DD211399A1

DD211399A1 - Vorrichtung zum nachverbrennen von kupolofenabgasen

Info

Publication number: DD211399A1
Application number: DD24477682A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Fuegner
Original assignee: Gisag Veb
Priority date: 1982-11-11
Filing date: 1982-11-11
Publication date: 1984-07-11

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verwertung der Abgase eines Kupolofens und ist demzufolge in der Giessereiindustrie einsetzbar. Ziel der Erfindung ist es, Heisswind zum Betreiben von Heisswindkupoloefen ohne den Einsatz von Primaerenergie zu erzeugen. Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Vorrichtung zum Nachverbrennen von Kupolofenabgasen zu schaffen. Das geschieht erfindungsgemaess dadurch, dass ueber der Gicht eines Kupolofens eine sich im unteren und oberen Teil verjuengende ringfoermige Brennkammer angeordnet ist. In diese muendet im unteren verjuengten Teil der Kupolofen. Zur Zufuehrung der Verbrennungsluft befinden sich im unteren verjuengten Teil mittig ueber der Kupolofenmuendung mehrere Luftkanaele. Diese sind so angeordnet, dass sie einen Drallkoerper bilden. Die zu Duesen ausgebildeten Luftkanaele sind so angeordnet, dass eine regelbare tangentiale Luftzufuehrung in den Brennraum der Brennkammern gewaehrleistet ist. Die Vorrichtung ermoeglicht ein sicheres Ausbrennen von Kupolofenabgasen mit einem nie drigen CO-Gehalt.

Description

Vorrichtung zum Nachverbrennen von Kupolofenabgasen

Anwendungsgebiet, der

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verwertung der Abgase eines Kupolofens und ist demzufolge in der Gießereiindustrie einsetzbar«

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

HeiBwindkupolöfen besitzen gegenüber den Kaltwindkupolofen entscheidende, vor allem metallurgische Vorteile_e So sind diese weitaus wirtschaftlicher, es kann Stahlschrott eingesetzt werden und es wird eine verhältnismäßig hohe Rinnentemperatur treffsicher erreicht« Zu den besonderen Vorzügen gehört die Gewährleistung einer in gutetechnischer Hinsicht gleichmäßigen Produktion mit nur sehr geringen Streuungen der Eisenzusammen-* Setzung β Bei HeiSwindbetrieb wird den Winddüsen hocherhitzte Verbrennungsluft augeführt_o Die Windtemperatur beträgt etwa 400 bis 500 ⁰C· Um diese Winderhitzung wirtschaftlich zu gestalten, wurden verschiedene Verfahren entwickelt, z. B. die Abgasabwärmeverwertung mit und ohne Abgasverbrennung oder die Fremdbeheizungο

Bei der Abgaswärmeverwertung mit Abgasverbrennung wird ein Teil der Gase unmittelbar unterhalb oder unmittelbar oberhalb der Gichtöffnungen abgesaugt, in verschiedener Weise von einem Teil seines Staubes befreit und dann in gereinigtem Zustand durch den Winderhitzer geleitet. Die Temperatur der Gase liegt zwischen 300 und 500 ⁰O und kann durch ein Nachverbrennen ih-

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rer Kohlenoxyd^-Gehalte so weit gesteigert werden, daß diese Gase mit Temperaturen von 700 bis 1000 ⁰C in die Winderhitzer eintretend Die Verbrennung des 00 wird entweder unmittelbar über der Gicht oder in besonderen, an die Winderhitzer angebauten Verbrennungskammern und in allen Fällen durch Zuführen von Sekundärluft durchgeführt·

Die Verbrennung in besonderen, an die Winderhitzer angebauten Verbrennungskammern wird meist dort angewandt, wo die Abgase unterhalb der G}.cht abgesaugt werden. Der bei dieser Methode anfallende apparative Aufwand ist sehr hoch, so daß eine Verwertung der Abgase in dieser Form keine breite Anwendung fand. Auf Grund des hohen Aufwandes konnte es nur in Einzelfällen zu einer Nachrüstung von Kupolofenanlagen mit diesem System kommen. Nach Gerhard Engels und Ekkehard Webers "Kupolofenent- staubung¹¹, Gießereiverlag Gomib^H., Düsseldorf, 1967, gibt es sogar keine Möglichkeit mehr, bei Kupolofen mit fremdbeheiztem Winderhitzer das Gichtgas unterhalb der Gichtöffnung abzusaugen, es sei denn, die Gasreinigungsanlage war schon beim Bau des Kupolofens geplant.

