DE2051676A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Einspritzen von Heizöl in einen Hochofen - Google Patents

Description

Düsseldorf-Oberkassel 21.10.1970

Verfahren und Vorrichtung zum Einspritzen von Heizöl in

einen Hochofen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einspritzen von Heizöl in einen Hochofen, bei dem Heizöl in den Strom der durch eine Windform zugeführten Verbrennungsluft eingespritzt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

\n HnchHfen Der Einsatz von Heizöl im Austausch für Koks erfolgt durch Einblasen des Heizöls in den Hochofenwind, d.h. die dem Hochofen zugeführte Verbrennungsluft, und zwar innerhalb der Windformen.

Die Wirtschaftlichkeit der Heizölzugabe ist Jedoch erheblich begrenzt, weil oberhalb einer bestimmten ölmenge, im allgemeinen oberhalb 50 bis 100kg öl/t Roheisen, das Ersatz-Verhältnis, d.h. die durch den ölzusatz effektiv ersetzte Koksmenge von 1,5 auf unter 1,0 und tiefer absinkt, wobei gleichzeitig ein Schwarzqualmen auftritt, durch das sich unerwünschterweise aus dem Heizöl stammender Ruß im Gichtstaubsammler absetzt.

Man hat bereits versucht, die Menge des wirtschaftlich zusetzbaren Heizöls durch Beimischung von Additiven zum Heizöl zu erhöhen, jedoch mit nur begrenztem Erfolg. Auch eine bessere Zerstäubung der bisher praktisch nur .axial mit der Windströmung ausblasenden ölzufuhrdüsen ergab nicht den gewünschten Erfolg.

Aufgabe der Erfindung ist es, trotz einer Heizölzugabe von bis zu etwa 100 kg öl/t Rohelsen oder mehr ein günstiges Ersatz verhältnis zu erzielen und dabei Schwarzqualm-Bildung, d.h. unnötige Rußverluste zu vermeiden.

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Überraschenderweise hat sich erfindungsgemäß herausgestellt, daß dies dann erreichbar ist, wenn das öl von der Windform-Längsmitte aus in Radialriohtung zur Windform bzw. quer zur Formwindströmung in den Formwind eingespritzt wird, wobei sich ein Optimum an Wirtschaftlichkeit ergibt, wenn mit dem öl bis zu 15 Gew.-^, vorzugsweise bis zu 10 Gew.-#, Wasserdampf eingespritzt wird.

Dabei ist die Einspritzung des Öls in Radialrichtung dahingehend zu verstehen, daß das öl über einen erheblich breiteren Querschnitt quer Über den Windstrom eingespritzt und verteilt wird als bei den bekannten Verfahren. Diese erheblich bessere Heizölverteilung ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vor allem bereits innerhalb der Windform bzw. kurz vor deren Mündung gewährleistet, da die Möglichkeit jeglicher tiefer im Gestell erfolgender Vermischung wegen der relativ hohen Viskosität der Rauchgase im Hochofen begrenzt ist.

Trotz der mit dieser erfindungsgemäßen Heizöl-Einspritzung anfänglich gegebenen Abkühlung infolge Heizölspaltung wird

ein
innerhalb der Windform/unter Umständen zu hoher und an die Windformwände herangetragener Temperaturanstieg durch Zugabe von Wasser bzw. Wasserdampf zum Heizöl reduziert. Zwar ist die Zugabe von Heißdampf bzw. Wasserdampf an sich zwecks Verbrennungsbeschleunigung bekannt, nicht aber auch zur gleichzeitigen Kühlung bei einer über den Gesamtquerschnitt der Windform erheblich gleichmäßiger verteilten Heizölzugabe.

Da das erfindungsgemäße Verfahren im wesentlichen auf eine bessere Radialverteilung der Heizöleinspritzung abgestellt ist, können die damit erzielten Vorteile auch dann erzielt werden, wenn das öl radial schräg gegen die Formwindströmung eingespritzt wird.

Auf ähnliche Weise kann bei verändertem konstruktivem Aufbau der Windformen auch eine über den Windformquerschnitt gleichmäßiger verteilte öleinspritzung mittels vom Umfang

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der Windform vorgenommener und radial einwärts erfolgender Einspritzung Vorteile haben.'

Eine bevorzugt vorteilhafte Durchführung des Verfahrens wird mit einer Vorrichtung bzw. einer Öl-Einspritz-Düsenlanze erreicht, deren Düsenkopf im Bereich der Längsmitte einer Windform angeordnet ist und die erfindungsgemäß daduroh gekennzeichnet ist, daß der Düsenkopf mehrere über seinen Umfang verteilte und in Radialrichtung zur Windform bzw· unter einem steilen Winkel zur Windformströmung ausgerichtete Düsen aufweist.

