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Verfahren und Vorrichtung zum Rückgewinnen von Gas aus Stahlöfen.
Die Erfindung betrifft die Beseitigung und das Wiedergewinnen von Abgas aus Stahlöfen,
insbesondere Sonderbauarten,z.B. Sauerstoffkonvertern und Blektrostahlöfen. Es wurden
ein Verfahren und eine Vorrichtung entwickelt, die das Wiedergewinnen solchen Abgases
aus dem Haubenteil dieser Öfen in Form eines gereinigten reduzierenden Gases, das
im wesentlichen mit Luft nicht verdünnt und frei von mitgerissenen Feststoffen ist,erlauben.
Hii übliches Verfahren zum Betreiben von Sauerstoffkonvertern und ähnlichen Stahlöfen
ist eine Schmelzreinigungsstufe vorhanden, in der Sauerstoff oder mit Sauerstoff
angereicherte Luft in den Ofen durch eine ßauerstofflanze eingeblasen wird. Das
entstehende Ofenabgas, das vorwiegend aus Kohlenmonoxyd zusammen mit mitgerissenen
Feststoffgartikeb, z.B. Eisenoxyd, besteht,
wird vom Ofen durch
einen oberen Auslaß, den sogenannten Mund, abgezogen und in einer-Gashaube gesammelt.
Die Haube umgibt den Mund, jedoch ist gewöhnlich ein Spalt zwischen Haube und Ofenmund
vorgesehen, wodurch das Einbringen von Luft in die Haube ermöglicht wird. Die Luft
dient zur Kühlung der Innenfläche der Haube und fördert die Belüftung. Der in der
Luft vorhandene Sauerstoffanteil reagiert sofort mit dem Kohlenmonoxyd. In der riaube
wird gewöhnlich ein Unterdruck aufrecht erhalten, und es wird ein Produktabgasstrom
wiedergewonnen, der Kohlenmonoxyd, Kohlendioxyd, Stickstoff und mitgerissene Feststoffteilchen
enthält.
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Der Produktgasstrom kann nicht in die Atmosphäre aus Gründen der Luftverunreinigung
ausgetragen werden, und der Strom muss daher gewaschen oder auf andere Weise zur
Beseitigung der Feststoffe behandelt werden. Aufgrund der obenbeschriebenen Verdünnung
durch Luft ist gewöhnlich eine grosse Leistung erforderlich, um die Abgase bei einem
statischen Druck zu behandeln, der hoch genug liegt, um eine zufriädenstellende
Gasreinigung zu erhalten, wenn solch eine Reinigung durch Verfahren und Vorrichtung,
wie in der U:S.-Patentschrift 2 604 185 oder einem ähnliche Vorgehen durchgeführt
wird. Hinzu kommt, dass der gereinigte Gasstrom für gewöhnlich ausgestossen wird,
da sein Heizwert aufgrund der Verdünnung mit Luft vernachlässigbar ist. Es erscheint
gewöhnlich notwendig, eine gewisse Luftmenge
in die Gashaube zur
Belüftung und aus verbrennungstechnischen Zwecken einzuführen, da in dem Fall, wo
keine Luft eingeführt wird, Teile des Abgases in die Atmosphäre um den Ofen entweichen.
Man arbeitet gewöhnlich mit luftüberschuB, und das gesamte Kohlenmonoxyd wird innerhalb
der Haube verbrannt. Die Haube kann nicht in geeigneter Weise um den Ofenmund durch
eine gasdichte Dichtung aus Rücksicht auf den Hauptprozeß angeordnet werden, da
der Ofen nach der Sauerstoffreinigungsstufe gekippt werden muss. Typische Ausführungsformen
von Haubenanordnungen und Auslegungen der Gesamtvorrichtung sind in den U.S.-Patentschriften
3 002 739, 2 908 737, 2 862 701, 2 847 206 und 2 803 450 genannt.
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Erfindungsgemäss wird eine Sorde in die Mittelzone der Haube nahe
dem Ofenmund eingeführt. Diese Sonde besteht aus einer Leitung zum Abführen des
Abgases von der Ofenhaube. Ein Teil des Ofenabgases wird dann getrennt vor der Verdünnung
mit Luft abgezogen und in die Zeitung hoch beschleunigt eingeführt. Eine Waschflüssigkeit,
z.B. Wasser, wird quer zum Hochgeschwindigkeitegasstrom am Rohreintritt eingesprüht,und
es wird ein Abkühlungsabwaschen nach der Artwie in der U.S.-Patentechrift 2 604
185 beschrieben, vorgenommen. Der entstehende Gasstrom wird dann durch eine Vorrichtung
zur Trennung der mitgerissenen Flüssigkeit geschickt, z.B. einer Vorrichtung, wie
eil in der 2 998 100 beschr leben ist. Der Gasstrom wird schliesslich durch Saugeinrichtungen,
z.B. ein Gebläse oder Ventilator, geführt. Der entstehende Produktgasstrom ist also
| sauber und mit Luft nicht verdünnt und daher geeignet zur Ver- |
| wendung als Brenngas.. |
| Das Verfahren hat folgende bemerkenswertVorteile o Der Abgas- |
| teil, der durch die Sonde abgezogen wirdv, wird m un$>®rbr,@?@i
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| und unverdünnten Zustand gesammelt und ist daher zur VenWjendung |
| als Brenngas g°«,-'l aAufgrund des Absiehens von Abgao wird |
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unverdünnt durch-Luft und verwendbar als Brennstoff.
