktionsgases in Düsen oder Brennern, die an der Innenseite des Hochofens angebracht sind, beansprucht, die hierzu angegebenen technischen Lösungen beziehen sich jedoch ausschließlich auf flüssige und gasförmige Kohlenwasserstoffe.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist eine Senkung des spezifischen Koksverbrauches bzw. ein Ersatz von hochwertigem metallurgischem Koks durch staubförmige Brennstoffe bei der Roheisenerzeugung im Hochofen über das Maß hinaus, das bei der "Verwendung von Zusätzbrennstoffen in der Blasformebene im Gestell des Hochofens erreicht wird.

Darlegung dea Wesens der Erfindung

Der Erfindung, liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren und Vorrichtungen zur Erzeugung von Roheisen im Hochofen zu entwickeln, die den teilweisen Ersatz von stückigem Hochofenkoks, durch staubförmige Brennstoffe ermöglichen. Es wird davon ausgegangen, aus dem staubförmigen Brennstoff ein CO- und Hg-reiches Reduktionsgas zu erzeugen und unmittelbar an einer für den metallurgischen Prozeß günstigen Stelle, vorzugsweise der Rast, in den Hochofen einzublasen.

Dabei ist für die Kombination von Reäuktionöerzeugung und Hochofenprozeß eine technisch einwandfreie, einfache, vom Anfall an Neben- oder Abprodukten freie sowie wärmewirtschaftlich und energetisch günstige Lösung vorzuschlagen, die insbesondere auch die mit der Einspeisung und Dosierung des staubförmigeji Brennstoffes in das System verbundenen Probleme einschließt« Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß

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staubförmiger Brennstoff, insbesondere Kohlenstaub, mit einem, freien Sauerstoff enthaltendem, Vergasungsmittel in einer Flammenreaktion zu einem CO- und H₂-haltigem Gas mit geringem Oxidationsgrad ( CO₂ + H₂O ) / ( CO + H₂ + CO₂ + H₂O ) umgesetzt wird und dieses CO- und H₂-haltige Reduktionsgas unmittelbar nach seiner Erzeugung ohne vorherige wesentliche Kühlung und ohne Reinigung in den Hochofen, vorzugsweise in der Rast,.eingeblasen wird, wobei das eingeblasene Gas alle unvergast gebliebenen Rückstände, wie Asche, flüssige Schlackentropfen, unvollständig ausreagierte Restkohlenteilchen in Suspension enthält. Die Einblasstelle entspricht dabei einem Temperaturniveau der Möllersäule von 1000 bis 1300

C.

Erfindungsgemäß wird diese Verfahrensweise störungsfrei ermöglicht,, indem die Wege zwischen dem Austritt aus dem Vergasungsreaktor, in welchem die Flammenreaktion abläuft, und der Einführung in den Hochofen, der Rastform, sehr kurz gehalten werden und indem auf Verteilungseinrichtungen für das Gas auf mehrere Formen verzichtet wird. Nach der Erfindung wird der Druck im ,Vergasungsreaktor so hoch gewählt, daß die Druckdifferenz zwischen Vergasungsreaktor und Hochofen in Höhe'der Einblasstelle ausreichende Einblasegeschwindigkeiten des heißen CO- und H₂-haltigen Gases ermöglicht.

Zur Verteilung des CO- und H₂-haltigen Gases über den Hochofenquerschnitt werden mehrere, über den Umfang des Hochofens gleichmäßig und gegebenenfalls auch in mehreren Horizonten angeordnete, Rastformen betrieben, denen erfindungsgemäß jeweil ein Vergasungsreaktor zugeordnet ist.

Nach der Erfindung wird das Verhältnis von freiem Sauerstoff im Vergasungsmittel zu staubförmigem Brennstoff so eingestellt, daß die Temperatur des in den Hochofen eingeblas.enen CO- und Hphaltigen Abgases in der Rastform in einem Bereich von 1100 bis 1300 ⁰C liegt. Der durch das Einblasen des CO- und H₂~haltigen Gases in den Hochofen erwartete Effekt ist um so günstiger, je. geringer der durch das Verhältnis ( C0₂+Hp0 )/( CO+Hp+COo+HpO ) definierte Oxidationsgrad dieses Gases ist. Das kann umso besser erreicht werden, je höher die Reaktionsendtemperatur der Flammenreaktionen bei möglichst kleinem Verhältnis von freiem Sauerstoff·

im Vergasungsmittel zu staubförmigem Brennstoff gewählt wird.

