-
Verfahren und Vorrichtung zum Einspritzen von Brennstoffen in einen
Schachtofen, insbesondere Hochofen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zum Einspritzen eines hauptsächlich aus brennbarem Öl und pulverisierter Kohle zusammengesetzten
Gemisches in einen Schachtofen, insbesondere einen Hochofen, sowie auf eine Vorrichtung
zur Durchführung dieses Verfahrens.
-
Es kann wichtig sein, in einen Hochofen, und zwar im besonderen durch
die Windformen dieses Hochofens, ein Brennstoffgemisch einzuspritzen, das einerseits
aus brennbarem Öl, z. B. auf 110° C vorgewärmtem Schweröl, und andererseits aus
pulverisierter Kohle besteht. Die Bedeutung dieses Verfahrens liegt ebenso in der
Möglichkeit, einen regelmäßigen Gang des Hochofens zu erreichen, wie in der Aussicht,
die Gestehungskosten je Erzeugungseinheit zu verringern und die Erzeugungskapazität
zu steigern.
-
Die industrielle Anwendung dieses Verfahrens bietet jedoch Schwierigkeiten.
Zum Beispiel muß das Öl-Kohlepulver-Gemisch über eine gewisse Entfernung befördert
werden, ehe es unter einem von den örtlichen Verhältnissen abhängigen Druck eingespritzt
wird. Hierzu hat man Versuche mit Pumpen gemacht, die im Fall besonders schweren
vorgewärmten Öls verwendet wurden, aber die Ergebnisse waren sehr enttäuschend,
und man konnte daraus schließen, daß solche Pumpen sich durchaus nicht zur Verteilung
eines Gemisches aus brennbarem Öl und Kohlepulver eignen. Es gibt auch Schlammpumpen,
die besonders für das Pumpen verunreinigter Wässer geschaffen wurden, aber sie halten
nur sehr kurze Zeit der zerstörenden Wirkung des auf eine Temperatur von 110° C
gebrachten Gemisches aus Öl und Kohlepulver stand.
-
Es sind bereits Verfahren und Vorrichtungen bekannt, bei denen Feststoffe
mittels Luft als Träger transportiert werden. Auch ist insbesondere eine Vorrichtung
zum Transport von Kohleteilchen mittels Preßluft bekannt, die im wesentlichen nach
dem bekannten Prinzip des Fließbettverfahrens arbeitet.
-
Eine andere bei der Verwendung eines solchen Gemisches auftretende
Schwierigkeit besteht beim Messen der Fördermenge. Mit den laufend verwendeten Geräten
ist diese Messung praktisch unmöglich, denn diese Geräte sind Verstopfungen in den
Leitungen ausgesetzt oder widerstehen nicht lange der Abnutzung, oder sie ergeben
keine genaue Messung.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Einspritzen eines brennbaren Gemisches, bestehend hauptsächlich aus brennbarem
Öl und pulverisierter Kohle, in einen Schachtofen, insbesondere Hochofen, zu entwickeln,
bei dem die Aufbereitung des Gemisches einfacher, schneller und gründlicher erfolgt
als bei den bisher bekannten Verfahren und welches die Einspritzung des Gemisches
erleichtert sowie eine einfache Messung der Fördermenge ermöglicht.
-
Demgemäß besteht das erfindungsgemäße Verfahren im wesentlichen darin,
däß das in einen Mischbehälter eingebrachte brennbare Gemisch in diesem Mischbehälter
einer Rührwirkung unterworfen wird und daß es derart unter Druck gesetzt wird, daß
die diesem Druck proportionale Austrittsmenge des brennbaren Gemisches durch Veränderung
des Druckes regelbar und der Betrag der Förderung des brennbaren Gemisches in der
Zeiteinheit durch einfache Messung des Druckes bestimmbar ist.