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Ein Ziel der Erfindung richtet sich auch auf das getrennte Abziehen
eines Teils des Ofenabgases vom Haubenauslaß durch ein Gerät, das in den heißen
Hauptgasatrom eingebracht wird und den abgezogenen Teil gleichzeitig sprühreinigt.
| Roh |
| Auch richtet sich die Erfindung darauf, das gasvolumen und |
die Staubbeladung des Hauptabgasstromes zu vermindern, der aus der Haube tritt,
die um die sauerstoffblasende Lanzenöffnung in Sauerstoffkonvertern vorgesehen ist.
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Diese und andere Vorteile und Ziele der Erfindung läset die folgende
Beschreibung, in der auf die Figuren Bezug genommen wird, erkennen, in denen eine
Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist.
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Fig. 1 zeigt die Gesamtanordnung der Vorrichtung, Fig. 2 ist eine
Detailansicht einer bevorzugten Sondenart. In Fig. 1 ist der obere Teil des
Stahlofens 1 gezeigt, der mit einer feuerfesten Auskleidung 2 versehen ist. Der
Ofen 1 besitzt eine obere Mundöffnung, die bei Sauerstoffkonvertern als Gaaauslaƒ
sowie als Schmelzbeschickungseinlaß und Gießöffnung beim Kippen des Ofens dient.
Wird der Ofen 1 als Sauerstoffkonverter betrieben, so wird durch den Ofenmund auch
die Sauerstofflanze 3 eingeführt. Die Lanze 3 dient dazu, Sauerstoff oder mit Sauerstoff
angereicherte Luft in die sich im Ofen 1
befindende Schmelze einzublasen.
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Eine Haube 4 ist um den Ofenwund 1 herum angeordnet und dient dazu,
den Ofenabgasstrom 5 zu fassen. Die Haube 4 besitzt einen Abstand zur Wand des Ofens
1,und ein Belüftungsluftstrom 6 wird so in die Haube gezogen. Der Luftstrom 6 kehrt
das Abgas fort, hinauf in die Haube 4 und verhindert ein Entweichen des Abgases
in die umgebende Atmosphäre. Dies ist eine wichtige Funktion, da der Abgasstrom
5 bei einer sehr hohen Temperatur erzeugt und abgezogen wird und da auch der Strom
5 hauptsächlich aus Kohlenmonoxyd besteht, das sehr giftig ist und das in die Umgebungsluft
nicht entweichen darf. Auch ist der Strom 5 stark mit Staub beladen, der vorwiegend
aus Eisenoxyd besteht, bine andere wichtige Aufgabe besitzt der Luftstrom 6 noch.
Wie
| in |
| auf der Fig, 1 angedeutet, fegt der Strom 6 längs der Innenfläche |
der Haube 4 hinauf und dient so dazu, den unteren Teil der Haubenwand 4 zu kühlen.
Die Haube 4 wird auch von aussen durch einen Wassermantel 7 gekühlt, Da. der Luftstrom
6 'innerhalb der Haube 4 aufsteigt, findet eine Berührung zwischen Luft und Abgasstrom
5 statt. Dies führt zur Verbrennung im oberen Teil der Haube 4, woäurch der Sauerstoffgehalt
des Stromes 6 verbraucht wird. Schliesslich wird ein Gasstrom 8 von der Haube 4
abgezogen, der aus Kohlenmonoxyd, Kohlendioxyd und Stickstoff sowie mitgerissenen
Feststoffpartikeln besteht.
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Der Strom 8 wird dann behandelt, indem er gewaschen oder durch nicht
gezeigte Filter zur Entfernung der Feststoffe geschickt wird. Der saubere Gasstrom
wird dann in die Atmosphäre abgelassen, da
er einen sehr niedrigen
Heizwert aufgrund seiner Verdünnung wit dem Luftstrom 6 besitzt.