Es ist beispielsweise möglich, den staubförmigen Brennstoff mit Heizöl zu einer pumpfähigen Suspension anzumaischen und mittels Dosierpumpe der Flammenreaktion zuzuführen.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der staubförmige Brennstoff pneumatisch und mit minimalem Bedarf an Trägergas der Flammenre-aktion zugeführt wird. Eine dieser Forderung entsprechende Ausführungsform der Erfindung ist durch folgende Merkmale gekennzeichnet:

Der zur Vergasung bestimmte staubförmige Brennstoff wird aus einem Vorratsbunker unter Atmosphärendruck in einen Druckschleusenbehälter gefördert. Durch Einleitung eines komprimierten, inerten gasförmigen Mediums, wie technischer Stickstoff* mit einem Sauerstoffgehalt von weniger als 10 % oder technisches Kohlendioxid oder brennbare gasförmige Medien, wie von Staub und Wasserdampf befreites Gichtgas oder brennbareWif&erer Herkunft, wird der Inhalt dieses Druckschleusenbehälters auf einen Druck gebracht, der über dem Druck der Flaramenreaktion liegt. Der unter Druck gestellte staubförmige Brennstoff wird durch Schwerkraft einem darunter angeordneten weiteren Druckbehälter, im folgenden als Dosierbehälter bezeichnet, zugeführt. Im Unterteil des Dosierbehälters wird durch Einblasen eines weiteren gasförmigen Mediums über Leitungen, im folgenden als Trägergas bezeichnet, die Staubschüttung soweit aufgelockert, daß der staubförmige Brennstoff gemeinsam mit dem Trägergas über eine in das Unterteil des Dosierbehälters hineinragende und dort beginnende Förderleitung dem Brenner eines Vergasungsreaktors zuströmt, in dem die genannten Flammenreaktion abläuft. Die Geschwindigkeit des in das Unterteil des Dosierbehälters eingeblasenen Trägergases wird erfindungsgemäß so gewählt^: daß sie bezogen auf den vollen Querschnitt des Unterteils - zwischen dem 0,2- bis. 10-fachen, vorzugsweise zwischen,dem 1- bis 6-fachen der Wirbelpunktgeschwindigkeit des staubförmigen Brennstoffes' liegt, die mit bekannten Methoden gemessen werden kann.

Die Auflockerung des staubförmigen Brennstoffes im Unterteil des Dosierbehälters kann dabei soweit gehen, daß von einer partiellen, auf den Raum zwischen Boden des Unterteils und Einlauf im Förderrohr beschränkten, V/irbelschicht gesprochen werden kann.

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Es ist typisch für die Erfindung, daß die über dem Unterteil des Dosierbehälters lagernde Schiittung des staubförmigen Brennstoffes den Charakter einer quasiruhenden Schiittung hat, die durch Wirkung der Schwerkraft entsprechend der Abförderung von staubförmig em Brennstoff aus dem Dosierbehälter langsam nach unten rutscht und die im Regelfall nur von der (relativ geringen) Gasmenge durchströmt wird, die dem Fe st st off volumen der aus dem Dosierbehälter abgeförderten Staubmenge entspricht. Erfindungsgemäß beträgt das Verhältnis von freiem Querschnitt der Förderleitung zum freien Querschnitt des Unterteils des Dosierbehälters 1:50 bis 1:300, wobei die innerhalb dieses Bereiches liegenden Optimalbedingungen von Leistung, Fließeigenschaften des staubförmigen Brennstoffes und geforderten Kegelbereichen abhängen. Die Homogenität der Staub/Trägergas-Suspension in der Förderleitung und die Gleichmäßigkeit des Transportes werden günstig beeinflußt, wenn das in den Unterteil des Dosierbehälters eingeblasene Trägergas sehr gleichmäßig über den gesamten Querschnitt des Unterteils verteilt wird. Unter Nutzung bekannter Prinzipien wird deshalb das Trägergas über geeignete Verteilereinrichtungen, beispielsweise ebene Anströmböden aus gasdurchlässigem Material, wie Sintermetallplatten oder Filzplatten, in die im Unterteil befindliche Schüttung des staubförmigen Brennstoffes eingeführt, wobei diese Platten so beschaffen sind, daß im Normalbetrieb ein Druckabfall des Trägergases beim Durchgang durch die Verteileinrichtung eintritt, der gleich oder größer ist als das Produkt aus spezifischem Schutt gewicht und maximaler Höhe der Schüttung des staubförmigen Brennstoffes im Dosierbehälter.

