DE112010005234T5 - Energierückgewinnung aus Gasen in einer Hochofenanlage - Google Patents

Energierückgewinnung aus Gasen in einer Hochofenanlage Download PDF

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Fabio Fabiola
Cristiano Castagnola
Carlo Crosa
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Abstract

Es wird ein Verfahren vorgestellt zur Rückgewinnung von Energie aus Hochofengichtgas in einer Hochofenanlage mit einem Gichtgas-Rückgewinnungsturbinensystem, wobei die Hochofenanlage mindestens einen Kaltwindverdichter (12), der mindestens einem Gebläseluftvorwärmer (14) zugeordnet ist, umfasst und wobei ein von dem Hochofen (10) freigesetzter unter Druck stehender Gichtgasstrom durch eine Gichtgasreinigungseinheit (24) geleitet und einer an eine Last (34) gekoppelten Expansionsturbine (20) zugeführt wird. Diesem Verfahren nach, wird Wärme aus dem unter Druck stehenden Kaltwind entzogen und wird die entzogene Wärme zumindest teilweise zu dem gereinigten Gichtgas stromaufwärts der Expansionsturbine übertragen.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Behandlung von Gasen in einer Hochofenanlage und insbesondere die Energierückgewinnung aus Hochofengichtgas in einer Expansionsturbine.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Wie weithin bekannt ist, spielen Gase eine fundamentale Rolle beim Betrieb eines Hochofens (HO). Eine erste, wesentliche Gasströmung ist der Luftstrom (bzw. „Gebläseluft”), der am Übergang zwischen dem Rast- und Gestellbereich des Hochofens geblasen wird und der mit dem Möllermaterial (Eisenerz, Koks, Zuschlagstoffe usw.) reagiert. Bevor der Gebläsewind den Winddüsen des Hochofens zugeführt wird, wird er vorgewärmt, indem er durch Regenerativöfen (auch als Winderhitzer bekannt) geleitet wird, die üblicherweise durch die Verbrennung des Hochofenabgases erwärmt werden. Die stromaufwärts des Winderhitzers eingelassene Umgebungsluft bildet den „Kaltwind”, während der vorgewärmte Gebläsewind stromabwärts des Winderhitzers als „Heißwind” bezeichnet wird.
  • Die andere Hauptgasströmung in einem HO ist das den HO an der Gicht verlassende Gas, das als „Gichtgas” oder „Hochofengas” bekannt ist und welches ein Nebenprodukt des Hochofens ist, das erzeugt wird, wenn das Eisenerz mit Koks und/oder anderen Brennstoffen zu metallischem Eisen reduziert wird. Das HO-Gichtgas wird normalerweise als Brennstoff in Stahlwerken oder in dem Winderhitzer verwendet, kann aber auch in Heizkesseln und Kraftwerken benutzt werden. Es kann ferner mit Naturgas oder Kokereigas vor der Verbrennung kombiniert werden oder es wird eine Flammenunterstützung mit einem Gas oder Öl mit höherem Heizwert zur Erhaltung der Verbrennung vorgesehen.
  • Wie ebenfalls weithin bekannt ist, werden Hochöfen seit Jahrzehnten mit Innenüberdruck betrieben, der – bei einer richtigen Dimensionierung des Ofens – einen wesentlichen Anstieg bei der Umwandlung von Materialien und der Energie und somit der Ausbeute von Roheisen ermöglicht.
  • Der Betrieb unter Innenüberdruck bringt natürlich beträchtliche Zusatzkosten mit sich, die sich auf die Einrichtung und den Betrieb beziehen. Dies erfordert insbesondere die Erzeugung von Druckluft mit einem passenden Förderdruckniveau in einem Kaltwindverdichter (bzw. Kaltwindgebläse), um den Kaltwind zu bilden. Für den Betrieb unter Überdruck ist ferner typisch, dass das Gas, welches das Gichtgas verlässt, einen Druck aufweist, der im Wesentlichen über dem Atmosphärendruck liegt. Das Gichtgas enthält allerdings noch brennbare Bestandteile – hauptsächlich Kohlenmonoxid und in geringerem Ausmaß Wasserstoff – und kann als Verbrennungsgas mit niedrigem Heizwert für die Erzeugung von Wärme oder mechanischer und elektrischer Energie verwendet werden.
