DE1051443B

DE1051443B - Method for regulating the composition of the mixture of an oxygen-containing gas and water vapor to be supplied to an industrial furnace

Info

Publication number: DE1051443B
Application number: DEST7467A
Authority: DE
Inventors: Petrus Franciscus Alp Hendriks
Original assignee: Stamicarbon BV
Current assignee: Stamicarbon BV
Priority date: 1952-12-12
Filing date: 1953-12-10
Publication date: 1959-02-26

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln der Zusammensetzung des Gebläsewindes von Öfen und Gaserzeugern, die zum Herstellen von Generatorgas, Oxygas, Calciumcarbid usw. angewandt werden.The invention relates to a method and a device for regulating the composition of the blower wind of furnaces and gas generators that are used to produce generator gas, oxy gas, calcium carbide etc. can be applied.

Der hierbei angewandte Gebläsewind setzt sich gewöhnlich aus Wasserdampf und Luft, Wasserdampf und mit Sauerstoff angereicherter Luft oder Wasserdampf und Sauerstoff zusammen.The fan wind used here is usually composed of water vapor and air, water vapor and oxygen enriched air or water vapor and oxygen together.

So werden Drehrostgaserzeuger zur Erzeugung von Schwachgas mit einem Luft-Dampf-Gemisch mit 15 bis 20°/o Wasserdampf betrieben. Durch Anwendung von Gebläsewind, der aus 70 bis 80% Dampf und 30 bis 20% technischem Sauerstoff besteht, wird Oxygas in Drehrostgaserzeugern erzeugt. Es werden bei Oxy- *5 gas-Abstichgaserzeugern Wasserdampf-Sauerstoff-Gemische mit etwa 50% Wasserdampf angewandt, während der Gebläsewind bei der Herstellung von Calciumcarbid z. B. aus technischem Sauerstoff bestehen kann, in dem 40 bis 15% Wasserdampf vorhanden ist.Rotary grate gas generators are used to generate lean gas with an air-steam mixture with 15 operated up to 20% steam. By using a blower wind consisting of 70 to 80% steam and 30 up to 20% technical oxygen exists, oxy gas is generated in rotary grate gas generators. With Oxy- * 5 gas tapping gas generators water vapor-oxygen mixtures with about 50% water vapor applied during the blower wind in the production of calcium carbide z. B. consist of technical oxygen in which 40 to 15% water vapor is present.

Für einen regelmäßigen Betrieb dieser Gaserzeuger und öfen ist es von Bedeutung, daß die Zusammensetzung des Gebläsewindes möglichst konstant gehalten wird.For regular operation of these gas generators and furnaces, it is important that the composition of the blower wind is kept as constant as possible.

In der Praxis wird dies meistens erreicht, wenn man die Mengen Dampf und das sauerstoffhaltige Gas vor der Mischung mißt, z. B. mittels Meßdüsen. Man erzielt dabei nur gute Ergebnisse, wenn der Dampf derart überhitzt ist, daß sich nach der Mischung noch immer keine Sättigung einstellt. Der Bau von Überhitzern für den Dampf erweist sich deshalb meistens als notwendig.In practice, this is usually achieved by considering the amounts of steam and the oxygen-containing gas measures before mixing, e.g. B. by means of measuring nozzles. You will only get good results if the steam is overheated to such an extent that it is still not saturated after mixing. The construction of superheaters for the steam it therefore mostly proves to be necessary.

Falls das Gemisch verhältnismäßig wenig Dampf enthält, muß die Überhitzung des zugeführten Dampf es sehr hoch sein, so daß dieses Verfahren in technischer Hinsicht nicht befriedigt.If the mixture contains relatively little steam, it must be superheated by the steam supplied be very high, so that this process is not technically satisfactory.