Mit der erfindungsgemäßen Verfahrensweise wird ein homogener Strom einer Staub/Trägergas-Suspension erreicht, für die das Verhältnis von Volumen des Feststoffes zu Volumen des Trägergases, gemessen im Zustand am Einlauf in die Förderleitung, zwischen 1:1 und 1:5 liegt.

Auf dieses Beladungsverhältnis haben Feinheit, Korngrößenverteilung und Kornform des staubförmigen Brennstoffes wesentlichen Einfluß und sind Ursache für die Breite des angegebenen Bereiches. Bei üblichen Braunkohlenstäuben.wurden, wiederum abhängig von der Körnungsstruktur, Werte zwischen 1:2. und 1:3»5 entspreehend 700 bis 400 kg/nr Trägergas erreicht.

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Die Geschwindigkeit der Staub/Trägergas-Suspension in der Förderleitung beträgt 1 bis 12 m/s.

Es wurde gefunden, daß sich durch Veränderung der dem Unterteil

des Dosierbehälters zugeführten Trägergasmengen sehr genau die in der Zeiteinheit aus dem Dosierbehälter geförderten Staubmengen steuern lassen, wobei in weiten Bereichen das Beladeverhältnis von staubförmigem Brennstoff zu Trägergasvolumen konstant bleibt. Es ist deshalb ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens, daß die Regelung der Brennstoffzufuhr zum Vergasungsreaktor durch entsprechende Veränderung des Trägergasstromes zum Unterteil des Dosierbehälters erfolgt. Die Regelgenauigkeit für den Staubstrom wird durch Druckschwankungen im Hochofen, die sich über Rastformen, Vergasungsreaktor und Förderleitung im gewissen Umfang auch auf den Druck im Behälter (Dosierbehälter) auswirken, ungünstig beeinflußt. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, den Einfluß dieser Störgröße dadurch zu reduzieren, daß die Geschwindigkeit der Staub/ Trägergas-Suspension in der Förderleitung und damit deren Querschnitt und die Länge der Förderleitung zum Brenner so bemessen werden, daß sich im Normalbetrieb ein Druckabfall über die Länge der Förderleitung ergibt, der größer ist als der maximale Druckschwankungsbereich an der Einblasstelle des CO- und ^- haltigen Gases in den Hochofen. Die zur Durchführung des Verfahrens dienende* Anlage ist gegliedert in Vorrats- und Zuführungssystem für staubförmigen Brennstoff, Zuführungssystem für ein freien Sauerstoff enthaltendes Vergasungsmittel, Vergasungsreaktor, Hastformen zum Einblasen des im Vergasungsreaktor erzeugten CO- und ILj-haltigen Gases und Hochofen. Sie ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Vergasungsreaktor die Form einer feuerfestausgekleideten, gegebenenfalls durch ein Kühlrohrsystem oder einen Kühlmantel außen-gekühlten Brennkammer aufweist, an deren einer Stirnseite ein Brenner angeordnet ist, der mit dem Zuführungssystem für den staubförmigen Brennstoff und mit dem Zuführungssystem für das freien Sauerstoff enthaltende Vergasungsmittel verbunden ist.

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Erfindungsgemäß ist die andere Stirnseite des Vergasungsreaktors unmittelbar mit der Eastf orm. verbunden, wobei Vergasungsreaktor und Rastform eine bauliche Einheit bilden und ein gemeinsames Kühlsystem aufweisen können· Es ist jedoch auch möglich, die Eastf orm über einen kürzen Verbindungskanal an den Vergasungsreaktor anzuschließen· In der Eegel wird der freie Querschnitt des Vergasungsreaktors größer sein als der freie Querschnitt der Eastform· .

Erfindungsgemäß ist jeder der über den Rastumfang gleichmäßig verteilten Rastformen ein Vergasungsreaktor zugeordnet. In der Eegel sind die Eastformen in einer Ebene angeordnet, es ist aber nach der Erfindung auch möglich, die Eastf ormen beispielsweise abwechselnd in der Höhe zu versetzen, wobei der vertikale Abstand, gemessen an der Höhe des Hochofenschachtes, gering ist und den oben angegebenen Bereich von Schachttemperaturen zwischen 1000 und 1300 ⁰C nicht überschreitet· Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind Vergasungsreaktor und Rastform in einer Achse angeordnet und in einem Winkel von 30 bis 60 ° gegen die Horizontale in Strömungsrichtung gesehen nach unten geneigt. Mit dieser Anordnung wird einerseits das Kindringen von Möller in die Eastf orm vermieden, andererseits ein besserer Ablauf von Vergasungsrückständen aus dem Vergasungsreaktor und der Eastform erreicht. Der gleiche Effekt wird bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung erreicht, bei der der Vergasungsreaktor in einem Winkel zwischen 30 und 90 ° gegen die Horizontale in Strömungsrichtung nach unten geneigt ist und bei der die Rastform oder der Verbindungskanal zwischen Vergasungsreaktor und Eastform so gekrümmt sind, daß die Rastformachse an deren Mündung horizontal gerichtet ist· oder in einem kleineren Winkel nach unten geneigt ist, als der Neigung des Vergasungsreaktors entspricht.

Bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist ein pneumatisches Zuführungssystem für den staubförmigen Brennstoff, bestehend aus Vorratsbehälter für den staubförmigen Brennstoff, Druckschleusenbehälter, Dosierbehälter, EÖrderleitungen zu den Brennern der Vergasungsreaktoren sowie die erforderlichen Einrichtungen und Leitungen zur Zuführung der benötigten Medien

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und den Regel- und Steuereinrichtungen, vorgesehen, das erfindungsgemäß durch die folgenden Merkmale bestimmt ist:

Der Dosierbehälter besteht aus einem schachtförmigen Oberteil, vorzugsweise von kreisförmigem Querschnitt und einem nach dem Oberteil zu offenen Unterteil, das in der Regel einen geringeren Querschnitt als das Oberteil aufweist, wobei der Querschnittsübergang so verläuft, daß ein Neigungswinkel von 60° gegen die Horizontale in der Regel nicht unterschritten wird. Das Unterteil wird nach unten abgeschlossen durch eine zur gleichmäßigen Verteilung eines gasförmigen Mediums über den Querschnitt einer feinkörnigen Schüttgutschicht geeignete Einrichtung, vorzugsweise einen ebenen Anströmboden aus gasdurchlässigem Material, wie beispielsweise J¹Uz oder Sintermetall, wobei diese Verteil·- einrichtung mit einem druckfesten Anschluß für die regelbare Zuführung eines gasförmigen Mediums versehen ist. In den Innenraum des Unterteiles ragt wenigstens ein als Förderleitung dienendes Rohr, welches mit einem Brenner eines Vergasungsreaktors verbunden ist.

Der Querschnitt 'des als Förderleitung dienenden Rohres bzw. die> Summe der Querschnitte dieser Rohre steht, wie bereits ausgeführt, zum Querschnitt des Unterteiles im Verhältnis 1:50 bis 1:300. Das als Förderleitung dienende Rohr kann horizontal oder vertikal von oben oder von unten in das Unterteil ragen. Es hat sich jedoch als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der Einlauf in das Förderrohr senkrecht nach oben erfolgt Und der Einlauf etwa im Schwerpunkt oder (bei mehreren Rohren) symmetrisch zum Schwerpunkt angeordnet ist.

Die Stetigkeit der Förderung wird durch Richtungsänderungen der Förderleitung zum Brenner nicht nachteilig beeinflußt, wenn ausreichend große Krümmungsradien gewählt werden. Somit sind beliebige geometrische Anordnungen von Dosierbehälter und Vergasungsreaktor möglich. Es ist insbesondere zur Verbesserung des Anfahrverhaltens erfindungsgemäß möglich, an einzelnen Stellen der Förderleitung Anschlüsse für eine zusätzliche Einleitung relativ sehr kleiner Mengen an Trägergas vorzusehen. Es ist möglich, bei Anwendung.mehrerer Vergasungsreaktoren für einen Hochofen jedem Vergasungsreaktor einen Dosierbehälter mit

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einer Förderleitung zuzuordnen. Ebenso kann ein Dosierbehälter mit einem Unterteil, aber mit mehreren Förderleitungen ausgerüstet sein, die zu je einem Vergasungsreaktor führen. Bei dieser Anordnung besteht jedoch keine Möglichkeit, die Staubzufuhr in den.einzelnen Förderleitungen separat zu regeln. Es ist daher eine weitere Ausführungsform der Erfindung zweckmäßig ₉ die dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Dosierbehälter mit mehreren Unterteilen oder mit einem in mehreren voneinander getrennte Abschnitte gegliederten Unterteil versehen ist. Jedes dieser Unterteile bzw. jeder getrennte Abschnitt des Unterteils ist nach unten mit einer genannten Verteileinrichtung für ein gasförmiges Medium, vorzugsweise mit einem ebenen Anströmboden und mit einem getrennt regelbaren Anschluß für Trägergas, ausgerüstet. Jedes Unterteil bzw. jeder getrennte Abschnitt des Unterteiles ist schließlich mit einer Förderleitung versehen, die an den Brenner je eines Vergasungsreaktors angeschlossen ist. Dabei rutscht der staubförmige Brennstoff den einzelnen Unterteilen bzw· getrennten Abschnitten des Unterteiles aus dem gemeinsamen Oberteil des Dosierbehälters zu· Sinngemäß gelten die übrigen Merkmale der Erfindung auch für die beschriebene Mehrfachanordnung.