Dabei können die einzelnen Düsen von einem zentralen Verteilungsraum ausgehen, in dem eine in Axialrichtung ausgerichtete Öl-Strömungsdüse angeordnet ist, vor der ein Wirbelraum vorgesehen ist, so daß sich innerhalb des Verteilungsraums eine Verwirbelung des Öl-Dampf-Gemisches ergibt.

Bei axial verlängertem Verteilungsraum können die Düsen auch Über eine größere axiale Strecke verteilt sein, womit statt einer nur relativ flachen radialen Einspritzebene eine axial erweiterte Einspritzzone ausgebildet werden kann, in die die einzelnen Düsen zusätzlich noch mit unterschiedlichem Einspritzwinkel einspritzen können. Dabei können sioh die Längsachsen der einzelnen Düsen bzw. ihre Einspritzrichtungen auch schneiden, so daß die Verwirbelung und Zerstäubung des Heizöls durch gegenseitige kinetische Beeinflussung der ölaustrittstrahlen verstärkt wird. Bei axial verteilten Düsen wird der Düsenkopf ledigljLch länger, so daß keinerlei zusätzliche Beeinträchtigung des freien StrömungsquerSchnitts in der Windform eintritt.

Eine zusätzliche Kühlung des Vorderendes der öl-Einspritzlanze wird erreicht, wenn der aus der Öl-Strömungsdüse in den Wirbelraum austretende ölfluß gegen die Innenfläche des in Windrichtung vorderen Endes des Verteilungsraums gerichtet ist.

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Die erfindungsgemäßen Merkmale sind im übrigen nicht auf Hochöfen beschränkt, sondern lassen sich auf alle analogen Zwecke anwenden.

Die Erfindung ist nachstehend in verschiedenen Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Längsschnitt-Darstellung der erfindungsgemäßen öleinspritzung innerhalb der Windform eines Hochofens,

Fig. 2 eine vergrößerte Längsschnitt-Darstellung eines erfindungsgemäßen DUsenkopfes und

Fig. J3 eine schematische Darstellung eines abgewandelten DUsenkopfes mit in drei verschiedenen Winkelstellungen eingestellten Düsen.

Gemäß Fig.1 ragt eine DUsenlanze 10 in eine z.B. wassergekühlte Windform 11, durch die z.B. auf 1000⁰C vorerhitzter Hochofenwind 12 z.B. mit 320 m/sec in das Gestell eines Hochofens eingeblasen wird. Durch die DUsenlanze 10 erfolgt die Zuführ des

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Öls 1j5 sowie über eine Leitung I5, dosiert z.B. durch ein Nadelventil, die Beimischung von je nach Betriebsweise des Hochofens veränderlichen Mengen an Wasserdampf 1($, der ohnehin für die unumgängliche ölvorwärmung mit z.B. 6 atü zur Verfügung steht. Die zugegebene Wasserdampfmenge kann je nach Betriebsweise des Hochofens unterschiedlich geregelt werden.

Im allgemeinen sind bis zu I5 Gew.-^ bezogen auf die ölmenge ausreichend. Bei normalen Bedingungen liegt das Optimum der Wirksamkeit jedoch bei Wasserdampfzusätzen von bis 10 Gew.-%, wobei eine Stabilisierung der mit dem öleinsatz normalerweise verbundenen Temperaturerhöhung erreicht wird.

Das Heizöl I3 wird durch den Düsenkopf 1 etwa mit 90⁰ (Pfeil a) quer zur Strömungsrichtung in den Windstrom eingespritzt, wobei die öleinspritzrichtung gemäß den schematisch in Pig.1 eingezeichneten Pfeilen auch etwas von 90° nach vorn (Pfeil b) bzw. zurück (Pfeil c) abweichen kann. Die D^üsenlanze 10 bzw. der Düsenkopf 1 braucht auch nicht genau zentrisch in der Längsmittelachse L angeordnet zu sein, sondern kann entsprechend der optimalen Strömungsrichtung des Hochofenwinds auch versetzt dazu liegen. Es können zudem auch mehrere radial verteilte DUsenköpfe 1 vorgesehen sein«

Der in Fig.2 vergrößert dargestellte Düsenkopf 1 besitzt eine Anzahl von z.B. 6 oder 8 bis 12 radial auswärts gerichtete einzelne Düsen 2 mit einem Durchmesser von beispielsweise 3 mm, mit denen sich ca 260 kg Heizöl je Windform und Düsenkopf einspritzen lassen, und zwar bei etwa j5 atü überdruck in der DUsenlanze 10 gegenüber dem Winddruck und einer Viskosität von 15 cSt mit einer Austrittsgeschwindigkeit von 25 m/sec. Die Entfernung des Düsenkopfs 10 von der vorderen Windformmündung beträgt z.B. 250 mm bei einem mittleren Durchmesser der Windform von 200 bis 300 mm.