Ein anderes übliches Verfahren zur Überwachung der Zusammensetzung eines durch Mischung von Dampf und Luft oder Sauerstoff erhaltenen Gebläsewindes beruht auf der Temperaturmessung nach der Mischung. Ist nämlich der Gebläsewind dann wasserdampfgesättigt, so kommt die gemessene Temperatur dem Taupunkt gleich, woraus sich dann leicht die Zusammensetzung berechnen läßt. Bei Anwendung dieses Verfahrens müssen etwa vorhandene Wassertropfen in dem Gasgemisch auf mechanischem Wege abgetrennt und entfernt werden, weil diese Tropfen, falls sie nicht entfernt worden sind, bei etwaiger Verdampfung die Zusammensetzung des Dampf-Luft(Sauerstoff)-Gemisches ändern würden, wodurch diese Zusammensetzung nicht mehr derjenigen, die zum gemessenen Taupunkt gehört, entsprechen würde.Another common method of monitoring the composition of a mixture by mixing Steam and air or oxygen obtained fan wind is based on the temperature measurement according to the Mixture. If the blower wind is then saturated with water vapor, the measured temperature comes equal to the dew point, from which the composition can then easily be calculated. When applying this In the process, any water droplets present in the gas mixture must be separated mechanically and removed, because if these drops have not been removed, they will evaporate the composition of the steam-air (oxygen) mixture would change, thereby reducing this composition would no longer correspond to the one that belongs to the measured dew point.

Eine Bestimmung der Zusammensetzung, die auf einer Messung des Taupunktes beruht, hat sich bei VerfahrenA determination of the composition, which is based on a measurement of the dew point, has been found in procedure

zum Regeln der Zusammensetzungto regulate the composition

des einem Industrieofen zuzuführendenof the one to be fed to an industrial furnace

Gemisches aus einem sauerstoffhaltigenMixture of an oxygen-containing

Gas und WasserdampfGas and steam

Anmelder:
Stamicarbon N. V., Heerlen (Niederlande)Applicant:
Stamicarbon NV, Heerlen (Netherlands)

Vertreter: Dr. F. Zumstein, Patentanwalt,
München 2, Bräuhausstr. 4Representative: Dr. F. Zumstein, patent attorney,
Munich 2, Bräuhausstr. 4th

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 12. Dezember 1952Claimed priority:
Netherlands 12 December 1952

Petrus Franciscus Alphonsus Maria Hendriks,Petrus Franciscus Alphonsus Maria Hendriks,

Sittard (Niederlande),
ist als Erfinder genannt wordenSittard (Netherlands),
has been named as the inventor

Luft-Dampf-Gemischen, die bis etwa 30% Wasserdampf enthalten, als brauchbar herausgestellt. Bei höheren Konzentrationen an Wasserdampf stellen sich jedoch Störungen ein, besonders wenn der zugeführte, meistens überhitzte Dampf nicht immer die gleiche Temperatur aufweist oder wenn die Zusammensetzung des Gemisches im Verlaufe des Verfahrens stark wechseln muß.Air-steam mixtures containing up to about 30% water vapor have been found to be useful. at higher concentrations of water vapor, however, lead to disturbances, especially if the supplied, mostly superheated steam is not always the same temperature or when the composition of the mixture must change significantly in the course of the process.

Es liegt in diesem Falle nämlich die Gefahr vor, daß sich beim Mischen dieses Dampfes mit dem kalten Gas kein wasserdampfgesättigtes Gemisch bildet, wodurch die gemessene Temperatur keinen Taupunkt anzeigt, was zur Folge haben würde, daß eine unrichtige Zusammensetzung berechnet wird.In this case there is the danger that when this steam is mixed with the cold one Gas does not form a mixture saturated with water vapor, which means that the measured temperature does not have a dew point indicates what would result in an incorrect composition being calculated.

Bei Klimaanlagen ist es bekannt, ein Wasserdampf-Luft-Gemisch auf den Taupunkt abzukühlen und danach auf die gewünschte Temperatur zu erhitzen, so daß man einen gewünschten Feuchtigkeitsgrad erzielen konnte.In air conditioning systems it is known to cool a water vapor-air mixture to the dew point and then to heat to the desired temperature so that a desired degree of humidity can be achieved could.