-
Das Druckmittel, vorzugsweise Gas oder Luft, dient bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren nicht als Transportmittel, sondern übt in dem Druckbehälter, weil das
schlammartige öl-Kohle-Gemisch im wesentlichen inkompressibel ist, eine kolbenartige
Wirkung auf die freie Oberfläche der Mischung aus. Dadurch wird das Gemisch in den
entsprechenden Rohrleitungen zum Schachtofen und durch entsprechende Austrittsöffnungen
in den Schachtofen eingedrückt bzw. eingespritzt.
-
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Einspritzen eines
hauptsächlich aus brennbarem Öl
und pulverisierter Kohle bestehenden Gemisches,
die im wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, daß sie
einen Hochdruckbehälter
mit einem inneren Rührwerk und mehreren verschließbaren Öffnungen, nämlich einer
Chargieröffnung, einer Abfuhröffnung, einer öfffnung zum Unterdrucksetzen des Gemisches
sowie einer Öffnung zur Herstellung von Atmosphärendruck in dem Behälter vor Wiederbeginn
eines Füllungs- und Entleerungszyklus, besitzt.
-
Um eine stetige Brennstoffzufuhr herbeizuführen, wird der zum Einspritzen
des hauptsächlich aus brennbarem Öl und Kohlepulver zusammengesetzten brennbaren
Gemisches dienende Behälter durch einen zum eigentlichen Mischen der Gemischbestandteile
dienenden ersten Behälter und einen auf diesen folgenden und als Druckschleuse dienenden
zweiten Behälter ergänzt, wobei jeder dieser Behälter mit den zu seiner Funktion
erforderlicher. Zubehörteilen ausgerüstet ist.
-
Die Zeichnung stellt zum besseren Verständnis der Erfindung dienende
Ausführungsbeispiele ohne einschränkende Bedeutung schematisch dar. Der Einfachheit
halber wurden bei keinem der Behälter die zugehörigen Heizvorrichtungen dargestellt.
-
Die F i g. 1 gibt schematisch einen bis zum Niveau 2 mit dem öl-Kohlepulver-Gemisch
gefüllten Behälter 1 wieder, der mit dem Rührwerk 3 versehen ist, das dem Gemisch
eine möglichst vollkommene Gleichförmigkeit erteilen soll. Das Gemisch wird in den
als Hochdruckbehälter ausgeführten Behälter 1 durch die Leitung 4 eingebracht; nach
Füllen des Behälters 1 wird das Absperrorgan 5 geschlossen. Bei Öffnen der Absperrorgane
7 und 9 fließt der Brennstoff durch die Leitung 6 ab, sobald man durch die Leitung
8 ein Gas mit hinreichend hohem Druck zur Überwindung der Strömungswiderstände einleitet,
denen der durch die Leitung 6 fließende Brennstoff begegnet. Bekanntlich ist bei
einer Leitungsanordnung, die einen gegebenen Druckverlust herbeiführt, die in die
Leitung 6 fließende Fördermenge proportional dem Druck des durch die Leitung 8 eingeleiteten
Gases. Nach Entleerung des Behälters 1 werden die Absperrorgane 7 und 9 geschlossen.
Der Behälter 1 wird dann durch Öffnen des Absperrorgans 10
auf Atmosphärendruck
gebracht und kann nach öffnen des Absperrorgans 5 von neuem durch die Leitung 4
gefüllt werden. Die Arbeitsweise dieser Vorrichtung ist im wesentlichen diskontinuierlich,
da der Behälter seines Inhalts entleert werden muß, bevor er neu gefüllt und eine
neue Entleerung eingeleitet wird.
-
Die F i g. 2 zeigt eine der vorangehenden ähnliche Vorrichtung, die
jedoch eine fortlaufende Abgabe einer Mischung von brennbarem Öl und pulverisierter
Kohle gestattet.