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Was den unteren Teil: der Haube 4 anbetrifft, so wird die Gassondeneinheit
9 durch die Wand der Haube 4 eingeführt, wobei der Einlaß in die Sonde 9 etwa in
der Mittelzone der Haube 4 " liegt, wo die Gaszusammensetzung praktisch gleich dem
Abgasstrom 5 ist. Andere geeignete Anordnungen für die Sonde 9 außer der Durchführung
durch die Haubenwand 4 stehen im Belieben eines jeden Fachmannes. So kann die .Sonde
9 z.B. durch den Raum zwischen Haube 4 und Ofen 1 eingeführt werden, hier kann die
Strömung des Luftstroms 6 und die Ki-pfwirkung des Ofens 1 jedoch etwas geschmälert
werden. Ein Teil cieo Abgasotroxnes 5 wird in die Sonde 9 gesaugt, dieser Teil wird
sofov.- auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigt und besprüht tuid gereinigt,
indem Waschflüssigkeit quer eingesprüht wird. Der Staubgehalt des Gasstromes wird'so
in der flüssigen Phase beseitigt, der entstehende Gasstrom 10 sowie die mitgerissene
Flüssigkeit wird durch die Sonde 9 nach oben gerissen. Der Mischstrom wird nun vorzugsweise
durch eine Trennvorrichtung, z.B. ein Zyklon 11, zur Beseitigung von mitgerissenen
Flüssigkeitströpfchen und-nabel geführt. Die angesammelte Flüssigkeit sowie
die
aus dem Gasstrom ausgewaschenen Festteilchen werden vom Zyklon 11. über
12 abgeführt. Die Einheit 11 kann aber'-auch aus einer Trennvorrichtung für die
mitgeroissenen Teilchen, wie in der U.S.-Patentschrift 2 998 100 beschrieben oder
anderen geeigneten Vorrichtungen bestehen.
Der Gasstrom wird aus
der Trennvorrichtung 11 und durch die Leitung 13 durch das.Kreiselgebläse 14 abgezogen.
Andere geeignete Gebläsearten oder Gasbrderer könnei2 zu diesem Zweck eingesetzt
werden. Der sich ergebende Gasstrom 15 wird aus dieser Vorrichtung nun'über die
Leitung 16 ausgetragen. Der Strom 15 ist ein sauberes Gas, das hautpsächlich aus
Kohlenmonoxyd besteht und zur Verwendung als Heizbrenngas oder für andere Zwecke
geeignet ist.
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In der Fig. 2 ist die bevorzugte Gassondenvorrichtung genauer gezeigt.
Die Sonde 9 besitzt innere und äussere Kanäle '17 und 18. Der. Abgasstrom 5 wird
in den inneren Kanal 17 gesaugt und auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigt,
während die
| Waschflüssigkeit 19 durch 20 in den Ringraum zwischen den Ka- |
| eil, |
| nälen 17 und 18 £reten gelassen wird. Der Strom 19 bewegt sich |
durch diesen Kreisringraum vorwärts und tritt durch Öffnungen 21 in den Gasstrom
in Form von Flüssigkeitsstrahlen aus. Diese Flüssigkeitsstrahlen werden in den Hochgeschwindigkeitsgasstrom
in einer Richtung im wesentlichen quer zum Gasstrom eingeführt. Eine Abkühlungsreinigung
erfolgt von der Art, wie sie in der U.S.-Patentschrift2 604 185 beschrieben ist.
Der entstehende.gekühlte und gereinigte Gasstrom 10 strömt dann zusammen mit den
mitgerissenen-Flüssigkeitspartikeln durch den inneren Kanal 17, um einer obenbeschriebenen
Behandlung ausgesetzt zu werden.
Der Flüssigkeitsstrom 19 übt eine
zusätzliche Wirkung aus, bevor er in den Gasstrom durch Öffnungen 21 geblasen wird*
Beim Durchfluß durch den Ringraum zwischen den Kanälen 17 und 18 dient der Flüssigkeitsstrom
19 als Kühl- und Isoliermittel, wodurch eine Überhitzung der Zeitung 18 sowie eine
Wiedererwärmung des gekühlten Gasstromes 10 vermieden wird. Der Flüssigkeitsstrom
19 besteht vorteilhaft aus Wasser; hierbei sollte die Dampfauslaßleitung 22 und
der Abzug 23 vorgesehen sein, um möglichen Dampf, der im Ringraum zwischen den Zeitungen
entstehen kann, abzuleiten.
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Verschiedene Abänderungen können an der Sonde ausser den in den in
der Fig. 2 gezeigten vorgenommen werden. So kann z.B. eine Flüssigkeit, die aus
Kohlenwasserstofföl besteht, als Kühlmittel anstelle von Wasser verwandt werden.
