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Die
Erfindung betrifft eine Verfahren zum Sintern von eisenoxidhaltigen
Stoffen auf einer ein Sinterband, Saugkästen sowie einen Zündofen aufweisenden
Sintermaschine gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1.
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Das
Sintern von eisenoxidhaltigen Stoffen, insbesondere von Eisenerzen
oder Eisenerzkonzentraten erfolgt auf Sintermaschinen. Die Sintermischung,
bestehend aus dem Eisenerz, Rückgut,
festem Brennstoff und Zuschlägen,
wird auf das Sinterband chargiert und der Brennstoff auf der Oberfläche des
Materialbettes unter dem Zündofen
gezündet.
Anschließend
wird Frischluft durch das Sinterbett gesaugt und die Sinterfront wandert
von oben nach unten durch das Sinterbett. Aus den Saugkästen unter
dem Obertrum des Sinterbettes wird das Abgas in das Gassammellsystem
gesaugt und nach einer Reinigung in die Atmosphäre geleitet. Der Sintervorgang
erfordert eine Wärmeübertragung
zwischen dem heißen
Verbrennungsgas und dem kalten Feststoff. Feststoffmengen und Luftmengen
sind wärmeäquivalent.
Dieser Wärmetausch
erfordert große
Luftmengen und damit Abgasmengen. Das Abgas enthält verdampftes Wasser aus der
Sintermischung, CO2 aus der Verbrennung
des Brennstoffes und aus Kalzinationsvorgängen, Schwefeloxide aus der
Verbrennung von Schwefel – hauptsächlich aus
dem zugesetzten Brennstoff – CO
aus unvollständiger
Verbrennung, Falschluft sowie Luft, die an den Seitenwänden der
Rostwagen zwischen der Beschickung ungenutzt in das Abgas gelangt.
Außerdem
enthält
das Abgas auch Dioxine und Furane, insbesondere das aus dem hinteren
Teil des Sinterbandes abgezogene Abgas. Weiterhin führt das
Abgas Staub mit sich, der entfernt werden muss.
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Die
Betreiber solcher Sintermaschinen sind zum Einen bestrebt die Abgasmenge
zu reduzieren und die in der Kaminluft noch enthaltenen Dioxine
und Furane so gering wie möglich
zu halten auch im Hinblick auf die sich weiter verschärfenden
Auflagen der jeweiligen Genehmigungsbehörde.
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Zur
Reduzierung der Abgasmenge ist bereits vorgeschlagen worden den
Abgasstrom zu teilen und eine Teilmenge im Kreislauf zu führen (JP
52-16703 A, "Stahl
und Eisen" 99 (1979)
Heft 7, Seite 327/33). Eine spezielle Regelung der geteilten Abgasmenge
wird in der
EP 0535727A1 vorgeschlagen.
Bei diesem bekannten Verfahren wird als Restgas nur eine Abgasmenge
ausgeschleust, die dem während
des Sinterprozesses gebildeten Gas plus dem zur Aufstärkung zugegebenen
sauerstoffreicheren Gas plus der von außen eingedrungenen Falschluft
minus dem verbrauchten Sauerstoff entspricht. Der andere Teilstrom
des Abgases wird als Kreislaufgas zurück geführt und vor der Beaufschlagung
der Sintermischung durch Zugabe von sauerstoffreicheren Gasen auf
einen Sauerstoffgehalt von maximal 24 % aufgestärkt.
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In
Stahl und Eisen 115 (1995) Nr. 11, Seite 37–40 wird unter dem Titel "Umweltschutz in Eisenerz-Sinteranlagen
durch Abgasrückführung eine
nach dem in
EP 0535727
A1 beschriebenen Verfahren gebaute Anlage vorgestellt.
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Vorzugsweise
wird das Abgas partiell erfasst und einmal als Kreislaufgas dem
Sinterband zurückgeführt und
einmal als Restgas ausgeschleust. Um den Sauerstoffgehalt im rückgeführten Abgasstrom
entsprechend der Vorgabe einstellen zu können, mündet in der Kreislaufleitung
eine Frischluftzuleitung.
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In
der
DE 196 23 981
A1 ist ein Verfahren zum Entfernen schädlicher Inhaltsstoffe aus Abgasen
von Sinteranlagen offenbart. Bei diesem bekannten Verfahren werden
in den Abgasstrom pulverförmige
Sorbenzien in Form von Braunkohlenkoks gegeben und nachfolgend der
mit Sorbenzien beladene Abgasstrom durch einen Elektrofilter geleitet.
Die beladenen Sorbenzien werden nach dem Ausfiltern dem Sinterprozess
wieder zugeführt.
