DE102007032376A1

DE102007032376A1 - Reduktionsgaserzeuger

Info

Publication number: DE102007032376A1
Application number: DE102007032376A
Authority: DE
Inventors: Tino Dr. Just; Matthias Köhler; Christian Reuther; Manfred Dr. Schingnitz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2007-07-11
Filing date: 2007-07-11
Publication date: 2009-01-22

Abstract

Für einen Hochofen, bei dem Heißluft und sauerstoffangereicherte Luft in den Unterofen (Gestell) injiziert wird, wird vorgeschlagen, einen Reduktionsgaserzeuger im oberen Teil des Hochofens anzuordnen. Der Reduktionsgaserzeuger ist mit einer Vorrichtung zur eigensicheren Zündung und mit einer permanenten Überwachung der Existenz einer Flamme ausgerüstet.

Description

Der Anmeldungsgegenstand betrifft einen Reduktionsgaserzeuger für einen Hochofen mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Beim Betrieb eines Hochofens wird üblicherweise O₂-angereicherte Heißluft, teilweise gemischt mit Öl oder Kohlenstaub in den Hochofen eingeblasen. Dies geschieht üblicherweise im unteren Teil des Ofens, dem sogenannten Gestell.
Das derzeitige Hochofenverfahren mit Injektion von Heißluft und sauerstoffangereicherter Luft in den Unterofen (Gestell) bietet kein weiteres Potential für eine Minderung des Reduktionsmittelverbrauches (z. B. Koks oder ähnl.).
Zur Verbesserung der Effektivität des Hochofens in Form von Reduktionsmitteleinsparung ist es vorteilhaft, zusätzliches Reduktionsgas in weiter oben liegende Teile des Hochofens einzublasen. Vorteilhafter Weise wird dieses Reduktionsgas an der Einblasstelle mittels eines Reduktionsgaserzeugers (Brenner) erzeugt. Dabei ist zu beachten, dass dieser Teil des Ofens bei Temperaturen um ca. 900°C betrieben wird, die aber nicht über die gesamte Schachtbreite vorhanden sind. Damit ist eine gefahrlose Zündung eines Gas-Oxidationsmittel-Gemisches an heißen Flächen oder Körpern nicht zwingend gegeben.
Bei bislang durchgeführten Vorversuchen wurde das Reduktionsgas separat erzeugt und dann in den oberen Teil des Hochofens eingeleitet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erzeugen und Einbringen von Reduktionsgas in den oberen Teil eines Hochofens zu schaffen, die eine sichere Zündung und eine kontinuierliche Flammenüberwachung gestattet.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird Reduktionsgas in einem Reduktionsgaserzeuger direkt am Ofen erzeugt, wobei mittels einer oder mehrerer spezieller Bohrungen zündfähiges Gemisch zur Zündung mittels Zündfunken lokal generierbar ist, was eine eigensichere Zündung gestattet, und wobei durch das Inertgasrohr eine permanente Überwachung der Existenz einer Flamme realisierbar ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Vorrichtung zur eigensicheren Zündung nach dem Prinzip der Zündkerze gegeben.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Anmeldungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der Anmeldungsgegenstand wird im Folgenden als Ausführungsbeispiel in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
1 einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Reduktionsgasbrenner und
2 einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Reduktionsgasbrenner.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezeichnungen gleiche Elemente.
Der erfindungsgemäße Reduktionsgaserzeuger weist ein in der Brennerachse angeordnetes Rohr (7) auf, das über den Stutzen (6) mit Stickstoff gespült wird. Dieses Rohr (7) dient einmal als optischer Einblick für die aufgesetzte Flammenüberwachung (10) zum Erkennen der Brennerflamme und gleichzeitig als Träger der Hochspannungszündeinrichtung mit der Zündspitze (9). Die Flammenüberwachungseinrichtung (10) am Kopf des Generators ist durch eine spezielle Glasplatte zwischen Flammenüberwachung (10) und dem Rohr (7) druck- und gasdicht vom Reaktionsraum getrennt.