  • Das den HO verlassende Gichtgas trägt auch bedeutende Feststoffmengen mit sich, und zwar vorwiegend in staubartiger Form. Vor irgendeiner anschließenden Verwendung des Gichtgases muss dieses feste Material entfernt werden. Dies wird üblicherweise in einer untergeordneten Gasreinigungsanlage der HO-Anlage erzielt, die normalerweise eine erste, trockene Abscheidungseinrichtung – mit einem Schwerkraftabscheider (Staubfänger) und/oder einem Axialzyklon – und eine anschließende nasse Feinreinigungsvorrichtung (Nassabscheider) umfasst. Wegen der Nassreinigung sinkt die Gichtgastemperatur um ungefähr 100°C, wird das Gichtgas mit Wasserdampf gesättigt und enthält das Gichtgas weitere flüssige Wassertröpfchen.
  • Nach der Reinigung wird, wie seit Langem bekannt ist, zusätzlich zu der Nutzung der Wärmeenergie des Gichtgases die pneumatische Energie des unter Druck stehenden HO-Gichtgases in einer Expansionsturbine rückgewonnen. Das Gichtgas dehnt sich in der Turbine nahezu bis zum Atmosphärendruck aus, wobei mechanische Arbeit erzeugt wird. Der Turbinenrotor kann beispielsweise an einen Stromerzeuger, den Kaltwindverdichter oder irgendeine andere Last gekoppelt werden.
  • Wie mittlerweile ebenfalls bekannt ist, kann der Wirkungsgrad einer derartigen Expansionsturbine [auch als „Gichtdruck-Rückgewinnungsturbine” – TRT (top Pressure recovery turbine) bezeichnet] durch Aufheizen des gereinigten – und somit gekühlten – Gichtgases erhöht werden, kurz bevor es in die Turbine eintritt. Es wurde für diesen Zweck vorgeschlagen, das gereinigte Gichtgas stromaufwärts der Turbine durch Verbrennung von ausgedehntem Gichtgas vorzuwärmen. Alternativ dazu schlägt die JP 62074009 den Entzug von Wärme aus der Schlackengranulierung sowie die Übertragung dieser Wärme zu dem kühlen, gereinigten Gichtgas stromaufwärts der TRT mittels eines Wärmetauschers vor.
  • Die FR 2 663 685 beschreibt ein Verfahren zur Rückgewinnung von Energie aus Hochofengas. Das Hochofengas wird durch eine Fein- und/oder Grobstaubfiltration, dann in eine mit einem Stromerzeuger gekoppelte Turbine (Druckrückgewinnungsturbine) und weiter zu einer Gasleitung für die weitere Verwendung geleitet. Ein Anteil des Gases (3 bis 15%, vorzugsweise ca. 5%) wird vor der Expansionsturbine (12) gegebenenfalls durch einen Verdichter umgeleitet und in einer Brennkammer möglicherweise mit Anreicherung durch hochkalorischen Brennstoff, beispielsweise Natur- oder Koksgas, verbrannt. Die Verbrennungsgase werden anschließend in einer Gasturbine expandiert. Die Gasturbine kann an ihren eigenen Stromerzeuger oder über eine Kupplung an den Stromerzeuger der Expansionsturbine gekoppelt werden. Die Temperatur des nicht umgeleiteten Teils des gereinigten Hochofengases wird vorzugsweise vor der Einblasung in die Rückgewinnungsturbine durch einen Wärmetausch mit den in der Gasturbine ausgedehnten Verbrennungsgasen erhöht. Ein Teil des Kaltwindstroms kann in der Gasturbine verbrannt werden.