Das Verfahren kann verbessert werden, wenn der Abgasstrom vor Passieren
des Elektrofilters durch einen Vorabscheider geleitet wird.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, den Sinterprozess dahin gehend weiter zu optimieren,
dass bei weitehin geringer Abgasmenge und guter Sinterqualität insbesondere
die im Restgas noch enthaltenen Dioxine und Furane sowie die Staubmenge
prozesssicher unter den von der Genehmigungsbehörde vorgegebenen Grenzwerten
liegen.
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Die
Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff in Verbindung mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
sind jeweils Gegenstand von Unteransprüchen.
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Nach
der Lehre der Erfindung erfolgt die Aufteilung der gesamten Abgasmenge
in Kreislaufgas und Restgas durch Variation der Prozessfläche, wobei
der Ort der Schnittstelle zwischen der Absaugung für das Kreislaufgas
und der Absaugung für
das Restgas so gewählt
wird, dass eine maximale Abgasmenge im Kreislauf geführt wird
ohne Beeinträchtigung
der Sinterqualität
und -leistung und wobei das Restgas eine Teilmenge mit geringerer
und das Kreislaufgas eine Teilmenge mit höherer Schadstoffkonzentration
darstellt. Weiterhin wird die Wärmemenge
des abgezogenen Kreislaufgases zur Aufheizung des Restgases genutzt,
wobei die Aufheizung auf eine Temperatur zur Vermeidung der Taupunkt-Unterschreitung erfolgt,
die aber niedriger ist, als die sichergestellte Mischtemperatur
bei Ausschleusung der gesamten Abgasmenge.
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Die
hinsichtlich des Abgases vorgeschlagene Aufteilung der Prozessfläche des
Sinterbandes in einen Teilabschnitt, dessen Abgasmenge als Kreislaufgas
geführt
wird und in einen Abschnitt, dessen Abgas als Restgas ausgeschleust
wird, hat den Zweck, den Abgasstrom in eine hinsichtlich der Schadstoffkonzentration weniger
belastete Teilmenge und in eine Teilmenge mit höheren Konzentrationen aufzuteilen.
Die weniger belastete Teilmenge kann als Restabgas nach Abscheidung
des Staubes und der eingebrachten Adsorbenzien – einschließlich der daran adsorbierten
Dioxine und Furane – und
nach aufheizung zur Vermeidung des Säuretaupunktes über den
Kamin ausgeschleust werden. Die hinsichtlich der Dioxine und Furane
höher belastete Teilmenge
wird im Kreislauf geführt,
wobei man sich den Effekt zunutze macht, dass bei der Rückführung auf die
heiße
Sintermischung ein großer
Teil der Dioxine und Furane aufgespalten und damit unschädlich gemacht wird.
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Weiterhin
macht man sich den Effekt zunutze, dass die in den Abgasstrom eingegebenen
Adsorbenzien besonders wirksam sind, wenn die Temperatur im Abgasstrom
niedrig ist. Dies wird durch die Aufteilung der Abgasmenge in Kreislaufgas
und Restgas erreicht.
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Das
Restgas wird aus dem Bereich des Sinterbandes abgezogen, welches
im Aufgabegebiet und dem daran anschließenden Bereich liegt. Dieser
Bereich ist temperaturmäßig niedrig
im Vergleich zum Bereich des Kreislaufgases trotz der Aufheizung
zur Vermeidung der H2SO4-Taupunkt-Unterschreitung.
Durch die vorgeschlagene Kombination
- – Aufteilung
der Abgasmenge
- – Aufheizung
des Restgases vor dem Ausschleusen
werden mehrere Ziele
erreicht: - – Die
gesamte auszuschleusende Abgasmenge wird klein gehalten.
- – Die
in das Restgas eingedüsten
Adsorbenzien sind wegen der niedrigen Temperatur des Restgases besonders
wirksam, so dass der verbleibende Anteil der Schadstoffe im auszuschleusenden
Restgas den behördlichen
Vorgaben entspricht.
- – Eine
H2SO4-Taupunkt-Unterschreitung
wird durch die Aufheizung des Restgases vermieden.
- – Für die Aufheizung
des Restgases wird energetisch die Wärmeeneigie des Kreislaufgases
genutzt.
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Die
vorgeschlagene Variation der Aufteilung der Prozessfläche ist
ein sehr einfaches aber wirksames Mittel, um den Prozess optimieren
zu können.