Es sind auch Feuchtigkeitsregler bekannt, mit denen die Dampfmenge eingestellt wurde, die zur Versorgung von Gaserzeugern diente. Diese bekannten Feuchtigkeitsregler wurden jedoch nicht durch Taupunktmessungen gesteuert.Humidity regulators are also known which are used to set the amount of steam required to be supplied served by gas generators. However, these known humidity controllers were not determined by dew point measurements controlled.

Weiterhin wurden in Klimaanlagen Temperaturfühler eingebaut, mit denen die Nachlieferung von Wasser an die Luft derart gesteuert wurde, daß dieFurthermore, temperature sensors were installed in air conditioning systems with which the subsequent delivery of Water to the air was controlled in such a way that the

809 767/242809 767/242

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erhaltene Luft-Wasser-Dampf-Mischung auf der ge- und wird schließlich durch die Leitung 12 abgeführt,obtained air-water-steam mixture on the and is finally discharged through line 12,

wünschten Temperatur gehalten werden konnte. Der Mischer 3 und der Wasserabscheider 9 könnendesired temperature could be maintained. The mixer 3 and the water separator 9 can

Die Erfindung bezweckt, der eingangs genannten auch durch eine Vorrichtung, die sich für beide Funk-Schwierigkeit abzuhelfen, wobei zugleich die Mög- tionen eignet, ersetzt werden.The invention aims to provide the aforementioned also by means of a device which can be used for both radio difficulties remedied, whereby at the same time the possibilities are suitable to be replaced.

lichkeit vorliegt, die Zusammensetzung des Gebläse- 5 In dem Wärmetauscher 7 übernimmt das GemischIf there is any possibility, the composition of the fan 5 In the heat exchanger 7, the mixture takes over

windes in einfacher Weise automatisch zu regeln. die Wärme des zugeführten Dampfes, so daß diesesto regulate the wind automatically in a simple manner. the heat of the steam supplied, so that this

Erfindungsgemäß wird zum Regeln der Zusammen- Gemisch nicht wasserdampfgesättigt wird. Der zusetzung des einem Industrieofen zuzuführenden Ge- geführte frische Dampf kühlt dabei so weit ab, daß misches aus einem sauerstoffhaltigen Gas (Luft, sauer- sich schon Wasser abscheidet, das zusammen mit dem stoffangereicherte Luft oder Sauerstoff) und Wasser- io in dem Wasserabscheider 9 abgeschiedenen Wasser dampf, bei dem die von einem bestimmten eingestellten einem Kondenstopf 10 zugeführt wird.
Wert abweichende Temperatur des Gemisches zum In der Gasleitung hinter dem Wasserabscheider 9 Regeln der zuströmenden Dampfmenge verwendet oder, wie in der schematischen Figur angegeben, im wird, überhitzter Wasserdampf durch Abkühlen ge- oberen Teil des Zyklons, der als Wasserabscheider sättigt und anschließend mit dem sauerstoffhaltigen 15 fungiert, ist ein Temperaturmesser 13 angebracht. Gas gemischt, dessen Temperatur so niedrig ist, daß Dieser Temperaturmesser kann auf verschiedenen das Gemisch wasserdampfgesättigt ist, in dem Ge- Grundsätzen beruhen. In der Zeichnung ist schemamisch enthaltene Wasser tropfen abgeschieden, das tisch ein Kontaktthermometer dargestellt.
Gemisch durch Wärmetausch mit dem abzukühlenden Der Temperaturmesser betätigt einen Kraftschalter Heißdampf erhitzt und die Temperatur des Gemisches 20 14, der das Regelventil 6 steuert. Bei gutem Entwurf vor seiner Erhitzung für die Regelung der Heißdampf- des Kraftschalters 14 wird der von dem Temperaturzufuhr maßgeblich gemacht. messer 13 gemessene Taupunkt konstant bleiben, derAccording to the invention, the joint mixture is not saturated with water vapor to regulate it. The addition of the fresh steam to be supplied to an industrial furnace cools so far that a mixture of an oxygen-containing gas (air, acidic water, which is separated out together with the material-enriched air or oxygen) and water in the water separator 9 separated water vapor, in which a certain set of a condensate pot 10 is supplied.
Value deviating temperature of the mixture used to regulate the amount of steam flowing in in the gas line behind the water separator 9 or, as indicated in the schematic figure, in the upper part of the cyclone, which saturates as a water separator and then with the oxygen-containing one 15 functions, a temperature meter 13 is attached. Gas mixed, the temperature of which is so low that this temperature meter can be based on various principles of the mixture being saturated with water vapor. In the drawing, drops of water contained are schematically deposited, the table shows a contact thermometer.
Mixture by heat exchange with the to be cooled. The temperature meter actuates a power switch that heats superheated steam and the temperature of the mixture 20 14, which controls the control valve 6. In the case of a good design before it is heated for the regulation of the superheated steam switch of the power switch 14, the temperature supply is made decisive. knife 13 measured dew point remain constant, the