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen anderen, verbesserten Weg zur Rückgewinnung von Energie aus Gichtgas in einer Hochofenanlage mit einer TRT bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Hochofenanlage nach Anspruch 6 erzielt.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung schlägt einen optimierten Weg zum Leiten von Gasströmungen in der Hochofenanlage vor, der den Betrieb der TRT mit verbessertem Wirkungsgrad gestattet. Gemäß dem erfinderischen Verfahren wird Wärme aus dem verdichteten Kaltwindstrom stromaufwärts der Kaltwindvorwärmer (d. h. Winderhitzer und dergleichen) entzogen und diese Wärme wird dann (zumindest teilweise) zu dem kühlen, gereinigten Gichtgasstrom stromaufwärts der Expansionsturbine übertragen. Der Wärmeentzug aus dem Kaltwind wird vorzugsweise durchgeführt, während dieser sich in der Kaltwindhauptleitung in Richtung der Vorwärmer bewegt, ohne den derartigen Kaltwind für den Zweck der Erwärmung des gereinigten Gichtgases zu verbrauchen.
  • Dabei kann die Temperatur des Kaltwinds vor den Regenerativöfen verringert werden und gleichzeitig die Temperatur des kühlen, gereinigten Gichtgases erhöht werden, so dass der Wirkungsgrad sowohl des Winderhitzers als auch der TRT verbessert wird. Es ist in der Tat bekannt, dass die Erhöhung der Gichtgastemperatur vor der TRT deren Wirkungsgrad verbessert und dabei die Risiken einer Vereisung vermieden werden, während die Reduzierung der Kaltwindtemperatur vor dem Winderhitzer den Wirkungsgrad dieses Vorwärmschritts verbessert. Insbesondere erhöht eine niedrigere Kaltwindtemperatur die Heizkapazität des Winderhitzers.
  • Es ist zu erkennen, dass, während in HO-Anlagen des Stands der Technik die für die Vorwärmung des gereinigten Gichtgases erforderliche Energie durch Verbrennen bereitgestellt oder aus fremden Medien, z. B. der Schlackengranulierung, entzogen wurde und die entfernte Wärme des Kaltwinds verloren ging, ein Verdienst der vorliegenden Erfindung in der Feststellung besteht, dass das Bringen des Kaltwinds und des gereinigten Gichtgases in eine Wärmetauschbeziehung für verbesserte Leistungen sowohl des Winderhitzers als auch der Turbine geeignet wäre.
  • Ein insbesondere erkennbarer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine Art von „Selbstregulierung” des Wärmetauschs zwischen dem Kaltwind und dem kühlen, gereinigten Gichtgas erzielt wird. Die Strömungsbedingungen der Gebläseluft stromaufwärts des HO beeinflussen sogar die Strömungsbedingungen des Gichtgases stromabwärts des HO (und umgekehrt); es scheint so, dass das Bringen dieser zwei Ströme in eine Wärmetauschbeziehung automatisch Unterschiede an einer Seite oder der anderen ausgleicht.
  • Es ist anzumerken, dass das vorliegende Verfahren insbesondere einfacher als das in der FR 2 663 685 beschriebene Verfahren ist, da bei dem vorliegenden Verfahren der Gasstrom des Kaltwinds außer bei der Wärmereduzierung nicht beeinträchtigt wird und insbesondere nicht teilweise abgeleitet wird, um mit dem Gichtgas in einer Gasturbine verbrannt zu werden.