AusführungsbeispieIe

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäßen Vorrichtungen werden nachfolgend von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert

In der Zeichnung zeigen:

Figur 1: Schema des Systems der Einspeisung und Dosierung des staubförmigen Brennstoffs in die Reaktoren (Vergasungsreaktoren), die zur Erzeugung des in die Rast eingeblasenen Gases dienen bei horizontaler Anordnung Vergasungsreaktor-Rastform. Figur 2: Anordnung Vergasungsreaktör-Rastform unter verschie-' denen Winkeln.

Figur 3ϊ Schema des Systems der Einspeisung und Dosierung des staubförmigen Brennstoffes in' einer Ausführungsform mit einem Dosierbehälter je Vergasungsreaktor

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Figur 4·: Schema eines Dosierbehälters mit einem in sechs getrennte Abschnitte geteilten Unterteil zur Versorgung von sechs getrennten Vergasungsreaktoren für die Rastformen (Schnitt C-D gemäß Figur 5)· .

Figur 5: Schnitt A-B gemäß Figur 4.

Figur 6: Schema des Abschlusses eines Förderrohres bei Stillsetzung eines Förderstromes·

Beispiel 1

Bei der Ausführungsform des Verfahrens nach Figur 1 wird aus einem Vorratsbehälter der Druckschleusenbehälter 7 in drucklosem Zustand gefüllt. Dabei wird der Füllstand im Druckschleusenbehälter 7 durch Füllstandsmessung auf Minimum und Maximum kontrolliert. Bei Erreichen des maximalen Füllstandes schließt das Einlaßorgan und der Druckschleusenbehälter 7 wird über die Zuleitung 24 mit einem Inertgas bis zu einem Druck bespannt, der dem im Dosierbehälter 8 herrschenden Druck gleich ist. Mit Hilfe des Füllstandsmessers 14 wird der Füllstand im Dosierbehälter überwacht. Erreicht dieser einen Minimalwert, wird das unter dem Druckschleusenbehälter 7 befindliche Absperrorgan 25 geöffnet, sodaß der Inhalt des Druckschleusenbehälters 7 in &en Dosierbehälter 8 fließt. Durch das Minimumsignal der Füllstandsmessung des Druckschleusenbehälters 7 wird das Absperrorgan 25 wieder geschlossen, der Druckschleusenbehälter 7 entspannt und damit für einen neuen Füllvorgang bereitgestellt.

Der Dosierbehälter 8 besteht aus einem schachtförmigen Oberteil mit zylindrischen Querschnitt, das mit einem Füllstandsmesser ausgerüstet ist, und einem Unterteil 9 von geringerem Durchmesser, das über ein konisches Übergangsstück mit dem Oberteil verbunden ist. Der Boden des Unterteils 9 ist doppelwandig ausgeführt, wobei die innere \7and als poröser Anströmboden 10 ausgeführt ist. Über das Regelventil 13 wird in den Zwischenraum zwischen der Außenwand des Bodens und der als Anströmboden 10 ausgebildeten Innenwand Trägergas über die Trägergaszuführung 11 zugeführt. Ss besteht die Möglichkeit, den Druckschleusenbehälter 7 und das Unterteil 9 des Dosierbehälters 8 mit gleichen oder unterschiedlichen Gasqualitäten zu beaufschlagen.