Der vordere Teil des Rohres (7) ist über den Isolierkörper (8) elektrisch gegenüber den anderen Bauteilen isoliert und über ein Zündkabel mit einem Hochspannungszündtrafo verbunden.
Die zusätzlich am Ende des Rohres (7) angeordnete Zündspitze (9) ist seitlich so angebracht, dass diese an einer Stelle den Abstand zwischen dem Rohr (7) und der äußeren Wand des konzentrisch um das innere Rohr (7) angeordneten Brennstoffzuführungsringraum (5) punktförmig bis auf wenige Millimeter verkürzt. Dadurch wird gewährleistet, dass beim Anlegen einer Hochspannung eine Funkenbildung erfolgt, die bei Brennstoff- und Oxidationsmittelzuführung die Zündung einleitet.
Die Zuführung des Brennstoffes erfolgt über den Stutzen (4) in den Ringraum (5), der durch die Rohrwand des Innenrohres (7) und die Außenhülle um den Ringraum (5) gebildet wird.
Die Zuführung des Oxidationsmittels erfolgt über den Stutzen (1) in den Ringraum (2), der durch die Außenhülle des Ringraumes (5) und die Außenhülle um den Ringraum (2) gebildet wird.
Zur Einstellung eines zündfähigen Brennstoff-Sauerstoff-Gemisches im Bereich des Funkenüberschlages an der Zündspitze (9) sind in unmittelbarer Nähe des Brennermundes, im Bereich der Überschlagstelle des Zündfunkens in der Außenhülle des Ringraumes (5) eine oder mehrere, vorzugsweise zwei kleinere Kanäle, insbesondere Bohrungen (3), angebracht.
Ein Teil-Oxidationsmittelstrom strömt dann durch diese Bohrungen (3) in den Ringraum des Brennstoffkanals (5), bildet mit dem Brennstoff ein zündfähiges Gemisch und wird durch den Funkenüberschlag von der Zündspitze (9) zur äußeren Metallwand des Brennstoffkanals (5) gezündet.
Zur Gewährleistung, dass der entsprechende Oxidationsmittelteilstrom durch die Bohrungen (3) in den Brennstoffkanal strömt, ist an dieser Stelle der freie Querschnitt nach vorn aus dem Ringkanal in Richtung Flammenausbildungsgebiet behindert. Als Sperrelement für diesen Zweck kann beispielsweise ein Zentriersteg für das Außenrohr des Ringraumes (5) genutzt werden.
Zum Schutz der Metallteile an der Medienaustrittsstelle des Reduktionsgaserzeugers vor hoher thermischer Belastung, ist um den vorderen Teil eine Wasserkühlkammer (11) angeordnet. Durch die spezielle halbkugelförmige Gestaltung der Stirnfläche der Kühlkammer wird diese als Dichtfläche genutzt. Zur Abdichtung des Reduktionsgaserzeugers am Hochofen gegen austretendes CO-haltiges Hochofengas ist in die Kühlkammer eine Nut (12) zur Aufnahme eines Dichtringes (13) eingearbeitet. Gleichzeitig dienen die Halterungen (14) an der Kühlkammer als Befestigungsvorrichtung des Reduktionsgaserzeugers am Hochofen.
Im Rahmen der Erfindung liegen beliebige Kombinationen der folgenden Merkmale:

– Zündvorrichtung nach dem Prinzip einer Zündkerze,
– der optischen Flammenüberwachung (10) durch ein zentrales, inertgasgespültes Rohr (7),
– der Erzeugung eines zündfähigen Brenngas-Sauerstoff-Gemisches mittels Bohrungen (3) unmittelbar im Bereich der Ausbildung des Zündfunkens,
– der Erzeugung des Zündfunkens genau im Bereich des zündfähigen Gemisches durch die punktförmige Verkürzung des Abstandes zwischen Rohrwand der Brennstoff- (5) und Oxidationsmittelzuführung (2) mittels Zündspitze (9)
– des gegenüber der Brennerhülle isolierte Inertgaszuführungsrohr (7) durch den Isolierkörper (8),
– der Kühlkammer (11) mit halbkugelförmiger Dichtfläche mit eingearbeiteter Nut (12) und Dichtring (13).