Indem man den Temperaturmesser, der den Tau- innerhalb des Regelbereichs unabhängig ist von der punkt des wasserdampfgesättigten Gebläsewindes an- zugeführten sauerstoffhaltigen Gasmenge,
zeigt, in solcher Weise ausführt, das er als Impuls- 25 Durch Einstellen des Hahnes 2 in der Sauerstoffgeber für eine Regeleinrichtung dienen kann, die den leitung kann das Gemisch quantitativ reguliert wer-Stand des Regelventils in der Dampfleitung derart den. Die Zusammensetzung des Gemisches läßt sich reguliert, daß der Taupunkt konstant bleibt, wird er- durch Verstellung des Einstellpunkts des Kraftschalreicht, daß auch die Zusammensetzung des Gebläse- ters 14 oder, falls ein Kontaktthermometer angewandt windes innerhalb enger Grenzen konstant gehalten wer- 30 wird, durch Einstellung dieses Kontaktthermometers den kann. Die Menge Gebläsewind, die dem Ofen oder bestimmen.By using the temperature meter, which measures the dew within the control range, it is independent of the point of the steam-saturated blower wind- supplied amount of oxygen-containing gas,
shows, executes in such a way that it can serve as a pulse 25 By setting the tap 2 in the oxygen generator for a control device, the line can regulate the mixture quantitatively who-level of the control valve in the steam line. The composition of the mixture can be regulated so that the dew point remains constant, it is achieved by adjusting the setting point of the power switch that the composition of the blower 14 or, if a contact thermometer is used, is kept constant within narrow limits, by setting this contact thermometer the can. The amount of fan wind that the furnace or determine.

Gaserzeuger zugeleitet wird, kann dabei durch Ein- Fig. 2 zeigt schematisch, jedoch mehr in Einzelstellung eines Regelventils in der Zuleitung des sauer- heiten, einen bei der Vorrichtung nach Fig. 1 verstoffhaltigen Gases reguliert werden. wendbaren Regelmechanismus.Gas generator is fed, can be shown in Fig. 2 shows schematically, but more in detail one control valve in the supply line of the acidic, one in the device according to FIG. 1 containing the substance Gas can be regulated. reversible control mechanism.

Die Vorteile des neuen Verfahrens liegen auf der 35 Das Kontaktthermometer 13, mit dem der Taupunkt Hand. Weil der Gebläsewind nach Bestimmung des bestimmt wird, schließt oder öffnet mittels eines ReTaupunkts wieder erhitzt wird, wobei er ungesättigt lais 15 den Stromkreis eines Elektromagneten 17. Diewird, kann sich die Zusammensetzung bei weiterer ser Magnet zieht einen Anker 17 α an oder läßt ihn Beförderung durch Kondensation des Wassers nicht wieder los, wodurch ein Regelschieber 18 betätigt mehr verändern. Die gesamte Regelung kann weiter- 40 wird. Über eine Leitung 19, ein Reduzierventil 20 und hin fast ohne Zu- oder Abfuhr zusätzlicher Wärme gegebenenfalls über ein Filter, das nicht in der Zeicherfolgen. Weil das Gas-Dampf-Gemisch durch Über- nung angegeben ist, wird diesem Regelorgan Preßluft hitzung zugleich durchsichtig geworden ist, kann das zugeleitet.The advantages of the new process are based on the 35 The contact thermometer 13, with which the dew point hand. Because the blower wind is determined after determination of the, closes or opens by means of a re-dew point is heated again, whereby it is unsaturated lais 15 the circuit of an electromagnet 17, the composition of another magnet attracts an armature 17 α or lets it transport by condensation of the water not going again, whereby a control slide 18 actuated change more. The entire scheme can continue. Via a line 19, a reducing valve 20 and almost without supply or removal of additional heat, if necessary via a filter that does not follow in the drawing. Because the gas-steam mixture is specified by over- ning, this regulating element, compressed air heating, has become transparent at the same time, and this can be passed on.