-
In dem auf Atmosphärendruck befindlichen Behälter 1 werden das brennbare
Öl und das Kohlepulver gemischt und aus ihm in den als Druckschleuse dienenden Behälter
2 übergeleitet. Dieser letztere wird dann unter einen etwas höheren Druck gesetzt,
als im Behälter 3 herrscht, und das Gemisch wird in diesen Behälter 3 entleert,
von wo es fortlaufend auf eine oder mehrere Leitungen 4 verteilt wird. Es ist zu
bemerken, daß der im Behälter 3 herrschende Druck selbst eine Funktion der Fördermenge
ist, die man in die Leitungen 4 fließen lassen will.
-
Durch die Erfindung ist es namentlich möglich, in wirtschaftlicher
Weise das Einspritzen eines Gemisches von brennbarem Öl und Kohlepulver in einen
Hochofen mit einfachen Mitteln von geläufiger Bauart durchzuführen. Eine weitere
Bedeutung der Erfindung liegt darin, daß mit ihrer Hilfe in genauer Weise die Fördermenge
des Gemisches je Zeiteinheit durch einfache Messung des Druckes des zum Unterdrucksetzen
des Gemisches verwendeten Gases festgestellt werden kann.
-
Gemäß einer vorteilhaften Abwandlung des beschriebenen Verfahrens
wird das brennbare öl auf eine Temperatur vorgewärmt, bei der es hinreichend
flüssig ist, um sehr leicht in den zum Mischbehälter führenden Leitungen fließen
zu können; hierauf wird das Öl vor seiner Einführung in den Mischbehälter einer
mechanischen Zerstäubung unterworfen, und es wird das Kohlepulver in den Strahl
zerstäubten Öls eingebracht, worauf dieses vorbereitete Gemisch in den Mischer,
dann in die Schleuse und endlich in den Einspritzbehälter eintritt.
-
Diese Art des Verfahrens hat den Vorteil, die Vergleichmäßigung des
Gemisches zu begünstigen, indem jedes Kohleteilchen mit einem ölhäutehen überzogen
wird. Sie ist besonders vorteilhaft im Fall der fortlaufenden Speisung des Behälters
13.
-
In der Praxis wird das brennbare Öl auf eine Temperatur vorgewärmt,
die je nach dessen Qualität zwischen 80 und 120° C wechselt; diese beiden Temperaturen
sind so gewählt, daß einerseits ein Kracken des Brennstoffs vermieden, andererseits
eine hinreichende Dünnflüssigkeit des Brennstoffs gesichert wird.
-
Das gemäß der eben beschriebenen Variante hergestellte Vorgemisch
wird nacheinander in den Mischbehälter, dann in die Schleuse und endlich in den
Einspritzbehälter eingebracht. Diese drei Behälter können vorteilhaft jeder mit
einer unabhängigen Beheizung ausgerüstet sein, die es ermöglicht, in jedem von ihnen
das Kohle-Öl-Gemisch auf der vom Standpunkt der Homogenisierung besten Temperatur
zu erhalten.
-
In jedem Fall ist diese Temperatur durch Versuch festzustellen, denn
sie hängt von der Viskosität des Öls, der Körnung der Kohle und dem im Gemisch enthaltenen
Kohleanteil ab. Die durch Versuch gefundenen günstigsten Temperaturen variieren
zwischen 60 und 120° C. Diese Temperaturerhöhung ermöglicht, nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren Kohle-Öl-Gemisch mit einem sehr hohen Anteil pulverisierter Kohle (z.
B. von 65 bis 70 Gewichtsprozent des Gemisches) zu verwenden. In diesem besonderen
Fall liegt die optimale Erwärmungstemperatur annähernd zwischen 90 und 110° C.
-
Ein weiterer Vorteil der oben beschriebenen Verfahrensabwandlung besteht
darin, daß zur Bildung des Gemisches feuchtes Kohlepulver verwendet werden kann.
In dieser Hinsicht müßte man eigentlich befürchten, daß bei Verwendung feuchter
Kohle (z. B. mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 5 bis 10%) die Dampfbildung im Gemisch
von einem hinreichend starken Schäumen begleitet wäre, das die gute Arbeitsweise
der Vorrichtung stören würde. Es wurde indessen festgestellt, daß die Nachteile
dieses Schäumens leicht aufgehoben werden können, indem man das R'ü'hrwerk in Betrieb
hält.