  • Das vorliegende Verfahren sieht sogar einen weitaus einfacheren und wirksameren Weg zum Vorwärmen von gereinigtem Gichtgas vor der TRT vor, welcher zum Nutzen für die Wirtschaftlichkeit der Gesamtanlage ist.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Hochofenanlage, die Folgendes umfasst:
    einen Hochofen, der mit einem Gebläseluftsystem mit mindestens einem Kaltwindverdichter und mindestens einem Gebläseluftvorwärmer verbunden ist, wobei der in dem bzw. den Kaltwindverdichtern gebildete verdichtete Kaltwind in dem bzw. den Gebläseluftvorwärmern erwärmt wird, um dem Hochofen Heißwind bereitzustellen;
    eine Gichtgasreinigungseinheit, die das von dem Hochofen freigesetzte Gichtgas aufnimmt;
    eine Expansionsturbine mit einer an eine Last gekoppelten Abtriebswelle, wobei die Expansionsturbine stromabwärts der Gichtgasreinigungseinheit angeordnet ist;
    eine Vorwärmeinheit zwischen der Gichtgasreinigungseinheit und der Expansionsturbine zum Aufheizen des gereinigten Gichtgasstroms; und
    Mittel zum Entzug von Wärme aus dem verdichteten Kaltwind und zu deren zumindest teilweiser Übertragung zu dem gereinigten Gichtgas in der Vorwärmeinheit.
  • Bevorzugte Ausgestaltungen des vorliegenden Verfahrens und der Hochofenanlage sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen aufgeführt.
  • Es ist anzumerken, dass eine beliebige geeignete Technologie eingesetzt werden kann, um Wärme aus dem verdichteten Kaltwind zu entziehen und sie zumindest teilweise zu dem gereinigten Gichtgas zu übertragen. In diesem Zusammenhang kann man einen beliebigen Typ von Wärmetauscher in Kombination mit einem Wärmetauschfluidkreislauf verwenden. Ein möglicher Typ des Wärmetauschsystems ist das so genannte „Wärmerohr” (ein gerader Typ oder Schleifentyp), wo der Verdampferabschnitt auf der Kaltwindseite und der Kondensatorabschnitt auf der Seite des gereinigten Gichtgases angeordnet wären.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die vorliegende Erfindung wird nun beispielhaft anhand der begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
  • 1: eine schematische Darstellung einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Hochofenanlage mit einem Gasenergierückgewinnungssystem;
  • 2: eine schematische Darstellung einer alternativen Ausgestaltung der vorliegenden Hochofenanlage mit einem Gasenergierückgewinnungssystem.
  • Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausgestaltung
  • Eine erste Ausgestaltung der vorliegenden Hochofenanlage ist in 1 schematisch dargestellt (es ist nur die Einrichtung für die Luftbehandlung/-konditionierung abgebildet). Das Bezugszeichen 10 gibt einen Hochofen an, welchem Heißwind von einem Gebläseluftsystem zugeführt wird, das ein Gebläse 12 (bzw. Verdichter) und eine Vorwärmeinheit umfasst, die einen Satz von drei Regenerativöfen 14 umfasst, wie es in der Technik üblich ist. Das Gebläse 12 verdichtet Luft und bildet einen Kaltwindstrom, der durch eine Kaltwindhauptleitung 16 zu den Regenerativöfen 14 fließt. Der Kaltwindstrom wird in den Regenerativöfen 14 auf Temperaturen in der Größenordnung von 900°C bis 1300°C erwärmt und fließt durch die Heißwindhauptleitung 18 zu den Winddüsen (nicht dargestellt), wo der Heißwind in den HO 10 eingeblasen wird.
  • Das von dem HO 10 freigesetzte Gichtgas wird zumindest teilweise zu einer Gichtgasrückgewinnungsturbine 20 geleitet, um pneumatische Energie daraus rückzugewinnen. Das Bezugszeichen 22 gibt eine Abgasleitung an, die das Gichtgas zu einer untergeordneten Gasreinigungsanlage 24 trägt. Die untergeordnete Gasreinigungsanlage 24 kann einen Trockenabscheider 26 umfassen, der in Reihe mit einem Nassabscheider 28 verbunden ist. In der untergeordneten Anlage 24 kann eine beliebige geeignete Art von Reinigungstechnologie implementiert werden.