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Das als Trägergas eingesetzte gasförmige Medium tritt durch den Anströmboden 10 in das Unterteil 9 des Dosierbehälters 8 und lockert den im Unterteil 9 des Dosierbehälters 8 befindlichen Brennstaub soweit auf, daß eine örtliche begrenzte (partielle) Wirbelschicht entsteht. Der aufgelockerte staubförmige Brennstoff wird in dichter Phase durch das Trägergas in die (in diesem Beispiel sechs Förderrohre) von oben in die partielle Wirbelschicht eintauchenden Förderrohre 5 mitgeführt, durch die staubförmiger Brennstoff and Trägergas den Vergasungsreaktoren zugeleitet werden. Der Massenstrom, staubförmigen Brennstoffes in den Förderrohren 5 ist in weitem Bereich nahezu proportional der Durchflußmenge an Trägergas. Die Regelung des Staubstrom.es zum jeweiligen Vergasungsreaktor 4 erfolgt über die Regelung des Trägergasdurchflusses mit Hilfe des Regelventils 13» das seinen Impuls im Ausführungsbeispiel Figur 1 von der Staubstrommeßeinrichtung 12 in den Förderrohren 5 erhält. Der Staub gelangt am Ende der Förderrohre 5 in den Vergasungsreaktor 4, wo er gemeinsam mit dem Vergasungsmittel 6 ein CO- und Ho-halt ige s Reduktionsgas erzeugt, welches über die horizontale Rastform 2 in den Hochofen 1 eingeblasen wird. Dargestellt ist ein Vergasungsreaktor 4, der mit der horizontalen Rastform 2 direkt verbunden ist, wobei beide horizontal ausgerichtet sind. Dem Unterteil 9 des Dosierbehälters 8 wird eine Trägergasmenge von etwa 2,1 nr/h im Betriebszustand je t durchzusetzenden staubförmigen Brennstoffes zugeführt. Der Anströmboden 10 ist dabei so bemessen, daß bei einer Trägergasgeschwindigkeit von 0,01 m/s (normal) im Unterteil 9 des Dosierbehälters 8 ein Druckverlust von 20 kPa im Anströmboden 10 entsteht. In den Förderrohren 5 wird eine Staub/Trägergas-Suspension von 475 kg staubförmiger Brennstoff je nr Trägergas (Betriebszustand) transportiert. Die Förderrohre 5 sind ausgelegt für eine Geschwindigkeit der Staub/Trägergas-Suspension von 6m/s.

Beispiel 2

Figur 2 zeigt eine weitere Anordungsiaöglichkeit von Vargasungsreaktor Abgeneigter Rastform 3, wobei die geneigte Rastform 3 unter einem Winkel von 40° in die Rast eingesetzt ist und der

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Vergasungsreaktor 4- mit ihr durch eine kurze Rohrleitung unter einem anderen Winkel verbunden ist.

Beispiel 3 ^;

Die Ausfiihrungsfonn nach Figur 3 sieht für jeden Vergasungsreaktor Λ einen getrennten Dosierbehälter 8 mit vorgeschaltetem Druckschleusenbehälter 7 vor. Die Beschickung der Druckschleusenbehälter 7 kann aus einem gemeinsamen Vorratsbehälter erfolgen·

Beispiel 4

Die Figur 4 bis 6 erläutern eine Ausführungsform der Erfindung, bei der unter Verwendung eines Dosierbehälters 8 sechs für sich regelbare Förderrohre 5 mit Staub versorgt werden. Das Unterteil

9 des Dosierbehälters 8 ist durch sechs sternförmig angeordnete Trennwände 17 in sechs sektorenförmige Abschnitte unterteilt worden. Diese Abschnitte sind nach dem Oberteil des Dosierbehälters 8 hin offen, sodaß das staubförmige Material aus dem Oberteil frei zulaufen kann. Die Trennwände 17 unterteilen auch den Anströmboden 10 und den Zwischenraum zwischen Anströmboden

10 und Außenwand des Unterteiles 9 <les Dosierbehälters 8. Jeder der durch die Trennwände 17 gebildeten Abschnitte des Unterteils hat unterhalb des Anströmbodens 10 einen Anschluß für die se~ parat regelbare Zuführung von Trägergas, das durch den Anströmboden 10 hindurch in die im jeweiligen Abschnitt des Unterteils befindliche Staubschüttung eintritt und diese unter Bildung einer partiellen Wirbelschicht auflockert. In jedem dieser Abschnitte endet ein senkrecht von oben herabgeführtes Förderrohr 5 zur Abführung des Trägergas-Staubstromes in den jeweiligen Vergasungsreaktor 4. Die Regelung des Staubstromes erfolgt bei dieser Ausführungsform bevorzugt mit Hilfe der Staubstrommeßeinrichtung 12 (Figur 1 und 3) in den einzelnen Förderrohren 5, die auf die Regelventile 13 in den jeweiligen Trägergaszuführungen 11 wirken. Die Staubzuführung bis zum Dosierbehälter 8 und die Einführung in die Vergasungsreaktoren 4 entsprechen Ausführungsbeispiel 1 und 2. Es besteht die Möglichkeit, das Unterteil des Dosierbehälters 8 je nach Bedarf in mehr oder weniger Abschnitte aufzuteilen und aus jedem Ab-

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schnitt ein Förderrohr 5 abzuführen.