1: Stutzen zur Zuführung des Oxidationsmittels
2: Ringkanal zur Oxidationsmittelzuführung
3: Bohrungen für Teilstrom des Oxidationsmittels
4: Stutzen zur Zuführung des Brennstoffes
5: Ringkanal zur Brennstoffzuführung
6: Stutzen zur Zuführung des Inertgases
7: Rohr für optischen Einblick
8: Isolierkörper
9: Zündspitze
10: Flammenüberwachungseinrichtung und Hochspannungszündgerät
11: Kühlkammer
12: Nut zur Aufnahme eines Dichtringes
13: Dichtring
14: Halterungen zur Befestigung am Hochofen

Claims

Reduktionsgaserzeuger zur Einspeisung von Reduktionsgas in einen Hochofen, aufweisend – ein zentrales Inertgaszuführungsrohr (7) für eine optische Flammenüberwachung (10), – ein das Inertgaszuführungsrohr (7) konzentrisch umschließender Ringkanal zur Brennstoffzuführung (5) und – einen den Ringkanal zur Brennstoffzuführung (5) konzentrisch umschließenden Ringkanal zur Oxidationsmittelzuführung (2). – eine Bohrung (3) in der Rohrwand zwischen dem Ringkanal zur Brennstoffzuführung (5) und dem Ringkanal zur Oxidationsmittelzuführung (2) zwecks der Erzeugung eines zündfähigen Brenngas-Sauerstoff-Gemisches im Bereich des Bohrungsendes in dem Ringkanal zur Brennstoffzuführung (5).
Reduktionsgaserzeuger nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung in einem den Ringkanal zur Brennstoffzuführung (5) gegen den Ringkanal zur Oxidationsmittelzuführung (2) abstützenden Steg angeordnet ist.
Reduktionsgaserzeuger nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung in einem Winkel zwischen 20 und 70 Grad zur Brennerachse ausgerichtet ist.
Reduktionsgaserzeuger nach einem der vorstehenden dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, nahe beieinanderliegende Bohrungen angeordnet sind.
Reduktionsgaserzeuger nach einem der vorstehenden dadurch gekennzeichnet, dass das dem Hochofen zugewandte, elektrisch leitende Ende des Inertgaszuführungsrohres (7) über einen Isolierkörper (8) mit dem dem Hochofen abgewandten Teil des Inertgaszuführungsrohres (7) mechanisch verbunden und mit einer Elektrode einer Hochspannungszündeinrichtung elektrisch leitend verbunden ist.
Reduktionsgaserzeuger nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass eine Zündspitze (9) an dem dem Hochofen zugewandten Ende des Inertgaszuführungsrohres (7) angeordnet ist, wobei die Zündspitze (9) auf die Bohrung gerichtet ist.
Reduktionsgaserzeuger nach einem der vorstehenden dadurch gekennzeichnet, dass an der dem Hochofen zugewandten Seite eine Kühlkammer (11) mit halbkugelförmiger Dichtfläche angeordnet ist.
Reduktionsgaserzeuger nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass die halbkugelförmige Dichtfläche eine Nut (12) für einen Dichtring (13) aufweist.
Reduktionsgaserzeuger nach einem der vorstehenden dadurch gekennzeichnet, dass der Reduktionsgaserzeuger im oberen Teil des Hochofens anordenbar ist und in den unteren Teil des Hochofens Heißluft und sauerstoffangereicherte Luft einblasbar ist.