  • Der gereinigte Gichtgasstrom wird durch eine Leitung 30 über eine Vorwärmeinheit 32 der Turbine 20 zugeführt, um den gereinigten Gichtgasstrom aufzuheizen, der wegen des Reinigungsverfahrens in der Einheit 24 abgekühlt wurde. Das gereinigte Gichtgas dehnt sich in der Turbine 20 zu einem niedrigeren Druck und einer niedrigeren Temperatur aus und stellt einer Last 34 (hier als Stromerzeuger dargestellt), die an die Abtriebswelle der Turbine gekoppelt ist, mechanische Arbeit bereit. Das ausgedehnte Gichtgas stromabwärts der Turbine 20 kann anschließend zu dem Leitungsnetz des reinen Gases zurückgeleitet oder über eine Auslassleitung 31 zu einer Benutzer/Verbraucheranlage wie beispielsweise einem Kraftwerk befördert werden.
  • Es ist zu erkennen, dass die vorhandene HO-Anlage Mittel zum Entzug von Wärme aus dem verdichteten Kaltwind und zu deren zumindest teilweiser Übertragung zu dem gereinigten Gichtgas in der Vorwärmeinheit 32 umfasst. Dies wird vorteilhafterweise mittels eines Wärmetauschers 35 erzielt, der auf der Kaltwindhauptleitung 16 eingebaut ist, die die verdichtete kalte Luft zu den Regenerativöfen 14 befördert. Im Wärmetauscher 35 wird der Kaltwind in Wärmetauschbeziehung (jedoch ohne Vermischung) zu einem Wärmetauschfluid eines bei 36 angegebenen Wärmetauschkreislaufs gebracht. Der Wärmetauschkreislauf umfasst vorzugsweise ein Pumpsystem (nicht dargestellt), das das Wärmetauschfluid von dem Wärmetauscher 35 zu der Vorwärmeinheit 32 befördert, wo die entzogene Wärme zumindest teilweise zu dem gereinigten Gichtgas übertragen wird.
  • Der Entzug von Wärme aus dem Kaltwind zu deren Übertragung zu dem gereinigten Gichtgas stellt eine sehr vorteilhafte Art des Vorwärmens des gereinigten Gichtgases vor dessen Ausdehnung im TRT-System bereit. Dies erhöht auch den Wirkungsgrad der Regenerativöfen 14 und der Turbine 20. Im Vergleich zu bekannten Verfahren, bei denen die Wärme des Kaltwinds verloren ging und die Vorwärmung des gereinigten Gichtgases Brenner und dergleichen erforderte, erhält man eine Art von „selbst regulierender” Wirkung. Die Gasströmungsbedingungen stromauf- und -abwärts des HO stehen sogar miteinander in Verbindung und das Folgende ist ein Beispiel dafür, wie dies funktioniert.
  • Beispiel
  • Je höher der Gichtgasdruck (GGD) ist, desto höher ist der Heißwinddruck (HWD): HWD = GGD + dP, wobei dP der Druckverlust in der Windleitung, im Hochofen (HO) und in der Gasreinigungsanlage 24 vor der Turbine 20 ist (dP ist je nach den Besonderheiten des HO mehr oder weniger konstant und liegt im Bereich von 1,0–2,5 bar). Je höher der GGD ist, desto größer ist auch der Abfall der Gichtgastemperatur (GGT) während der Ausdehnung in der TRT 20.
  • Hier ist die Vorwärmung des gereinigten Gichtgases vor der TRT 20 von Interesse. Wenn das gereinigte Gichtgas nicht vorgewärmt wird, ist die GGT nach der TRT 20 niedrig, was zu Risiken der Vereisung der TRT 20 und zu einer Abnahme bei der Erzeugung elektrischer Energie im Stromerzeuger 34 führt. Wenn die GGT hinter der TRT 20 jedoch zu hoch ist, entstehen ebenfalls Probleme wie z. B. Überhitzung der Turbine 20 oder Verbrennen der Dichtungen im Leitungsnetz des reinen Gases stromabwärts der TRT.