Weiterhin können einzelne Förderrohre 5 bei Nichtbedarf der Förderung selektiv abgesperrt werden (Figur 6)·

Claims (11)

. - 15 - 2 081 64 Erfinaungsanspruch

1. Verfahren zur Erzeugung von Roheisen im Hochofen bei teilweisem Ersatz von stückigem Koks durch staubförmige Brennstoffe, insbesondere Kohlenstaub, wobei der staubförmige Brennstoff zu einem CO- und H₂-haltigem Reduktionsgas vergast und dieses Eeduktionsgas in die East bzw. den unteren Schachtteil des Hochofens eingeblasen wird, gekennzeichnet dadurch, daß der Umsatz des staubförmigen Brennstoffes mit einem, freien Sauerstoff enthaltendem Vergasungsmittel als Mammenreaktion in mehreren, über den Umfang des Hochofens verteilten, parallel betriebenen Vergasungsreaktoren erfolgt und das in jedem Vergasungsreaktor gebildete CO- und Ep-haltige: Gas zusammen mit in ihm suspendierten Ascheteilchen, Flüssigschlacketropfen und gegebenenfalls unvollständig ausreagierten .Restkoksteilchen mittels je einer, dem betreffenden Vergasungsreaktor zugeordneten Rastform eingeblasen wird, daß der hierfür erforderliche und in bekannter Weise in einem Druckschleusenbehälter durch Bespannen mit einem gasförmigen. Medium auf einen höheren Druck als im Vergasüngsreaktor gebrachte staubförmige Brennstoff aus dem oder den Druckschleusenbehälter(n) einem Dosierbehäl-t ter zugeführt wird, innerhalb des Dosierbehälters unter der Wirkung der Schwerkraft als quasi ruhende Schüttung dem Unterteil des Dosierbehälters zufließt, daß in dieses Unterteil, über seinen vollen Querschnitt verteilt, ein gasförmiges Medium als Trägergas mit einer Geschwindigkeit eingeblasen wird, die zwischen dem 0,2- und 10-fachen, vorzugsweise dem 1- und 6-fachen der Wirbelpunktgeschwindigkeit des staubförmigen· Brennstoffes liegt und dadurch die Schüttung örtlich begrenzt auflockert bzw. in eine partielle Wirbelschicht überführt wird, daß das Trägergas mit hoher Beladung an staubförmigem Brennstoff, also als dichte Staub/Trägergas-Suspension über eine in die aufgelokkerte Schicht bzw. die partielle Wirbelschicht eintauchende Förderleitung dem Vergasungsreaktor zugeführt wird und daß die Regelung des durch die Förderleitung dem Vergasungsreaktor zufließenden Staubstromes durch Verändern der Men-

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ge des in das Unterteil des Dosierbehälters eingeblasenen Trägerstromes erfolgt.

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ein freien Sauerstoff enthaltendes Vergasungsmittel, Vergasungsreaktoren, Rastformen zum Uinblasen des CO- und H₂-haltigen Reduktionsgases in den Hochofen, vorzugsweise in die East, Hochofen mit Versorgungseinrichtungen, gekennzeichnet dadurch, daß mehrere Vergasungsreaktoren (4) einschließlich zugehöriger Rastformen (2 ; 3) gleichmäßig über den Umfang des Hochofens (1) verteilt und in einem Horizont oder in mehreren Horizonten übereinander installiert sind, und daß die Vergasungsreaktoren (4) die Form einer feuerfest ausgekleideten, ggf. durch ein Kühlrohrsystem oder einen Kühlmantel außengekühlter Brennkammer ausweisen, an deren .einer Stirnseite ein Brenner angeordnet ist, der mit den Förderrohren (5) für staubförmigen Brennstoff und mit dem Zuführungssystem für das freien Sauerstoff enthaltende Vergasungsmittel (6) verbunden ist, und deren andere Stirnseite unmittelbar oder über einen relativ kurzen Kanal

mit der Rastform (2; 3) verbunden ist.

2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Verhältnis des lichten Querschnitts der Förderleitung bzw. die Summe der lichten Querschnitte der Forderleitungen zum freien Querschnitt des vom Trägergas durchströmten Teils der Schuttung im Unterteil des Dosierbehälters zwischen 1 : 50 und 1 : 300 beträgt, die Geschwindigkeit der Staub/ Trägergas-Suspension in der Förderleitung zwischen 1 und 12 ^m/s liegt und das Verhältnis von Peststoffvolumen zu Trägergasvolumen, gemessen im Zustand am Einlauf in die Förderleitung, sich zwischen 1 : 1 und 1 : 3 einstellt.