Zum einen kann damit erreicht werden, dass sich das Verhältnis von
Sauerstoffangebot zu Sauerstoffverbrauch dem Idealzustand 1 annähert und
damit die Abgasmenge minimiert wird. Zum anderen kann bei gleichbleibend
guter Sinterqualität
die Leistung der Anlage beeinflusst werden. Durch Variation der
wesentlichen den Prozess steuernden Parameter kann ein Optimum hinsichtlich
Abgasmenge, Leistung und Qualität
erreicht werden.
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Die
im Kreislauf geführte
Abgasmenge hat noch den werteren Effekt, dass das erforderliche
Sauerstoffangebot niedriger liegt im Vergleich zu einem Normalprozess.
Dies erlaubt es im Grenzfall mit dem durch die angesaugte Falschluft
herangeführten
Sauerstoff den Bedarf abzudecken. Damit wird die ansonsten zusätzlich erforderliche
separat zuzuführende
Frischluft eingespart.
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Wird
in einem konkreten Fall in Ergänzung
zur angesaugten Falschluft zusätzlich
Frischluft benötigt, wird
es als vorteilhaft angesehen, wenn man statt der bisher üblichen
angesaugten Umgebungsluft, die im Bereich der Kaltabsiebung zur
Entstaubung anfallende Absaugluft verwendet. Bei diesem vorgeschlagenen
Verfahrensschritt werden wiederum zwei Ziele gleichzeitig erreicht:
- – Die
ohnehin erforderliche Entstaubung im Bereich der Kaltabsiebung wird
als Sauerstoffträger
für den
Sinterprozess genutzt.
- – Die
Sintermischung wird als Filter für
die mit Staub beladene Absaugluft verwendet, so dass kein separater
Filter erforderlich ist.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von einem in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel.
Es zeigen:
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1 ein schematisches Fließbild einer
erfindungsgemäß arbeitenden
Sinteranlage.
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2 ein Diagramm, des Verfahrens
nach dem Stand der Technik.
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3 ein Diagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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4 eine schematische Darstellung
der Anordnung der Saugkästen
und der Rauchgassammelleitungen.
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1 zeigt in Form eines schematischen
Fließbildes
eine erfindungsgemäß arbeitende
Sinteranlage. Kernstück
der Anlage ist ein Sinterband 1, wobei in dieser Darstellung
die Aufgabe der Sintermischung rechts erfolgt und der Fertigsinter
links abgeworfen wird. Diese Transportrichtung ist durch einen Pfeil 2 gekennzeichnet.
Rechts und links neben dem Sinterband 1 sind Saugkästen und
dazugehörige
Abgasleitungen 3, 4 angeordnet, wobei das im Anfangsbereich
des Sinterbandes 1 abgezogene Abgas als Restgas ausgeschleust
und das im Endbereich des Sinterbandes 1 abgezogene Abgas
im Kreislauf geführt
wird. Das im Kreislauf geführte Abgas
wird über
eine Leitung 5 einem Wärmetauscher 6 zugeführt und
danach über
eine weitere Leitung 7, einem darin angeordneten Filter 8,
der die Funktion hat, den Staub aus dem Abgas abzuscheiden.
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Nach
Durchlauf durch den Filter 8 wird mittels eines Sauggebläses 22 das
zurückgeführte Gas über eine
Leitung 9 dem Sinterband 1 zugeführt und
gleichmäßig über das
Sinterband 1 verteilt. Die eingezeichneten Pfeile sollen
die Aufgabe des rückgeführten Abgases
auf das Sinterband 1 verdeutlichen. Das auszuschleusende
Restgas wird über
eine Leitung 10 dem schon erwähnten Wärmetauscher 6 zugeführt, wobei
die Wärme
des Kreislaufgases für
die Aufheizung des Restgases genutzt wird. Damit soll eine Taupunkt-Unterschreitung
für Schwefelsäure vermieden
werden. Nach Durchlauf durch den Wärmetauscher 6 wird
das Restgas über
eine Leitung 11 einem Flugstromreaktor 12 zugeführt. In
diesem Flugstromreaktor 12 wird in bekannter Weise Braunkohle-Koksgrus
als Adsorbenzie eingeblasen, damit sich die im Restgas befindlichen
schädlichen
Stoffe wie Dioxine und Furane daran anlagern können. Nach Durchlauf durch
den Flugstromreaktor 12 wird das Restgas über eine
Leitung 13 einem Filter 14 zugeführt, in
dem der Staub und die zuvor eingeblasenen Adsorbenzien ausgeschieden
werden. Danach wird das so gereinigte Restgas mittels eines Sauggebläses 23 über eine
Leitung 15 einem Kamin 16 zugeführt und
in die Umwelt verteilt.