Bei der zweiten Möglichkeit der Nutzung des Kupolofenabgases verbrennt dieses oberhalb der Gicht, beginnend innerhalb des Rekuperators, mit der frei aus der Atmosphäre angesaugten Frisch- bzw« Kaltluft unter Wärmeabgabe praktisch nahisotherm, so daß die Rauchgaseintrittstemperatur der Austrittstemperatur nahekommt. Auf Grund der bei diesem Verfahren mit angesaugten Falschluft brennt das Gas instabil und strähnig über den gesamten Rauchgasweg des Rekuperators. Zum anderen kommt es im Rekuperator zu örtlichen, stark wechselnden Überhitzungen und daraus resultierend zur Beeinträchtigung der Standzeiten. Die starke Abkühlung des ohnehin mit Inertanteilen beladenen Abgases durch hohen Lüftüberschuß reduziert durch das abgesenkte Temperaturniveau den weiter nutzbaren Anteil der Anfallenergie.

Eine effektive Nutzung der Kupolofenabgase ist primär von der Einhaltung thermodynamischer Prämissen abhängig, die besonders bei der Verbrennung von heizwertarmen, mit hohen Inerten-

teilen beladenen Armgasen von besonderer Bedeutung sind. Die Nachverbrennung von heizwertarmen Kupolofenabgasen bereitete bisher immer erhebliche Schwierigkeiten· So mußten diese Gase vor der Verbrennung durch Zugabe von Reichgas kalorisch aufgewertet werden oder wurden mit Hilfe von Stützbrennern ausgebrannt·

Die genannten Nachteile wurden bisher immer durch einen erhöhten Einsatz von Primärenergie überwunden· Durch diesen zusätzlichen Aufwand vergrößert sich einmal der benötigte Energieaufwand, zum anderen erfordern die vergrößerten Massen- und Volumenströme einen erhöhten apparativen Aufwand·

Die Verbrennung des zum Teil recht "schwer" brennbaren Kupolofenabgases erfordert unter anderem eine innige Vermischung des Abgases mit der Verbrennungsluft· Dazu sind bereits die verschiedensten Möglichkeiten versucht worden· Als am vorteilhaftesten hat es sich erwiesen, wenn die Gas- und/oder Luftka« näle tangential in eine Mischkammer eingeführt werden· Eine solche Einrichtung ist z_e B, aus der DE-OS 23 20 379 bekannt. In dieser Einrichtung sind die Misch- und Brennkammer sowie eine weitere Kammer zum Wärmeaustausch untergebracht· Einrichtungen dieser Art weisen jedoch verschiedene Wachteile auf· So sind diese Einrichtungen nicht dazu geeignet, direkt, d. h. als Aufsatz, mit dem Kupolofen verbunden zu werden«, Diese Einrichtungen werden auf Grund ihrer Bauweise separat, d. hi neben den Kupolofen aufgestellt. Dadurch vergrößert sich die Grundfläche einer Kupolofenanlage erheblich. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Einrichtungen besteht darin, daß auf Grund ihrer Komplexität eine Nachrüstung bereits bestehender Kupolofenanlagen mit einer Einrichtung zum Nachverbrennen von Kupolofenabgasen mit einem sehr hohen Aufwand verbunden ist!

Ein weiterer entscheidender Nachteil der bekannten Einrichtungen besteht darin, daß vor der Verbrennung des Kupolofenabgases eine relativ aufwendige Gasreinigungsanlage installiert werden maß. Die Brennkammern sind nicht für eine Verbrennung ungereinigten Gases geeignet!