3. Verfahren nach Pkt. 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß durch Auswahl von Querschnitt und Länge der Förderleitung zwischen Unterteil des Dosierbehälters und Vergasungsreaktor im Normalbetrieb die Druckdifferenz zwischen Dosierbehälter und Vergasungsreaktor größer als der maximale Bruckschwankungsbereich an den Einblasstellen des CO- und EU-haltigen Gases in den Hochofen gehalten wird.

4. Verfahren nach Pkt. 1 bis 3> gekennzeichnet dadurch, daß für die Bespannung des/der Druckschleusenbehälter technischer Stickstoff mit einem Sauerstoffgehalt von weniger als 10%, technisches Kohlendioxid, von Staub und Wasserdampf befreites Gichtgas oder· brennbare Gase fremder Herkunft verwendet werden. .

5. Verfahren nach Pkt. 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß als Trägergas technischer Stickstoff, Kohlendioxid, Luft, Inertgas/Sauerstoffgemische mit einem maximalen Sauerstoffgehalt von 21%, von Staub und Wasserdampf befreites Gichtgas oder ein brennbares Gas anderer Herkunft verwendet wird,

6. Vorrichtung zur. Durchführung des Verfahrens nach Pkt. 1 bis 51 im wesentlichen bestehend aus Vorrats- und Zuführungssystem für staubformigen Brennstoff, Zuführungssystem für

- ΛΊ, -

7·' Vorrichtung nach Pkt. 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Achse von Vergasungsreaktor (4) und Rastform (3) in einem Winkel zwischen 30 und 60 gegen die Horizontale in Strö— mungsrichtung gesehen nach unten geneigt ist.

8.' Vorrichtung nach Pkt. 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Achse des Vergasungsreaktors (4) in einem Winkel zwischen 30 und 90 ° gegen die Horizontale in Ströinungsrichtung nach unten geneigt ist, und daß die Rastform (2; 3) oder der Verbindungskanal zwischen Vergasungsreaktor (4) und Rastform (2; 3) so gekrümmt ist, daß die Achse der Rastform (2; 3) an ihrer Mündung horizontal gerichtet oder in einem kleinerem Winkel nach unten geneigt ist,, als der Neigung des Vergasungsreaktors (4) entspricht.

9. Vorrichtung nach Pkt. 6 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß der Dosierbehälter (8) aus einem schachtförmigen Oberteil vorzugsweise kreisförmigen Querschnitts und einem oder mehreren nach dem schachtförmigen Oberteil zu offenen Unterteilen (9) oder einem in mehrere, nach dem schachtförmigen Ober-

teil zu offene Abschnitte getrennten Unterteil (9) besteht, daß das Unterteil (9) oder jedes Unterteil (9) oder jeder getrennte Abschnitt des Unterteils (9)nach unten hin durch eine zur gleichmäßigen Verteilung eines gasförmigen Mediums über den Querschnitt einer Schicht feinkörnigen Materials geeignete Einrichtung, vorzugsweise einen ebenen Anströmboden (10) aus gasdurchlässigem Material abgeschlossen wird, wobei unterhalb der Verteileinrichtung bzw. des Anströmbodens (10) ein druckfester Anschluß für die regelbare Zuführung eines gasförmigen Mediums vorhanden ist, und daß in den Innenraüm des Unterteils (9) oder jedes Unterteils (9) oder jedes getrennten Abschnittes des Unterteils (9) durch die Seitenwand oder durch den Boden oder durch das Oberteil des Dosierbehälters (8) ein bzw. je ein als Förderleitung dienendes Förderrohr (5) ragt, welches jeweils mit einem Brenner eines Vergasungsreaktors (4) verbunden ist.

10. Vorrichtung nach Punkt 9i dadurch gekennzeichnet, daß der ebene Anströmboden (10) aus einem gasdurchlässigen Werkstoff, wie beispielsweise Sintermetall, und in solcher Stärke gefertigt ist, daß unter den im Anströmboden (10) herrschenden Temperatur - und Druckbedingungen sowie Gasgeschwindigkeiten ein Druckverlust auftritt, der gleich oder größer ist als das Produkt aus spezifischem Schüttgewicht und maximaler Höhe der Schuttung des staubförmigen Brennstoffes im Dosierbehälter (8).

11. Vorrichtung nach Punkt 9 und 10, gekennzeichnet dadurch, daß in den Forderrohren (5) zu den Brennern der Vergasungreaktoren (4) Staubstrommeßeinrichtungen (12) installiert sind, die über einen Regler auf das Regelventil (13) in der zugehörigen Zuleitung für das Trägergas zum Unterteil (9) des Dosierbehälters (8) wirken.

Hierzu„„Oeiten Zeichnungen