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Die
in 1 eingezeichnete
optionale separate Frischluftzufuhr 21 ist nur dann erforderlich,
wenn das durch die angesaugte Falschluft eingebrachte Sauerstoffangebot
zu niedrig sein sollte.
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Der
Fertigsinter wird am Ende des Sinterbandes 1 abgeworfen
und in Drehkühlern 17, 18 abgekühlt. Die
in den Drehkühlern 17, 18 abgesaugte
Luft wird über
eine Leitung 19 einem Filter 20 zugeführt, um
den mitgerissenen Staub abzuscheiden.
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In
bekannter Weise werden die abgesaugten Stäube der Sinteranlage selber
sowie anfallender Gichtstaub und Gießhallenstaub vom Hochofen mit
Wasser unter Zugabe von Branntkalk zu kegelförmigen Partikeln (Minipellets)
agglomeriert. Diese Agglomerierung erfolgt in einem mechanischen
Wirbelstrommischer 24, auch "Eirich-Mixer" genannt. Die feuchten Agglomerate werden
kontinuierlich der Sintermischung im Angabebereich zugeführt.
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In
den 2 und 3 sind einander gegenübergestellt
das Sinterverfahren nach dem Stand der Technik (2) und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
(3).
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In
diesen beiden Diagrammen sind Gasmengen in kg/h/m über die
Windkästen
aufgetragen. In der unteren Linie mit den schwarz ausgemalten Vierecken
ist der Sauerstoffverbrauch für
den Brennstoff in der Sintermischung dargestellt. Die Linie darüber mit
den schwarz ausgemalten Rhomben zeigt das Angebot an Sauerstoff über die
zugeführte
Sinterluft, wobei dies die Summe aus angesaugter Falschluft und
zugeführter Frischluft
ist. Die dritte Linie mit den Dreiecken darüber zeigt den Verlauf der Abgasmenge.
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Durch
den direkten Vergleich beider Diagramme ist die Wirkung des Kreislaufgases
gut zu erkennen. Das erforderliche Sauerstoffangebot sinkt, so dass
die zweite Linie nur noch etwas oberhalb der ersten Linie verläuft, zumindest
im Bereich der ersten Windkästen.
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Der
in 3 dick eingezeichnete
Querstrich symbolisiert die erfindungsgemäße Trennung des Sinterbandes 1 in
einen Bereich Kreislaufgas und einen Bereich Restgas, wobei der
Doppelpfeil die Verschiebemöglichkeit
der Trennstelle kennzeichnet. Die erfindungsgemäße Verschiebung der Trennstelle
ermöglicht
es den Prozess weitgehend zu optimieren.
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Eine
Verschiebung der Trennstelle nach links würde bedeuten, dass durch die
Erhöhung
des Anteils des Kreislaufgases das Sauerstoffangebot noch werter
zu niedrigeren Werten verschoben wird, im Idealfall wäre Sauerstoffangebot
= Sauerstoffverbrauch. Niedrigeres Sauerstoffangebot bedeutet gleichzeitig
geringere Abgasmenge, da diese beiden Mengen durch den Verbrennungsprozess
miteinander verknüpft
sind.
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Bei
einer Verschiebung der Trennstelle nach rechts wird bei gleichbleibend
guter Sinterqualität
der Anteil des Kreislaufgases erniedrigt und damit die Abgasmenge
etwas erhöht.
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Durch
die Verschiebemöglichkeit
der Trennstelle kann je nach Prozessbedingungen das Optimum in einfacher
Weise eingestellt werden.
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4 zeigt in einer schematischen
Darstellung einen Teilbereich der Anordnung der Saugkästen 25 und
der Rauchgassammelleitungen 5, 10.
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Die
im Anfangsbereich des Sinterbandes liegenden Saugkästen 25.1 weisen
gegenüber
der Abfuhrleitung Kreislaufgas 5 eine feste Trennung 26 auf.
Danach folgen in diesem Ausführungsbeispiel
insgesamt vier Saugkästen 25.2,
die eine variable Trennung 27 aufweisen. Variable Trennung 27 bedeutet,
dass diese Saugkästen 25.2 wahlweise
auf die Abfuhrleitung Kreislaufgas 5 oder auf die Abfuhrleitung
Restgas 10 geschaltet werden können. Der damit erzielbare
Effekt ist eingangs ausführlich
erläutert
worden.
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Die übrigen Saugkästen 25.3 bis
zum Bereich Abwurf 28 sind fest auf die Abfuhrleitung Kreislaufgas 5 geschaltet.
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Für den Notfall
kann die in der Abfuhrleitung Restgas 10 angeordnete feste
Trennung 29 entfernt werden, um somit das gesamte anfallende
Abgas ableiten zu können.
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