Ziel der Erfindung ist es, Heißwind zum Betreiben von Heiß« windkupolöfen ohne Einsatz von Primär energie zu erzeugen, da·«· bei den Platzbedarf für die notwendige Einrichtung so gering wie möglich zu halten sowie den Aufwand für die Umrüstung bereits bestehender Anlagen zu minimierenf

Darlegung d^es Wesens der Erf induag

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde*? eine zum nachrösten geeignete Einrichtung zum Nachverbrennen von Kupolofenabgasen ohne Zusatz energie zu schaff en,¹ wobei die Einilchtung folgende verbrennungstechnische Voraussetzungen erfüllen soll*

- Erhaltung bzw« Erreichung hoher Vorwärmtemperaturen des Abgases und der notwendigen Verbrennungsluft,

- Vermeidung der Zuführung von hohen kühlenden Ballastan« teilen in die Brennkammer durch unangemessen hohen Luft-Überschuß,'

- nahstöchiometrische Verbrennung des Gases mit minimalem Luftüberschuß durch innige Vermischung des Kupolofenabgases mit der notwendigen Verbrennungsluft,

- vollkommener Ausbrand des Gas-Luftgemisches ohne Wärmeabgabe_s

- Verbrennung der aus dem Kupolofen austretenden Gase ohne Vorreinigung,

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß über der Gicht eines Kupolofens eine sich im unteren und oberen Teil verjüngende ringförmige Brennkammer angeordnet ist ^ In diese mündet im unteren verjüngten Teil der Kupolofen^ Zur Zuführung der Verbrennungsluft befinden sich im unteren verjüngten Teil mittig über der Kupolofenmündung mehrere Luftkanäle, Diese sind so angeordnet, daß sie einen Drallkörper bilden· Die zu Düsen ausgebildeten Luftkanäle sind so angeordnet, daß eine regelbare tangentiale Luftzuführung in den Brennraum der Brennkammer gewährleistet ist.

Die tangential austretenden, zu Düsen ausgebildeten gekrümmten Luftkanäle sind in einer oder mehreren Ebenen angeordnete Erfindungsgemäß werden die ungereinigten, besonders mit Flugkoks beladenen Abgase des Kupolofens oberhalb der Gicht in einem mit zweckentsprechenden Einbauten ausgerüsteten Brennraum ausgebrannt. Bei der Gestaltung des Ausbrennraumes sind primär die verbrennungsphysikalischen Bedingungen eingegangen· Konstruktiv wurde der Bereich des Ausbrennraumes (Brennkammer) für das Abgas nach den Grundsätzen des Schwachgasbrenners gestaltet, wobei die Verbrennungsluft als Teilstrom vom Heißwind entsprechend verbrennungstechnischer Grundsätze» geregelt in Abhängigkeit von der Verbrennungsgüte, abgezweigt wird· Durch die Schaffung günstiger Ausbrandbedingungen des bereits mit ca, 300 ⁰C anstehenden Abgases können bei der nahstöchiometrisehen kurzflammigen Verbrennung wesentlich höhere Verbrennungstemperaturen gegenüber den bisher üblichen Verfahren erreicht werden, so daß in den nachfolgenden Rekuperator voll ausgebrannte Bauchgase eintretend Der mit dem Abgas austretende Plugkoks wird in dieser Brennkammer gleichfalls praktisch vollständig ausgebrannt, d. tu energetisch genutzt. Damit wird die nachgeschaltete Entstaubungsanlage erheblich entlastet. Die Zündung des Gas~Luftgemisches erfolgt durch die Rückstrahlung der Brennraumauskleidung β Zum Aufheizen des Brennraumes im Anfahrzustand des Kupolofens und zur sicheren Zündung des Gases bei abnormen Betriebszuständen dient ein fremdgespeister Brenner.

Mit dieser Vorrichtung ist es möglich, Kupolofenabgas mit einem OO-Gehalt von 10 % sicher auszubrennen und dabei Verbrennungstemperaturen zu erreichen, die es ermöglichen, mit einem modifizierten Radiationsrekuperator den Heißwind auf Temperaturen über 600 ⁰C zu bringen.