-
In F i g. 3 der Zeichnung ist ein ausführlicheres Beispiel einer nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Anlage schematisch dargestellt.
-
Die Kohle ist in einem Trichter 24 von 2501 Inhalt gespeichert, von
wo sie entnommen und dem Vormischer 25 zugeführt wird. Das in einem Behälter
26
von 30001 Inhalt gespeicherte, besonders schwere brennbare
Öl wird auf 80 bis 100° C erwärmt und zum Vormischer 25 gepumpt; in zwei gegenüberstehenden
Wänden desselben sind zwei Einspritzdüsen 27 vorgesehen, die das Ö1 zerstäuben;
die Kohle fällt durch den Ölnebel und wird gleichmäßig benetzt, ehe sie in den eigentlichen
Mischbehälter 11 von 3501 Inhalt fällt, der mit Hilfe einer mit 250 bis 500 U/min
umlaufenden Schnecke 28 die Vergleichmäßigung des Gemisches bewirkt und aufrechterhält.
-
Die Anordnung des Vormischers 25 verhindert die Bildung von Kohleklümpchen.
-
Von dem Mischbehälter 11 fließt das Gemisch über ein Ventil mit einem
Gesamthub von 80 mm in einen zweiten Behälter 12 von 2001 Inhalt, der als Schleuse
dient; von dieser Schleuse fließt das Gemisch über ein Ventil mit 50 mm Hub in den
eigentlichen Einspritzbehälter 13 von 2001 Inhalt. Die Schleuse und der Einspritzbehälter
sind ebenfalls mit Rührschnecken 29 bzw. 30 ausgestattet. Die drei Behälter sind
mit Dampfheizung, Temperaturreglern, Thermometern und Manometern versehen.
-
Die Fördermengen sind in Abhängigkeit vom ausgeübten Druck oder vielmehr
vom Druckunterschied zwischen dem Einspritzbehälter und der Düse des Hochofens regelbar;
der Druckverlust zwischen dem Einspritzbehälter bis zur Düsenmündung hängt vom Durchmesser
und der Länge des Leitungssystems, der Temperatur und der Beschaffenheit des Gemisches
ab.
-
Vor Einleitung der Kohlezufuhr wird ein Drittel des erforderlichen
Öls in den Mischbehälter 11 gepumpt, erst dann wird die Kohle hinzugefügt; nach
beendetem Einbringen der Kohle und des Öls wird der Schlamm während 5 Minuten gut
gemischt. Nachdem das Absperrorgan 22 geschlossen und die Schleuse mittels des Absperrorgans
23 in Verbindung mit der Außenluft gebracht wurde, wird das Absperrorgan 21 geöffnet,
und der Schlamm fließt in die Schleuse. Während dieser ganzen Zeit laufen die Schnecken
in den drei Behältern dauernd um. Es wird dann das Absperrorgan 21 geschlossen,
der Schleusenbehälter 12 über das Absperrorgan 3 unter einen den Einspritzdruck
im unteren Behälter 13 etwas übersteigenden Druck gesetzt und das Absperrorgan 22
geöffnet; der Schlamm kann nunmehr in den Einspritzbehälter fließen. Sobald das
Absperrorgan 21
geschlossen ist, wird die Zufuhr von Kohle und Öl wieder in
Gang gesetzt. Der Druck im Einspritzbehälter 13 und im Schleusenbehälter wird mit
Hilfe von Reduzierventilen geregelt, und die Zufuhr von Druckluft kann durch Magnetventile
unterbrochen werden. Ein Freifluß-Kugelventil am Ausgang des Einspritzbehälters
13 ermöglicht das zeitweilige Unterbrechen des Schlammflusses.
-
Die Temperatur des Gemisches in jedem Behälter wird durch Thermostaten
geregelt, die z. B. durch Zweipunktregelung Magnetventile in den Dampfzuleitungen
steuern.