DD215383A1

DD215383A1 - Verfahren zum rationellen kuehlwassereinsatz an schmelzoefen

Info

Publication number: DD215383A1
Application number: DD25166483A
Authority: DD
Inventors: Friedhold Rabes; Karl-Heinz Albrecht
Original assignee: Brandenburg Stahl Walzwerk
Priority date: 1983-06-02
Filing date: 1983-06-02
Publication date: 1984-11-07

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum rationellen Einsatz von Kuehlwasser an Industrieoefen, insbesondere an Lichtbogenschmelzoefen. Sie hat zum Ziel, die Nachteile der Durchlaufkuehlung fuer die Kuehleinrichtungen zu beseitigen, bei denen aus technologischen oder sicherheitstechnischen Gruenden eine Verdampfungskuehlung nicht moeglich ist. Aufgabe ist es daher, den Verfahrensablauf der Wasserfuehrung so zu gestalten, dass ohne Inanspruchnahme von zusaetzlichem Wasser bei Vorhandensein eines Kuehlsystems mehrere andere Kuehlsysteme betrieben werden koennen. Erfindungsgemaess wird ein erstes Kuehlsystem mit einer entsprechenden Menge Kuehlwasser so versorgt, dass die aufgenommene Waermemenge nach Austritt aus dem Kuehlsystem um ca. 15 Grad C unter der zu Ablagerungen fuehrenden Grenztemperatur liegt. Das Auslaufwasser wird in Sammler geleitet, in einem Pufferbehaelter gespeichert und der Temperaturausgleich durchgefuehrt. Anschliessend wird das Wasser einem zeiten Kuehlsysteme zugefuehrt und die Menge so geregelt, dass die Auslauftemperaturen die zu Ablagerungen fuehrende Grenztemperatur des verwendeten Kuehlwassers nicht uebersteigt.

Description

-ir-

Titel der Erfindung

Verfahren zum rationellen Kühlwassereinsatz an Industrieöfen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum rationellen Einsatz von Kühlwasser an Industrieöfen, insbesondere an Lichtbogenschmelzöfen·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen ,

Zur Senkung des Feuerfestmaterialverbrauches werden bestimmte Elemente an Schmelzöfen mit Wasser gekühlt· Hierzu wird den einzelnen Kühleinrichtungen separat Wasser zugeführt und nach seinem Durchfluß in den Vorfluter oder in einen Wasserkreislauf zur erforderlichen Rückkühlung geleitet. Entsprechend der zur Verfügung stehenden Wasserqualität und den konstruktiven Anforderungen der Kühlelemente wird das Kühlwasser in bekannter Weise aufbereitet· Auf der Grundlage dieser Durchlaufkühlung werden große Wassermengen durchgesetzt» die große Aufwendungen in der Wasserwirtschaft und hohe Energiekosten für die Förderung des Frisch- und Abwassers erfordern·

Andere bekannte Kühlverfahren nutzen die an das Kühlmedium abgegebene Wärme zur Dampferzeugung· Das erfordert einen weiteren erhöhten Aufwand zur Wasseraufbereitung und umfang-

-2JiIH. 1983*093970-

reiche sicherheitstechnische Einrichtungen an den Kühlelementen für den Betrieb der Schmelzöfen«

Bei bestimmten Kühleinrichtungen der Schmelzöfen ist ein Dampfkühlsystem aus technologischen Gründen in keiner Weise möglich. In diesen Fallen ist nur die Durchlaufkühlung mit den genannten ökonomischen Nachteilen möglich. So arbeiten, u. a. alle bisher bekannt gewordenen Einsatzfälle an ÜHP-Öfen mit getrennten Wasserkreisläufen, d. h. die Wasserversorgung der Kühlelemente für die Wandkühlungen ist von der Wasserversorgung für die Deckelkühlungen und/oder von der Wasserkühlung der Abgassysteme getrennt. Mit diesen Lösungen ist z. B. ein Wasserbedarf bei der Umstellung eines UHP-Of ens mit 100 - 120 Mp Schmelzmasse auf Wand- und Deckelkühlung von jeweils rd. 200 - 230 wr/h je System erforderlich.

Bei einem nach DE-AS 2 912 004 bekannten Verfahren werden zwar ebenfalls verschiedene Kühleinriohtungen, wie Wand, Deckel und Abgaskühlkamin in einem einzigen Kühlmittelkreislauf einbezogen und anschließend zur Wärmenutzung in eine Dampftrommel zur Dampfgewinnung oder in einen Speicher einer Druckwasseranlage geleitet, jedoch werden die einzelnen Kühleinrichtungen parallel betrieben und erfordern folglich einen hohen Wasserdurchsatz.

