DE102010063839A1 - Method for operating a furnace in a metalworking plant and metalworking plant - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Ofens (1) in einer Anlage zur Metallverarbeitung, insbesondere in einer Stranggießanlage, bei dem Abgas (A) aus dem Ofen (1) entlang eines Strömungsweges (S) durch mindestens einen Rekuperator (2) geleitet wird, wobei im Rekuperator (2) mittels der im Abgas (A) enthaltenen Wärmeenergie Frischluft (F) für den Ofen (1) vorgewärmt und die erwärmte Luft dem Ofen (1) zugeführt wird und wobei das Abgas (A) in Strömungsrichtung hinter dem Rekuperator (2) in einen Kamin (3) geleitet wird. Um eine verbesserte Nutzung von Energie zu erreichen, sieht die Erfindung vor, dass im Strömungsweg (S) oder parallel zum Strömungsweg (S') ein Wärmetauscher (4) angeordnet ist, dem Wasser (W) zugeführt und in dem das Wasser erwärmt wird, wobei das erwärmte Wasser oder der erzeugte Dampf verwendet wird, um eine Anlage zur Stromerzeugung (5) zu betreiben oder um einem Verbraucher für warmes Wasser zugeleitet zu werden. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Anlage zur Metallverarbeitung, insbesondere eine Stranggießanlage.The invention relates to a method for operating a furnace (1) in a metal processing installation, in particular in a continuous casting installation, in which exhaust gas (A) is passed from the furnace (1) along a flow path (S) through at least one recuperator (2) , Fresh air (F) for the furnace (1) being preheated in the recuperator (2) by means of the thermal energy contained in the exhaust gas (A) and the heated air being fed to the furnace (1) and the exhaust gas (A) downstream of the recuperator in the flow direction (2) is passed into a fireplace (3). In order to achieve an improved use of energy, the invention provides that a heat exchanger (4) is arranged in the flow path (S) or parallel to the flow path (S '), supplied to the water (W) and in which the water is heated, the heated water or steam being used to operate a power generation plant (5) or to be supplied to a consumer of warm water. Furthermore, the invention relates to a plant for metal processing, in particular a continuous casting plant.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Ofens in einer Anlage zur Metallverarbeitung, insbesondere in einer Stranggießanlage, bei dem Abgas aus dem Ofen entlang eines Strömungsweges durch mindestens einen Rekuperator geleitet wird, wobei im Rekuperator mittels der im Abgas enthaltenen Wärmeenergie Frischluft für den Ofen vorgewärmt und die erwärmte Luft dem Ofen zugeführt wird und wobei das Abgas in Strömungsrichtung hinter dem Rekuperator in einen Kamin geleitet wird. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Anlage zur Metallverarbeitung, insbesondere eine Stranggießanlage.The invention relates to a method for operating a furnace in a plant for metal processing, in particular in a continuous casting, wherein the exhaust gas from the furnace along a flow path is passed through at least one recuperator, wherein preheated in the recuperator means of the heat energy contained in the exhaust gas fresh air for the furnace and the heated air is supplied to the furnace and wherein the exhaust gas is passed in the flow direction behind the recuperator in a chimney. Furthermore, the invention relates to a plant for metal processing, in particular a continuous casting plant.
Das gattungsgemäße Verfahren wird insbesondere in Stranggießanlagen eingesetzt, die als sog. CSP-Anlagen ausgeführt sein können (Compact Strip Production). Derartige Anlagen benötigen mindestens einen Ofen, in dem heiße Luft einzugeben ist, die mit Brennern erhitzt wird. Durch den Ofen wird die stranggegossene Bramme geleitet, um auf eine gewünschte bzw. benötigte Temperatur erwärmt zu werden.The generic method is used in particular in continuous casting, which can be designed as so-called. CSP plants (Compact Strip Production). Such systems require at least one furnace, in which hot air is to be entered, which is heated by burners. Through the oven, the continuously cast slab is passed to be heated to a desired or required temperature.