  • Dadurch, dass das Gichtgas jedoch vor der TRT mit der aus dem Kaltwind rückgewonnenen Wärme vorgewärmt wird, wird ein vorteilhaftes Vorwärmschema erzielt, das eine automatische, geeignete Erwärmung bereitstellt. Wenn der Gichtgasdruck im HO erhöht wird, muss das Gebläse 12 diesen Druckanstieg ausgleichen und erhöht wird, muss das Gebläse 12 diesen Druckanstieg ausgleichen und wird der Kaltwinddruck erhöht, während die Kaltwindtemperatur dementsprechnd ansteigt.
  • Gleichzeitig steigt die Druckdifferenz an der Turbine 20 an. Es werden jedoch Vereisungsrisiken und dergleichen verhindert, da der Druckanstieg stromabwärts des HO einen Druck- und Temperaturanstieg im Kaltwind stromaufwärts des HO 10 und somit mehr verfügbare Wärme für die Übertragung vom Kaltwind zu dem gereinigten Gichtgas über den Wärmetauschkreislauf 36 zur Folge hatte.
  • In ähnlicher Weise nimmt bei einer Senkung des GGD (beispielsweise um den HO-Betrieb abzubrechen) die GGT vor der Turbine 20 ab, da der HWD ebenfalls zusammen mit der HWT gefallen ist, und ist weniger Wärme für die Vorwärmung des Gichtgases vor der TRT notwendig. Dies ist praktisch, da weniger Wärme von dem Kaltwind zur Verfügung steht, dessen Druck auch gesunken ist.
  • Zum Zwecke der Veranschaulichung wurden in 1 Temperaturen und Drücke an verschiedenen Stellen des Gasbehandlungskreislaufs des HO 10 angegeben. Diese Werte wurden berechnet. Man sieht, dass das Gebläse Druckluft bei einer Temperatur von 215°C und 5,1 barÜ in die Kaltwindhauptleitung 16 leitet. Nachdem er durch die Wärme abgebende Seite des Wärmetauschers 35 geströmt ist, hat der Kaltwind eine Temperatur von 105°C bei 5 barÜ.
  • Die Gichtgastemperatur fällt nach der Reinigung auf 45°C bei 2,3 barÜ. Das Gichtgas fließt anschließend durch den Wärme abgebenden Kreislauf des Vorwärmers 32, wo seine Temperatur auf 103°C bei 2,2 barÜ ansteigt. Der vorgewärmte Gichtgasstrom tritt dann in die Turbine 20 ein und verlässt diese bei 25°C und dem Druck des Leitungsnetzes.
  • Die Wärmeübertragung vom Kaltwind zum Gichtgas wird mittels des Wärmetauschkreislaufs 36 durchgeführt, der in Fluidverbindung mit der Wärme aufnehmenden Seite des Wärmetauschers 35 und der Wärme abgebenden Seite der Vorwärmeinheit 32 steht. Es ist anzumerken, dass die Temperatur des den Wärmetauscher 35 verlassenden Wärmetauschfluids in dem vorliegenden Beispiel 170°C beträgt; das Wärmetauschfluid hat hinter der Vorwärmeinheit 32 einen bedeutenden Teil der Wärme zu dem Gichtgas abgegeben und hat eine Temperatur von 75°C.
  • Aus diesem Beispiel geht hervor, dass dieses Betriebsschema ausreicht, um das Gichtgas vor der TRT vorzuwärmen, indem deren Wirkungsgrad mit einem Niveau erhöht wird, bei dem Risiken der Vereisung und Überhitzung vermieden werden. Mit anderen Worten: die selbst regulierende Wirkung erlaubt nicht nur das Aufheizen des Gichtgases vor der TRT, sondern stellt auch einen sicheren und geeigneten Betrieb des TRT-Systems in der HO-Anlage sowie auch für die Verbraucher stromabwärts der TRT bereit.