In einem anderen Anwendungsfall gemäß DE-AS 2 711 918 werden Elektrode und Abgaskühler zwangsgekoppelt. Das Kühlmittel tritt drucklos aus und wird bis zum Siedepunkt umgewälzt. Anschließend wird die Wärme in Zwischenkühlern zurückgewonnen. Nachteilig bei diesem Verfahren ist die fehlende Mengensteuerung des Kühlmittels in Abhängigkeit von Wasserqualität und Temperaturbelastung· Es kann nur Kühlmittel mit Speisewasserqualität eingesetzt werden, das hohe Aufbereitungskosten erfordert. Außerdem ergibt sich aus der Zwangskopplung von zwei Abkühlsystemen eine mangelnde Kontrolle bei Störungen des einen Systems und den Ausfall des zweiten Systems, wenn im ersten System Störungen auftreten.

- 3 -Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Nachteile der Durchlaufkühlung für die Kühleinrichtungen zu beseitigen, bei denen aus technologischen oder sicherheitstechnischen Gründen eine Verdampfungskühlung nicht möglich ist. Damit sollen der Wasserverbrauch und der daraus resultierende Energie- und Anlagenaufwand in der Wasserwirtschaft gesenkt

werden. ·

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Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Verfahrensablauf der Wasserführung so zu gestalten, daß ohne Inanspruchnahme von zusätzlichem Wasser bei Vorhandensein eines Kühlsystems mehrere weitere Kühlsysteme an Industrieöfen betrieben werden können.

Außerdem soll erreicht werden, gegenüber dem bisherigen Stand der Technik, Kühlwasser auch mit Härtegraden > 1° dH an mehreren Kühlsystemen von Industrieöfen zum Einsatz zu brin-gen, ohne daß zusätzliche Aufwendungen für eine Erweiterung der vorhandenen Wasserwirtschaftsanlagen erforderlich sind.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Verfahrensablauf für die Wasserkühlung mit dem Schmelzablauf an Herdschmelzöfen so zu lösen, daß unabhängig von der Wasserqualität ein Teil des Kühlwassers nach Verlassen des letzten Kühlsystems mit einem solchen Wärmepotential zur Verfügung gestellt wird, daß eine Nutzung des Wärmeinhalts für unterschiedliche Einsatzfälle ermöglicht wird.

Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Verfahrensablauf der Wasserzu- und -abführung so' zu gestalten, daß beim Einsatz von Kühlwasser mit einer Qualität < 1° dH die Wassertemperatur für eine Wärmerückgewinnung in Form von Heißwasser oder Heißdampf genutzt werden kann bei gleichzei-

tiger weiterer Erhöhung der Standzeit der gekühlten Anlagentechnik an den Schmelzöfen·

Erfindungagemäß besteht das Verfahren zum rationellen Kühlwassereinsatz aus folgenden Verfahrensschritten:

Mit einer dem Wasserdruck von 4 - 7 bar entsprechend berechneten Wassermenge wird das 1· Kühlsystem, bestehend aus einem oder mehreren Elementen mit Wasser so versorgt, daß die aufgenommene Wärmemenge nach Austritt aus dem Kühlsystem um durchschnittlich mindestens 15 ⁰O unter der zu Ablagerungen führenden Grenztemperatur entsprechend der angebotenen Wasserqualität liegt.

Das Auslauf wasser des 1. Kühlsystems wird im Bereich der Öfen in Sammler geleitet und drucklos in einem separat angeordneten Pufferbehälter gespeichert und nicht wie bisher üblich, in den bestehenden Kreislauf oder Vorfluter zurückgeführt. In diesem Pufferbehälter erfolgt im Verfahrensablauf der Temperaturausgleich und gleichzeitig dient der Pufferbehälter als Speicher für den folgenden Verfahrensschritt, in dem das Wasser durch eine angeordnete Pumpengruppe durch mindestens zwei separate Leitungen dem auf 4-5 bar berechneten 2. Kühlsystem zugeführt und die Menge durch eine Steuereinheit so geregelt wird, daß die Auslauftemperaturen aus der Summe der Elemente des 2. Kühlsystems die zu Ablagerungen führende Grenztemperatur des verwendeten Kühlwassers nicht übersteigt. Diese ausfließende Wassermenge aus dem 2. Kühlsystem kann nunmehr in den Kreislauf oder in den Vorfluter zurückgeführt, bzw. alternativ über einen weiteren Sammler einem zweiten separat angeordnetem Pufferbehälter drucklos zugeleitet werden, um über diesen weiteren Verfahrensschritt ein 3· Kühlsystem unter Zwischenschaltung einer weiteren Pumpengruppe mit Kühlwasser der erforderlichen Menge und des notwendigen Druckes zu versorgen, wenn das (Demperatürniveau zur Erreichung der zu Ablagerungen führenden Grenztemperatur noch nicht ausgenutzt ist·