Innere des Gaserzeugers oder Ofens durch die Brenner Befindet sich der Schieber 18 in seiner unterstenInside the gas generator or furnace through the burner is the slide 18 in its lowest

hindurch beobachtet werden, wodurch die Temperatur 45 Stellung, so drückt die Preßluft auf das Niveau derbe observed through it, whereby the temperature 45 position, so the compressed air pushes to the level of the

optisch festgestellt werden kann. Flüssigkeit in einem Behälter 21, wodurch diese Flüs-can be determined optically. Liquid in a container 21, whereby this liquid

Der wichtigste Vorteil besteht jedoch darin, daß sigkeit an die Membrane des Bedienungsorgans 23 desThe most important advantage, however, is that fluidity to the membrane of the operating member 23 of the

die obenerwähnte Regelung ohne Gefahr einer Störung Regelventils 6 gepreßt wird. Die Ventilkegel 24 hebenthe above-mentioned control is pressed without the risk of malfunctioning control valve 6. Lift the valve cones 24

für Gas-Dampf-Gemische, deren Zusammensetzung sich, so daß der durch Leitung 4 zugeführte Dampffor gas-steam mixtures, the composition of which is so that the steam supplied through line 4

innerhalb weiter Grenzen variiert, und für Dampf mit 50 hineinströmt.varies within wide limits, and flows in at 50 for steam.

stark wechselnden Temperaturen und Drücken ange- Befindet sich der Schieber in seiner höchsten Stel-strongly changing temperatures and pressures- If the slide is in its highest position

wandt werden kann. lung, so kann die Preßluft hinausströmen, wobei auchcan be turned. treatment, the compressed air can flow out, and also

Zur Erläuterung der Erfindung können die Fig. 1 der Druck, der sich über dem Niveau der FlüssigkeitTo explain the invention, FIG. 1 shows the pressure above the level of the liquid

bis 3 dienen. in dem Behälter 21 befindet, wegfällt, die Flüssigkeitto serve 3. is located in the container 21, the liquid is omitted

Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum 55 in den Behälter zurückströmt und sich die VentilkegelFig. 1 shows schematically a device for 55 flows back into the container and the valve cone

Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens; schließen. In der Flüssigkeitsleitung ist ein Nadel-Carrying out the method according to the invention; conclude. In the liquid line there is a needle

Fig. 2 zeigt schematisch einen der vielen möglichen ventil 22 angebracht, wodurch die Möglichkeit gege-Fig. 2 shows schematically one of the many possible valve 22 attached, whereby the possibility against-

Regelungsmechanismen; ben ist, den Strömungswiderstand der Flüssigkeit undRegulatory mechanisms; ben is the flow resistance of the liquid and

Fig. 3 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform der demzufolge die Schnelligkeit, mit der das Regelven-Fig. 3 shows a modified embodiment of the consequent the speed with which the control valve

Vorrichtung nach Fig. 1. 60 til 6 reagiert, einzustellen. Dieses Nadelventil arbeitetDevice according to Fig. 1. 60 til 6 reacts to adjust. This needle valve works

Das sauerstoffhaltige Gas wird über die Leitung 1 wie eine Dämpfungsvorrichtung.The oxygen-containing gas is via the line 1 like a damping device.