Hierbei würde der Vorteil darin bestehen, dass der Produktgasstrom
10 mit
einem vernachläasigbaren Wasserdampfgehalt geliefert würde. In einigen Fällen,
wenn ein erheblicher Anteil an Heizgas erzeugt werden eoll, kann der Flüssigkeitsstrom
19 aus einer leichten Kohlenwasserstofffraktion bestehen, hierbei würde eine teilweise
Crackung und Gasbildung des Kohlenwasserstofföls erreicht werden. Irgendeine Art
der Sondenkühlung, wie z.B. der durch den Flüssigkeitestrom
zwischen den
Kanälen 17 und 18 oder einer anderen Yqntelkühlung erreichten Kühlwirkung ist vorzuziehen,.
um die Zebenedauer der Acceesorien durch eine Verhinderung der Überhitzung
zu
verlängern. Diese Sonde kann natürlich auch mit innerer Wärmeisolation oder andersartigen
Kühlmitteln betrieben werden oder sogar ohne eine Kühlung. Im letzteren Fall würde
man eine einzige Zeitung verwenden. Eine Vielzahl von Düsen müsste am Zeitungseintritt
angebracht werden, und die Kühlreinigungsflüssigkeit muss zu den Düsen über ein
geeignetes Zuführrohr
| innerhalb der Zeitung geliefert werden. Au*lle Fälle ist es
not- |
wendig, dass der Abgasstrom 5 in die Zeitung von der Kittelzone vor der Verdünnung
mit Luft abgezogen_wird, um die erfindungsgemässen Aufgaben zu erreichen. Auch muss
die Zeitung eine relativ geringe Querschnittsfläche haben, damit das Gas unmittelbar
auf eine hohe Geschwindigkeit in der Sonde vor der Kühlreinigung beschleunigt wird.
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Beispiel Die Anwencung der Erfindung auf Industrieanlagen soll nun
beschrieben werden. Ein typischer Sauerstoffkonverter verbraucht 308 Nm 3
(10 800 SCFM) Lanzensauerstoff während der Blasperiode pro Minute. Abgas'wird bei
einer Temperatur von etwa 1430 bis 1490o0 (2900°F to 30000F) verwendet. In diesem
Fall werden vier Sonden verwendet, um das Abgas aus der Haube abzuziehen. Jede Sonde
wird von einem 10" Rohr mit Kreisquerschnitt gebildet, und eine hohe Gasgeschwindigkeit
von 122 m/Sek. (400 FPS) wird in der Zeitung aufrechterhalten. So wird ein relativ
hohes Gasvolumen von 368 m3/Mirio an gesättigtem Gas behandelt, was
154
m3/Sek. (5400 CFM) an trockenem Kohlenmonoxyd entspricht. Diese Menge entspricht
77 Nm3lMin. an Lanzensauerstoff (2700 St;FM). Unter diesen Bedingungen werden etwa
80% des Gesamtabgases durch die vier Sonden abgeführt, das eine hohe Staubbeladung
von (englischer Text: 40-50 grjSCFD) aufwies. Hieraus ist leicht zu ersehen, dass
die Grösse der Hauptreinigungsanlage, die zur Behandlung des Haubengasstromes erforderlich
ist, ganz erheblich im Umfang herabgesetzt werden konnte. Durch die Verminderung
des verbleibenden Haubengasvolumens, die in dem obigen Beispiel erreicht wird, wird
eine weitergehende Vereinfachung der Gesamtanlage zustandegebracht. In einigen Fällen
kann der reine Haubengasstrom so klein sein, dass er einfach in die Atmosphäre durch
einen Haubenkamin ohne Reinigung zur Beseitigung der Feststoffe abgelassen werden
kann. Die Ofenhaube kann,wie ersichtlich ist, selbst ohne den üblichen Schornstein
betrieben werden. D.h. die Haube kann über der Ofenöffnung als geschlossene Einheit
angeordnet sein, ohne einen üblichen oberen GasauslaB. Nach dieser anderen Ausführungsform
würde das Abziehen des gesamten Gases aus der Haube über Sonden erfolgen. Nach dieser
Anordnung wird eine Haubengasreinigung völlig vermieden, und zwar zusätzliche zu
den verschiedenen obengenannten Vorteilen der Sonde. Der von den Sonden kommende
Prdduktabgasstrom ist dann aber etwas mit Luft verdünnt; da die gesamte, in die
Haube eintretende Luft durch die Sonden abgezogen werden müsste. Das in `die Haube
eingesaugte Luftvolumen würde selbstverständlich auf ein Minimum durch einen besonderen
Entwurf und
die entsprechende physikalische Auslegung von Haube
und Ofenöffnung herabgesetzt.,Zusätzlich kann eine Vielzahl von Sonder hierbei verwandt
werden, wobei einige der Sonden in der IUtte der Haube angeordnet sind, so dass
selektiv Abgasströme, die frei von Luft sind, wiedergewonnen werden. Andere Sonden
werden nahe dem Außenumfang der Haube eingesetzt und dienen zum Wiedergewinnen getrennter
Abgasströme, die einen erheblichen Anteil an in die Haube gesaugterluft zusammen
mit dem Anteil an Ofenabgas enthalten.