Da dieser CO-Gehalt auch Kokssätzen um 10 % zugeordnet ist, erhält sich unter diesen Bedingungen der Prozeß der Anfallenergienutzung selbst«

Ausführungsbeispiel

Der Aufbau und die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vor-

richtung soll an Hand zweier Figuren näher erläutert werden: In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Figur 1s Vertikalschnitt der Brennkammer

Figur 2s Horizontalschnitt der Brennkammer mit Luftkanalfüh-' rungi

Die Vorrichtung zur energetischen Verwertung von Kupolofenabgas besteht aus einer Brennkammer, die oberhalb der Gicht eines Kupolofens 1 auf diesem angebracht wirde Zu diesem Zweck verjüngt sich die Brennkammer in ihrem unteren Teil* Innerhalb der Brennkammer sind im sich verjüngenden Teil mittig über der Mündung des Kupolofens 1 mehrere zu einem Drallkörper 3 ausgebildete Luftkanäle 4 angeordnet» Diese Luftkanäle 4 sind so angeordnet, daß sie die Form von Düsen aufweisen^ die die austretende Verbrennungsluft tangential in den Brennraum 2 leiten«, Durch den tangentialen Austritt der Verbrennungsluft wird eine flächige Wirbelschicht aufgebaute

Im unteren Teil des Brennraumes 2 oberhalb der Düsenebene ist ein Hilfs- bzw, Zündbrenner 5 angeordnet«, Dieser Hilfs- bzw· Zündbrenner 5 wird fremdbeheizt und dient zum Aufheizen des Brennraumes 2 im. Anfahrzustand des Kupolofens 1 und zur sicheren Zündung des Gas-Luftgemisches bei abnormen Betriebszuständen.

Im oberen Teil der Brennkammer verjüngt sich diese wieder. Hier erfolgt der Austritt der verbrannten heißen Gase aus der Brennkammer sowie deren Ableitung zur weiteren Verwertung.

Die energetische Verwertung der Kupolofenabgase erfolgt in folgender Weise:

Das aus dem Kupolofen 1 austretende Gas tritt im unteren Teil der Brennkammer in diese ein· Die zur Verbrennung notwendige Verbrennungsluft wird über die Luftkanäle 4 des Drallkörpers 3 in den Brennraum 2 tangential eingeleitet. Die dabei entstehende flächige Wirbelschicht der Verbrennungsluft wird von dem aus dem Kupolofen 1 kommenden Gas durchdrungen. Durch die tangential aus dem Drallkörper 3 austretende Verbrennungsluft wird neben der gegenseitigen normalen Strahldurchmischung zusätzlich eine intensive Durchmischung beider Medien erreicht.

Erreicht das Gas-Luftgemisch den Brennraum^ so wird es durch die heißen Brennraumwände gezündet und anschließend durch eine öffnung im oberen Teil der Brennkammer der weiteren Verwertung zugeführt,'

Für die Zündung des Gas—Luftgemisches im Anfahrzustand des Kupolof ens 1 sowie bei abnormen Betriebszustand©:* sorgt ein im unteren Teil des Brennraumes 2 angeordneter fremdbeheizter Hilfs- bzw, Zündbrenner 5β

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist gegenüber dem Stand der Technik folgende Vorteile aufs

- Durch die Schaffung günstiger Ausbrandbedingungen werden höhere Verbrennungstemperaturen erreicht}

- der mit dem Abgas austretende Flugkoks wird in dieser Brennkammer vollständig ausgebrannt^ wodurch die nachgeschaltete Entstaubungsanlage erheblich entlastet wirdj

- die Zündung des Gas-Luftgemisches erfolgt durch die Rückstrahlung der Brennraumauskleidung j

- Kupolofenabgase mit einem CO-Gehalt um 10 % werden sicher ausgebrannt«,

Claims

Srfj£^mssans£ruch

1« Vorrichtung zur energetischen Verwertung von Kupolofenabgas mit einer Brennkammer und tangentialer Einleitung von Verbrennungsluft, dadurch gekennzeichnet„ daß über der Gicht eines Kupolofens (1) eine sich im unteren und oberen Teil verjüngende ringförmige Brennkammer angeordnet ist, in die im unteren verjüngten Teil zentrisch der Kupolofen (1) mündet und daß mittig über der Kupolof anmündung im sich verjüngenden Teil zur regelbaren tangentialen Zuführung der Verbrennungsluft in den Brennraum (2) mehrere zu einem Prallkörper (3) ausgebildete Düsen angeordnet sind«

2· Drallkörper (J) nach Punkt 1,· dadurch gekennze lehnet _g daß dieser aus mehreren tangential austretendes,;», zu Düsen ausgebildeten gekrümmten Luftkanälen (4) besteht» die in einer oder mehreren Ebenen angeordnet sindβ

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