  • Obwohl in Bezug auf die Darstellung in 1 die aus dem Kaltwind entzogene Wärme unter herkömmlichen Betriebsbedingungen ausreichen kann, möchte man dem gereinigten Gichtgas stromaufwärts der Turbine 20 möglicherweise zusätzliche Wärme bereitstellen können. In 2 sind zwei alternative bzw. ergänzende Wege zur Durchführung davon dargestellt, wobei gleiche Bezugszeichen die gleichen Bestandteile der HO-Anlage angeben.
  • Zuerst kann mittels eines Brenners oder dergleichen, der bei 40 angegeben und im Wärmetauschkreislauf eingebaut ist, der Strömung des Wärmetauschfluids vom Wärmetauscher 35 zur Vorwärmeinheit 32 zusätzliche Wärme bereitgestellt werden. Darüber hinaus kann ein Vorwärmer 42 auf der Leitungsführung 30 des gereinigten Gases zwischen der Vorwärmeinheit und der Turbine 20 eingebaut werden. Es können beliebige Arten von Technologien für weitere Heizvorrichtungen 40 und 42, beispielsweise mit Wärmetauschern gekoppelte Brenner, eingesetzt werden.
  • Es bleibt anzumerken, dass die obige Beschreibung als Beispiel dient. Der Begriff „Wärmetauscher” umfasst hierin einen beliebigen Typ von Vorrichtung, bei der eine Strömung von Gas/Luft in eine Wärmetauschbeziehung zu dem anderen Gas oder Fluid Turbine gebracht werden kann, jedoch ohne miteinander vermischt zu werden. Es kann eine beliebige mit der Verwendung in einem Hochofen kompatible Technologie eingesetzt werden. Insbesondere Wärmerohre können zur Wärmeübertragung vom Kaltwind zum gereinigten Gichtgas verwendet werden, wobei der Kondensatorabschnitt in der Vorwärmeinheit 32 und der Verdampferabschnitt auf der Kaltwindseite angeordnet wären. Für die Expansionsturbine 20, die untergeordnete Gasreinigungsanlage 24, die Regenerativöfen 14 oder den Wärmetauschfluidkreislauf 36 ist darüber hinaus keine weitere Beschreibung erforderlich, da der Typ der Einrichtung und dessen Verwendung dem Fachmann bekannt sind.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 62074009 [0008]
    • FR 2663685 [0009, 0016]

Claims (11)

  1. Verfahren zur Rückgewinnung von Energie aus Hochofengichtgas in einer Hochofenanlage mit einem Gichtgas-Rückgewinnungsturbinensystem, wobei die Hochofenanlage mindestens einen Kaltwindverdichter (12), der mindestens einem Gebläseluftvorwärmer (14) zugeordnet ist, umfasst und wobei ein von dem Hochofen (10) freigesetzter unter Druck stehender Gichtgasstrom durch eine Gichtgasreinigungseinheit (24) geleitet und einer an eine Last (34) gekoppelten Expansionsturbine (20) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Wärme aus dem unter Druck stehenden Kaltwind entzogen wird und die entzogene Wärme zumindest teilweise zu dem gereinigten Gichtgas stromaufwärts der Expansionsturbine übertragen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vorwärmeinheit (32) zwischen der Gichtgasreinigungseinheit (24) und der Expansionsturbine (20), wobei die Vorwärmeinheit (32) Folgendes umfasst: einen Wärmetauscher mit einer von dem gereinigten Gichtgas durchströmten Wärme aufnehmenden Seite; und einer Wärme abgebenden Seite, der ein Wärmetauschfluid zugeführt wird, zu welchem die aus dem verdichteten Kaltwind entzogene Wärme übertragen wurde.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Kaltwindwärmetauscher (35) zwischen dem mindestens einen Kaltwindverdichter (12) und dem mindestens einen Gebläseluftvorwärmer (14), wobei der Kaltwindwärmetauscher (35) eine von dem verdichteten Kaltwind durchströmte Wärme abgebende Seite und eine Wärme aufnehmende Seite, durch welche das Wärmetauschfluid zirkuliert wird, aufweist.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass Wärme dem Wärmetauschfluid zugeführt wird, das in Richtung der Vorwärmeinheit stromaufwärts der Turbine strömt.