Der Düsenkopf 1 besitzt einen zentrischen Verteilungsraum 3, von dem die Düsen 2 ausgehen und in den eine Öl-Strömungsdüse 4 hineinragen kann, der das öl 16 zwecks Kühlung gegen

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das vordere Ende 6 des Verteilungsraums 3 leitet. Vor der Öl-Strömungsdüse 4 entsteht damit zugleich ein Wirbelraum 5, von dem aus das öl 16 durch die Düsen 2 herausgespritzt wird.

Es kann auch ein axial verlängerter Düsenkopf 1a gemäß Fig.3 verwendet werden, bei dem das Heizöl über eine sich in Axialrichtung der Windform erstreckende Einspritzzone in den Hochofenwind 12 gelangt. Dabei kann der Einspritzwinkel der einzelnen Düsen auch gemäß den Pfeilen d, e und f in PIg.3 schräg gerichtet sein, insbesondere auch schräg gegeneinander, so daß gleichzeitig mit der gleichmäßigeren Verteilung der ölzufuhr über den Windformquerschnitt auch die Zerstäubung verbessert wird. Zudem kann der jeweils vordere DUsensatz eine zurückgerichtete Einspritzrichtung haben, um den Einfluß der Windgeschwindigkeit zu kompensieren.

Die Regelung der ölzufuhr kann durch Ändarung des Zufuhrdrucks, besser aber jedoch durch Auswechseln der DUsenköpfe 1 erfolgen, wofür DUsenköpfe für 50 Kg öl/h oder 60 kg öl/h etc. bereitgehalten werden können, so daß auch bei Änderung der ölzufuhr die optimale Einspritzcharakteristik beibehalten wird.

Eine weitere Möglichkeit, die Gleichmäßigkeit der Heizöleinspritzung zu verbessern, liegt darin, die Durchmesser der einzelnen Düsen systematisch unterschiedlich zu gestalten, so daß z.B. ein Düsensatz einen engeren und ein anderer DUsensatz einen äußeren Einspritzbereich bestreicht.

Schließlich kann die Gleichmäßigkeit der Heizöleinspritzung noch durch zueinander über dem Umfang des Düsenkopfes 1 winkelversetzte Anordnung zweier axial auf Abstand angeordneter Düsensätze erreicht werden.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Verfahren zum Einspritzen von Heizöl in einen Hochofen, bei dem Heizöl in den Strom der durch eine Windform zugeführten Verbrennungsluft eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das öl von der Windform-Längsmitte aus in Radialrichtung zur Windform bzw. quer zur Formwindströmung in den Formwind eingespritzt wird.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem öl bis zu 15 Gew.-^, vorzugsweise bis zu 10 Gew.-#, Wasserdampf eingespritzt wird,

   5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

   a) das öl wird von der Windform-Längsmitte aus in Radialrichtung zur Windform bzw. quer zur Formwindströmung in den Formwind eingespritzt,

   b) mit dem öl wird bis zu 15 Gew.-% vorzugaeise bis zu 10 Gew.-^, Wasserdampf eingespritzt.

   4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das öl radial schräg gegen die Formwindströmung eingespritzt wird.

   5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei im Bereich der Längsmitte einer Windform ein Düsenkopf zum Einspritzen des Heizöls angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkopf (1) mehrere über seinen Umfang verteilte und in Radialrichtung zur Windform bzw. unter einem steilen Winkel zitu Formwindströmung ausgerichtete Düsen (2) aufweist.

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   6. Vorrichtung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß Düsen (2) von einem zentralen Verteilungsraum (3) ausgehen, in dem eine in Axialrichtung ausgerichtete Öl-Strömungsdüse (4) angeordnet ist, vor der ein Wirbelraum (5) vorgesehen ist.

   7· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der aus der Öl-Strömungsdüse (4) in den Wirbelraum (5) austretende ölfluß gegen die Innenfläche des in Windrichtung vorderen Endes (6) des Verteilungsraums (j5) gerichtet ist.

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