Diese Versorgung erfolgt wiederum über mindestens zwei Lei-

tungssysteme. Die ausfließende Wassermenge aus dem 2. Kühlsystem kann alternativ auch einer gesonderten Wasseranlage zur Wiederverwendung zurückgeführt werden, wenn die zu Ablagerungen führende Grenztemperatur bereits erreicht ist.

Um die erforderlichen Wassermengen und die erforderliche Wassertemperatur für eine Wiederverwendung in einem 3· Kühlsystem oder in einer gesonderten Anlage zur Weiternutzung zu gewährleisten, wird zur Durchführung des Verfahrens ein Rechner eingesetzt, der die Ausgangstemperaturen des 2. Kühlsystems komplex erfaßt (Einzelmessung) und die Impulse für die Steuereinheit als Regelorgan für Zusatzwasser auslöst, um die Temperatur unter der zu Ablagerungen führenden Grenztemperatur zu halten.

Die erforderliche Regelbarkeit des gesamten Verfahrensablaufes wird dadurch erreicht, daß ein genau definiertes Verhältnis für den Wasserdruck, für die Wassermenge und für die Auslauftemperaturen der einzelnen Kühlkreisläufe in Abhängigkeit von der Wasserqualität des bestehenden Wasserkreislaufes oder Vorfluters, vorgegeben wird.

Das entwickelte Verfahren zum rationellen Wassereinsatz und der bzw. die dazugehörenden Pufferbehälter und Pumpengruppe bzw. Pumpengruppen, die in der Nähe der öfen angeordnet werden, sichern, daß Schmelzofen, insbesondere UHP-Öfen von einer teilweise oder gänzlichen ff-Zustellung auf Wasserkühlung umgestellt werden können, bei gleichzeitiger Verbesserung der technologischen Anforderungen an die Ofenfahrweise, ohne daß wesentliche bauliche Erweiterungen für die vorhandenen Wasserwirtschaftsanlagen erforderlich sind.

Erfindungsgemäß wird bei einem zur Verfugung stehenden Kühlwasser mit Speisewasserqualität der Verfahrensablauf so gestaltet, daß über ein geschlossenes Gesamtsystem das Kühlwasser durch das 1. Kühlsystem mit mindestens zwei voneinander unabhängig arbeitenden Zwischenpumpengruppen z. B. Umwälzpumpen, einem 2. Kühlsystem und evtl. einem 3. Kühlsystem

mit wiederum zwischengeschalteten Pumpengruppen, die unabhängig voneinander arbeiten, zugeleitet und dann über Ausdampftrommeln und/oder Wärmetauscher mit oder ohne Überhitzer als Heißwasser oder Daiapf zur Verfügung gestellt wird.

Alternativ kann das Kühlwasser nach dem 1· Kühlsystem über Ausdampftrommeln auch einem 2. Kühlsystem zugeleitet werden, so daß mittels gesättigtem Wasserdampf das 2« Kühlsystem betrieben wird.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung, die schematisch den Verfahrensablauf darstellt, näher erläutert. Über eine Zulaufleitung wird Wasser mit 5° dH und einem Druck von 5 bar über eine Steuereinheit 1 dem 1. Kühlsystem 5 (3 Elektroden oder Wandelemente) eines Lichtbogenofens zugeführt. Durch einen Impulsgeber 2 wird über die Steuereinheit 1 die Wassermenge so geregelt, daß die Wasserauslauftemperaturen max. 40 ⁰C betragen und damit um 20 ⁰C unter der zu Ablagerungen führenden Grenztemperatur des Kühlwassers liegen. Das auslaufende Wasser wird über einen Sammler 12 dem Pufferbehälter 3 drucklos zugeführt und von hier über eine Pumpengrüppe A mit 4· bar in das 2. Kühlsystem 6 (Deckel) geleitet. Die dem 2. Kühlsystem zugeführte Wassermenge wird ebenfalls über einen Impulsgeber 2 und Steuereinheit 1 so geregelt, daß die Auslauftemperatur, die der zu Ablagerungen führenden Grenztemperatur entspricht, nicht überschritten wird.