  5. Verfahren nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Wärme ferner dem gereinigten Gichtgasstrom stromaufwärts der Turbine zugeführt wird.
  6. Hochofenanlage umfassend: einen Hochofen (10), der mit einem Gebläseluftsystem mit mindestens einem Kaltwindverdichter (12) und mindestens einem Gebläseluftvorwärmer (14) verbunden ist, wobei verdichteter Kaltwind, der in dem mindestens einen Kaltwindverdichter (12) gebildet wurde, in dem mindestens einen Gebläseluftvorwärmer (14) erwärmt wird, um dem Hochofen (10) Heißwind bereitzustellen; eine Gichtgasreinigungseinheit (24), die von dem Hochofen (10) freigesetztes Gichtgas aufnimmt; eine Expansionsturbine (20) mit einer an eine Last (34) gekoppelten Abtriebswelle, wobei die Expansionsturbine (20) stromabwärts der Gichtgasreinigungseinheit (24) angeordnet ist; eine Vorwärmeinheit (32) zwischen der Gichtgasreinigungseinheit (24) und der Expansionsturbine (20) zum Aufheizen des gereinigten Gichtgasstroms; gekennzeichnet durch Mittel zum Entzug von Wärme aus dem verdichteten Kaltwind und zu deren zumindest teilweiser Übertragung zu dem gereinigten Gichtgas in der Vorwärmeinheit (32).
  7. Hochofenanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärmeinheit (32) einen Wärmetauscher mit einer Wärme aufnehmenden Seite, in welcher das gereinigte Gichtgas in Richtung der Turbine strömt, und einer Wärme abgebenden Seite, die für die Aufnahme von Wärme aus dem Kaltwind konfiguriert ist, umfasst.
  8. Hochofenanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass: ein Wärmetauscher (35) in dem Gebläseluftsystem stromaufwärts des mindestens einen Gebläseluftvorwärmers (14) eingebaut ist und eine Wärme abgebende Seite, der der verdichtete Kaltwind zugeführt wird, und eine Wärme aufnehmende Seite, die mit einem Wärmetauschfluidkreislauf verbunden ist, aufweist; und der Wärmetauschfluidkreislauf (36) mit der Wärme abgebenden Seite des Wärmetauschers in der Vorwärmeinheit (32) verbunden ist.
  9. Hochofenanlage nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Wärmerohre, die mit ihrem Kondensatorabschnitt in Wärmetausch mit dem gereinigten Gichtgas an der Vorwärmeinheit (32) und mit ihrem Verdampferabschnitt in Wärmetausch mit dem Kaltwind angeordnet sind.
  10. Hochofenanlage nach Anspruch 6, 7, 8 oder 9, gekennzeichnet durch eine weitere Vorwärmeinheit (42) in der Strömung des reinen Gichtgases zwischen der Vorwärmeinheit (32) und der Expansionsturbine (20).
  11. Hochofenanlage nach Anspruch 8 oder 10, gekennzeichnet durch eine Heizeinheit (40), die derart in dem Wärmetauschfluidkreislauf (36) angeordnet ist, dass sie dem zu der Vorwärmeinheit (32) strömenden Fluid zusätzliche Wärme bereitstellt.
DE112010005234T 2009-10-19 2010-10-18 Energierückgewinnung aus Gasen in einer Hochofenanlage Pending DE112010005234T5 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
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