Um den Energieaufwand für die Erhitzung der Ofenluft zu reduzieren, ist es bekannt, Rekuperatoren einzusetzen, wobei bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Anlage drei Rekuperatoren pro Ofen eingesetzt werden. Im Rekuperator erfolgt die Energierückgewinnung aus dem heißen Abgas des Ofens, d. h. im Rekuperator wird dem Abgas Wärme entzogen und zur Vorwärmung der Ofenluft benutzt.In order to reduce the energy required for heating the furnace air, it is known to use recuperators, wherein in a preferred embodiment of the plant three recuperators per oven are used. In the recuperator energy recovery takes place from the hot exhaust gas of the furnace, d. H. In the recuperator heat is removed from the exhaust gas and used to preheat the furnace air.
Im Normalfall wird dabei die dem Ofen zuzuführende Verbrennungsluft im Rekuperator von Hallentemperatur (ca. 30°C) auf ca. 450°C erhitzt. Hierdurch wird das Abgas von ca. 900°C auf ca. 700°C abgekühlt.In the normal case, the combustion air to be supplied to the furnace is heated in the recuperator from the hall temperature (about 30 ° C.) to about 450 ° C. As a result, the exhaust gas is cooled from about 900 ° C to about 700 ° C.
In
Dabei ist es im gegebenen Falle nötig, den Rekuperator
Über die Zufuhr von Kühlluft K (mit Umgebungstemperatur), die von einem Ventilator
Um die Brenner vor zu hoher Temperatur zu schützen (die dem Brenner zuzuführende Luft sollte nicht warmer als ca. 450°C sein), kann über einen Heißluftauslass
Im Stand der Technik sind diese Vorgehensweise des Wärmetauschens mittels eines Rekuperators zur Erwärmung der Ofenluft hinlänglich beschrieben und entsprechende Vorrichtungen bekannt. Es wird exemplarisch auf die
Es hat sich herausgestellt, dass trotz der Vorwärmung der Ofenluft mittels des Ofenabgases im Rekuperator der Energieverbrauch noch zu hoch ist. Für die meisten Betriebspunkte hat das Abgas auch nach dem Rekuperator noch eine Temperatur von ca. 700°C. Für einen konkreten Beispielsfall wurde ermittelt, dass die Energie des Abgases vor dem Rekuperator bis zu 18,5 MW beträgt. Hiervon werden 4,2 MW genutzt, um die Verbrennungsluft aufzuheizen. Die restlichen 14,3 MW Wärmeenergie, die das Abgas nach den Rekuperatoren noch hat, werden nicht genutzt. Weiterhin wird in einigen Betriebspunkten (beispielsweise in der Simulation bei leerem CSP-Ofen) zum Schutz der Brenner heiße Verbrennungsluft hinter dem Rekuperator abgelassen (wie oben bereits erläutert). Auch dadurch geht Wärmeenergie verloren.It has been found that despite the preheating of the furnace air by means of the kiln exhaust gas in the recuperator energy consumption is still too high. For most operating points, the exhaust gas still has a temperature of about 700 ° C even after the recuperator. For a specific example, it was determined that the energy of the exhaust gas before the recuperator is up to 18.5 MW. Of this, 4.2 MW are used to heat the combustion air. The remaining 14.3 MW thermal energy, which has the exhaust after the recuperators still are not used. Furthermore, in some operating points (for example in the simulation with empty CSP furnace) to protect the burner hot combustion air is discharged behind the recuperator (as already explained above). This also causes heat energy to be lost.
Der Erfindung liegt im Lichte dessen die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Ofens in einer Anlage zur Metallverarbeitung und eine solche Anlage vorzuschlagen, mit dem bzw. mit der eine verbesserte Energieeffizienz erreicht werden kann. Es soll also eine verbesserte Nutzung der eingesetzten Energie erreicht werden.The invention is in the light of the task of proposing a method for operating a furnace in a plant for metal processing and such a system, with or with improved energy efficiency can be achieved. So it should be achieved an improved use of energy.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist verfahrensgemäß dadurch gekennzeichnet, dass im Strömungsweg für das Abgas aus dem Ofen oder parallel zum Strömungsweg ein Wärmetauscher angeordnet ist, dem Wasser zugeführt und in dem das Wasser erwärmt wird, wobei das erwärmte Wasser oder der erzeugte Dampf verwendet wird, um eine Anlage zur Stromerzeugung zu betreiben oder um einem Verbraucher für warmes Wasser zugeleitet zu werden.The solution of this problem by the invention according to the method is characterized in that in the flow path for the exhaust gas from the furnace or parallel to the flow path, a heat exchanger is arranged, fed to the water and in which the water is heated, wherein the heated water or steam generated to operate a power plant or to be supplied to a consumer for hot water.
Eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht dabei vor, dass im Strömungsweg des Abgases der Rekuperator und der Wärmetauscher in Reihe angeordnet sind, wobei das Abgas zunächst durch den Rekuperator und anschließend durch den Wärmetauscher geleitet wird.A first preferred embodiment of the invention provides that in the flow path of the exhaust gas, the recuperator and the heat exchanger are arranged in series, wherein the exhaust gas is first passed through the recuperator and then through the heat exchanger.
Alternativ dazu ist es aber auch möglich, dass wiederum im Strömungsweg des Abgases der Rekuperator und der Wärmetauscher in Reihe angeordnet sind, wobei dann aber das Abgas zunächst durch den Wärmetauscher und anschließend durch den Rekuperator geleitet wird.Alternatively, it is also possible that again in the flow path of the exhaust gas, the recuperator and the heat exchanger are arranged in series, but then the exhaust gas is first passed through the heat exchanger and then through the recuperator.
Eine weitere alternative Ausgestaltung der vorgeschlagenen Idee stellt darauf ab, dass der Wärmetauscher in einem zum Strömungsweg parallelen zweiten Strömungsweg angeordnet ist, wobei Abgas zumindest zeitweise gleichzeitig durch den Strömungsweg und durch den zweiten Strömungsweg geleitet wird.A further alternative embodiment of the proposed idea is based on the fact that the heat exchanger is arranged in a second flow path parallel to the flow path, wherein exhaust gas is at least temporarily passed through the flow path and through the second flow path simultaneously.
In das Abgas kann in allen Fallen vor dessen Erreichen des Rekuperators und des Wärmetauscher gesteuert oder geregelt Kühlluft zugegeben werden.In the exhaust gas controlled cooling air can be added in all cases before reaching the recuperator and the heat exchanger.
Aus dem Strömungsweg der vorgewärmten Luft für den Ofen kann auch gesteuert oder geregelt Warmluft an die Umgebung abgelassen werden.From the flow path of the preheated air for the furnace can also be controlled or regulated hot air to be discharged to the environment.
Der Luftdruck im Strömungsweg der vorgewärmten Luft für den Ofen kann gesteuert oder geregelt auf einem vorgegebenen Wert gehalten werden, wobei zur Steuerung oder Regelung des Luftdrucks der Volumenstrom Frischluft beeinflusst wird, die dem Rekuperator zugeführt wird.The air pressure in the flow path of the preheated air for the furnace can be controlled or maintained at a predetermined value, wherein for controlling or regulating the air pressure, the volume flow of fresh air is influenced, which is supplied to the recuperator.
Die vorgeschlagene Anlage zur Metallverarbeitung, insbesondere die Stranggießanlage, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass im Strömungsweg oder parallel zum Strömungsweg ein Wärmetauscher angeordnet ist, wobei Mittel zum Zuführen von Wasser in einen Zulauf des Wärmetauschers vorhanden sind, wobei eine Anlage zur Stromerzeugung oder Mittel zum Zuleiten von Warmwasser zu einem Verbraucher vorhanden sind, die mit einem Ablauf des Wärmetauschers verbunden sind.The proposed plant for metal processing, in particular the continuous casting plant, according to the invention is characterized in that a heat exchanger is arranged in the flow path or parallel to the flow path, wherein means for supplying water in an inlet of the heat exchanger are present, wherein a plant for power generation or means for Zuleiten of hot water to a consumer are present, which are connected to a drain of the heat exchanger.
Die Anlage zur Stromerzeugung umfasst dabei insbesondere eine Dampfturbine.The plant for power generation includes in particular a steam turbine.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass parallel zum Strömungsweg ein zweiter Strömungsweg angeordnet ist, wobei im zweiten Strömungsweg der Wärmetauscher angeordnet ist und wobei an einer Verzweigungsstelle, in der der zweite Strömungsweg vom Strömungsweg abzweigt, ein steuerbares Ventil angeordnet ist, das ausgebildet ist, das Abgas mit einer vorgegebenen Menge in die beiden Strömungswege zu leiten. Das Abgas wird also mittels des steuerbaren Ventils in zwei Strömungswege aufgeteilt.Furthermore, it can be provided that a second flow path is arranged parallel to the flow path, wherein the heat exchanger is arranged in the second flow path and wherein at a branch point in which the second flow path branches off from the flow path, a controllable valve is arranged, which is formed, the exhaust gas with a predetermined amount in the two flow paths to guide. The exhaust gas is thus divided by the controllable valve in two flow paths.