Der gesamte Verfahrensablauf kann auf weitere Kühlsysteme (z. B. Abgaskamine) erweitert werden, wenn das Temperaturniveau der davorliegenden Kühlsysteme 5» 6 unter der zu Ablagerungen führenden Grenztemperatur liegt. Bei überhöhter Wärmebelastung des 2. oder 3. Kühlsystem durch schwankende Ofenfahrweise wird zur Vermeidung von Wasserauslauftemperaturen, die die zu Ablagerungen führende Grenz-

temperatur überschreiten, durch einen Impulsgeber 2 gekoppelt mit Rechner 13 und eine Steuereinheit 1 Zusatzwasser aus der Zulaufleitung zum 1. Kühlsystem und dem Zulauf des 2. oder 3· Kühlsystems zugemischt. Das aus dem 2. oder 3· Kühlsystem 6; 7 austretende Kühlwasser kann mit einer !Temperatur von 60 ⁰C über einen Wärmetauscher 8 geleitet werden, um die so gewonnene Wärme anderweitig zu nutzen.

Bei bereitstehendem Kühlwasser mit Kesselspeisewasserqualität mit einer Gesamthärte < 1° dH wird durch Kopplung von zwei oder mehreren Kühlsystemen unter Einbeziehung von Umwälzpumpen 11 und einer Ausdampftrommel 10 Sattdampf oder Heißwasser erzeugt. In diesen Fällen werden die miteinander gekoppelten Kühlsysteme ohne Pufferbehälter so verbunden, daß sie unter einen Druck von 7 bar stehen. Anfallender Sattdampf kann in einem außerhalb des Verfahrensablaufes liegenden Überhitzers 9 überhitzt werden.

Claims

• - 8 Erfindungsanspruch

1· Verfahren zum rationellen Einsatz von Kühlwasser an Industrieöfen, insbes. UHP-Öfen, gekennzeichnet dadurch, daß das aus dem Stahlwerkskreislauf oder Vorfluter bereitgestellte Wasser mit einem Wasserdruck von 4 - 7 bar und einer Wasserhärte von > 1° dH durch Kühlelemente eines 1. Kühlsystems (5) so geleitet wird, daß es nach dem Austritt aus dem Kühlsystem mindestens 15 ⁰O unter der zu Ablagerungen führenden Grenztemperatur liegt und dann über Sammler (12) drucklos in eine» separat angeordneten Pufferbehälter (3) gespeichert wird und dieses Wasser über eine spezielle Pumpengruppe (4) und mindestens zwei separate Leitungen mit 4-5 ban einem 2. Kühlsystem (6) zugeführt und über eine Steuereinheit (1) so aufgeteilt wird, daß die Auslauftemperaturen aus dem 2. Kühlsystem unter der zu Ablagerungen führenden Grenztemperatur liegen.

2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß bei Nichterreichung der zu Ablagerungen führenden Grenztemperatur die ausfließende Wassermenge aus dem 2. Kühlsystem über Sammler (12) drucklos einem 2. Pufferbehälter (3) zugeleitet und über eine weitere Pumpengruppe (4) und zwei voneinander unabhängig arbeitenden Leitungen dieses Wasser einem weiteren Kühlsystem (7) zugeführt wird.

3· Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß bei überhöhter Wärmebelastung des Kühlsystems (6) durch einen Rechner (13) und eine Steuereinheit (1) die Zusatzwässerzufuhr so geregelt wird, daß die zu Ablagerungen führenden Grenztemperatur nicht überschritten wird.

4. Verfahren nach Punkt 1 bis 3» gekennzeichnet dadurch, daß über ein geschlossenes Gesamtsystem Wasser mit,< 1° dH über mehrere Verfahrensschritte durch zwei oder noch weitere Kühlsysteme geleitet und durch Zwischenschaltung von Um-r wälzpumpen (11), Ausdampftrommeln (10), Wärmetauscher (8) und Überhitzer (9) Heißwasser oder Dampf erzeugt wird.

Hierzu 1 Seite Zeichnung