und das Regelventil 2 zu dem Mischer 3 geleitet. Über Übersteigt der gemessene Taupunkt die Werte, auf die Leitung 8 wird diesem Mischer gesättigter Dampf die das Kontaktthermometer eingestellt ist, so fällt zugeführt. Dieser Dampf wird durch die Leitung 4 der Luftdruck auf die Flüssigkeit weg und das Regelüber das Absperrventil 5 und das Regelventil 6 züge- 65 ventil, durch welches der Dampf hindurchströmt, führt, passiert den Wärmetauscher 7, wo der Dampf schließt sich allmählich. Die Folge ist, daß der Gehalt abgekühlt wird, bis er gesättigt ist, um anschließend an Wasserdampf abnimmt und auch der Taupunkt ab-and the control valve 2 is fed to the mixer 3. If the measured dew point exceeds the values, this mixer is supplied with saturated steam, which is set by the contact thermometer, on line 8. This vapor is removed through the line 4, the air pressure on the liquid and the control valve, through which the vapor flows through the shut-off valve 5 and the control valve 6, passes through the heat exchanger 7, where the vapor gradually closes. The result is that the content is cooled down until it is saturated, in order to then decrease in water vapor and the dew point also decreases.

durch die Leitung 8 zu dem Mischer 3 zu strömen. sinkt. Liegt dagegen der gemessene Taupunkt niedri-Das erhaltene Gemisch durchläuft weiterhin den Was- ger als die Temperatur, auf die das Kontaktthermo-to flow through line 8 to mixer 3. sinks. If, on the other hand, the measured dew point is lower The mixture obtained continues to flow through the water as the temperature to which the contact thermo-

serabscheider 9, die Leitung 11, den Wärmetauscher 7, 70 meter eingestellt ist, so bildet sich wieder infolge derserabscheider 9, the line 11, the heat exchanger 7, 70 meters is set, so forms again as a result of the

Claims

incoming compressed air a pressure on the liquid, so that the cone 24 lift, which again a The result is an increase in the amount of steam and consequently an increase in the dew point.

It will be evident that this scheme allows many variations in the manner of implementation.

Instead of a contact thermometer, another temperature meter can be used, the z. B. emits pulses which correspond to the speed at which the dew point deviates from the set value, are directly proportional. These impulses can e.g. B. electrically or hydraulically on the operating mechanism 23 of the control valve 6 are transmitted.

Fig. 3 shows schematically a variant of the device according to Fig. 1. The steam is in this device Via the line 4, the valve 5 and the control valve 6 through the line 27 into the humidification chamber 28 directed, where it can emerge through a ring 29 under the water surface. It is thus achieved that the steam which is fed to the mixer 3 through the line 30 is saturated. The water in the humidification chamber 28 can be kept at the desired level by an overflow 31.

Through the drain line 25 of the water separator 9 and through a separate line 33 can Wassei are fed. The removal of water can take place with the aid of a device 32. It is for that Make sure that the leg of the U-tube is long enough to withstand the overpressure in the apparatus to catch.

To overheat the blower wind fed to the heat exchanger 7 through line 26, low-pressure steam is passed into the heat exchanger 7 from line 4 via a valve 5 α. The resulting condensation water is fed to the humidification chamber 28 through a line 27a equipped with a condenser plug &.

Claim:

Method for regulating the composition of the mixture to be fed to an industrial furnace from an oxygen-containing gas (air, oxygen-enriched air or oxygen) and water vapor, at which the temperature of the mixture deviates from a certain set value is used to regulate the amount of steam flowing in, characterized in that superheated steam is saturated by cooling and then mixed with the oxygen-containing gas, its temperature is so low that the mixture is saturated with water vapor, drops of water contained in the mixture deposited, the mixture heated by heat exchange with the hot steam to be cooled and the temperature of the mixture before it is heated to regulate the supply of hot steam is made decisive.

Considered publications:
German Patent No. 275 899;
British Patent No. 463,369;
U.S. Patent No. 1,397,556;
VD L magazine, Volume 83 (1939), p. 265.

1 sheet of drawings