Mit dem vorgeschlagenen Verfahren bzw. der entsprechenden Vorrichtung ist es möglich, die Restenergie des Ofenabgases sehr viel besser zu nutzen. Es ergibt sich folglich eine verbesserte Energiebilanz. Die Abwärme des Ofenabgases kann dabei direkt in Elektrizität umgewandelt werden aber auch zur Warmwasserversorgung eines Verbrauchers zur Verfügung gestellt werden.With the proposed method and the corresponding device, it is possible to use the residual energy of the furnace exhaust gas much better. This results in an improved energy balance. The waste heat of the kiln exhaust gas can be converted directly into electricity but also provided to the hot water supply of a consumer.
Die Erfindung ermöglicht es, die Temperatur der Verbrennungsluft vorteilhafterweise dadurch abzusenken, dass heiße Abgase über ein zusätzliches Ventil durch einer zweiten Rekuperator geleitet werden. Hierdurch können Bauteile geschützt und die Energie der heißen Abgase dennoch genutzt werden. Zudem kann hierdurch vorzugsweise auf die Senkung der Verbrennungslufttemperatur verzichtet werden. Das System läuft somit insgesamt stabiler.The invention makes it possible to lower the temperature of the combustion air advantageously by passing hot exhaust gases through an additional valve through a second recuperator. As a result, components can be protected and the energy of the hot exhaust gases can still be used. In addition, this can preferably be dispensed with the reduction of the combustion air temperature. The system thus runs more stable overall.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.In the drawings, embodiments of the invention are shown.
Es zeigen:Show it:
In den
Der grundsätzliche Aufbau der Konzepte basiert zunächst auf demjenigen gemäß dem Stand der Technik, wie er in
Zu den zum Einsatz kommenden Rekuperatoren wird auf den Stand der Technik verwiesen. Sie besitzen für die beiden Medien, zwischen denen Wärme auszutauschen ist, je einen getrennten Raum. Zum Einsatz kommen können Plattenwärmeübertrager, insbesondere Spiralwärmeübertrager, Rohrwärmeübertrager, Mantelrohrwärmeübertrager oder Gegenstrom-Schichtwärmeübertrager.Regarding the recuperators used, reference is made to the state of the art. They each have a separate room for the two media between which heat is to be exchanged. Plate heat exchangers, in particular spiral heat exchangers, tube heat exchangers, jacket tube heat exchangers or countercurrent layer heat exchangers can be used.
Gemäß der in
Dem Wärmetauscher
Wie in
Die Lösung gemäß
In
Wie zu erkennen ist, ist also parallel zum Strömungsweg S der zweite Strömungsweg S' angeordnet, in dem der Wärmetauscher
Für Betriebspunkte, in denen eine zusätzliche Wärmerückgewinnung aus dem Abgas A nicht gewünscht ist, kann also über das Ventil
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Ofenoven
- 22
- Rekuperatorrecuperator
- 33
- Kaminfireplace
- 44
- Wärmetauscherheat exchangers
- 55
- Anlage zur StromerzeugungPlant for power generation
- 66
- ZulaufIntake
- 77
- Ablaufprocedure
- 88th
- Verzweigungsstellebranching point
- 99
- VentilValve
- 1010
- Ventilatorfan
- 1111
- Ventilatorfan
- 1212
- schaltbares Ventilswitchable valve
- 1313
- Heißluftauslasshot air outlet
- 1414
- schaltbares Ventilswitchable valve
- 1515
- VentilValve
- AA
- Abgasexhaust
- FF
- Frischluftfresh air
- WW
- Wasserwater
- KK
- Kühlluftcooling air
- pp
- Luftdruckair pressure
- SS
- Strömungswegflow
- S'S '
- zweiter Strömungswegsecond flow path
- S''S ''
- Strömungsweg der vorgewärmten Luft für den OfenFlow path of preheated air for the oven
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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