DE1235349B - Verfahren und Vorrichtung zum Einspritzen von Brennstoffen in einen Schachtofen, insbesondere Hochofen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Einspritzen von Brennstoffen in einen Schachtofen, insbesondere Hochofen

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DE1235349B
DE1235349B DEC30328A DEC0030328A DE1235349B DE 1235349 B DE1235349 B DE 1235349B DE C30328 A DEC30328 A DE C30328A DE C0030328 A DEC0030328 A DE C0030328A DE 1235349 B DE1235349 B DE 1235349B
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DE
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mixture
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oil
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DEC30328A
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Raymond Limpach
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Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21BMANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B5/00Making pig-iron in the blast furnace
    • C21B5/001Injecting additional fuel or reducing agents
    • C21B5/003Injection of pulverulent coal
    • C21B5/004Injection of slurries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Liquid Carbonaceous Fuels (AREA)

Description

  • 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.

Claims (5)

  1. Patentansprüche: 1. Verfahren zum Einspritzen eines brennbaren Gemisches, bestehend hauptsächlich aus brennbarem Öl und pulverisierter Kohle, in einen Schachtofen, insbesondere Hochofen, wobei das brennbare Gemisch in einen Mischbehälter eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das brennbare Gemisch im 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 Drucks regelbar und der Betrag der Förderung des brennbaren Gemisches in der Zeiteinheit durch einfache Messung des Drucks bestimmbar ist.
  2. 2. Verfahren zum Einspritzen von Brennstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das brennbare Öl vor seiner Einführung in den Mischbehälter einer mechanischen Zerstäubung unterworfen wird und daß das Kohlepulver in den Strahl zerstäubten Öls eingebracht wird, worauf diese vorbereitete Mischung in eine Schleuse und dann in einen Einspritzbehälter eintritt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischbehälter, die Schleuse und der Einspritzbehälter auf erhöhte Temperatur gebracht werden, die in jedem von ihnen das Öl-Kohle-Gemisch auf der hinsichtlich seiner Homogenisierung günstigsten Temperatur hält.
  4. 4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Hochdruckbehälter (1 bzw. 13) mit einem inneren Rührwerk (3) und mehreren verschließbaren Öffnungen, nämlich einer Chargieröffnung (4, 5), einer Abfuhröffnung (6, 7), einer Öffnung zum Unterdrucksetzen des Gemisches (8, 9) sowie einer Öffnung zur Herstellung von Atmosphärendruck (10) in dem Behälter vor Wiederbeginn des Füllungs- und Entleerungszyklus, besitzt.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zum Einspritzen des Gemisches dienende Behälter (13) durch einen zum eigentlichen Mischen der Gemischbestandteile dienenden ersten Behälter (11) und einen auf diesen folgenden und als Druckschleuse dienenden zweiten Behälter (12) ergänzt ist. In Betracht gezogene Druckschriften: »Coat Age«, 66 (1961), H. 9, S. 26; »Steel«, 150 (1962), H. 15, S. 66 bis 69.
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