DE2051676C - Verfahren und Vorrichtung zum Zusetzen von Heizöl in einen Hochofen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zusetzen von Heizöl in einen Hochofen, bei dem Heizöl innerhalb einer Windform mit einer mindestens erheblichen Richlungskomponente quer zum Strom des durch die Windform zugeführten, insbesondere hocherhitzten, Blaswindes zugesetzt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Der Einsatz von Heizöl im Austausch für Koksanteile in Hochöfen erfolgte bisher durch Einsprühen des Heizöls in den Hochofenwind, d.h., die dem Hochofen zugeführte Verbrennungsluft, und zwar innerhalb der Windformen.

Die Wirtschaftlichkeit dieser 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 bis auf unter 1,0 und niedriger absinkt, wobei gleichzeitig ein »Schwarzqualmen« auftritt, durch das sich unerwünschterweise aus dem Heizöl stammender Ruß im Gichtstaubsammler absetzt, wodurch

ίο ein entsprechender Verlust an Brennstoff verbunden ist.

Man hat bereits versucht, die Menge des wirtschaftlich zusetzbaren Heizöls durch Beimischen von Additiven zum Heizöl sowie durch Zugabe von Wasser in emulgierter Form (z.B. 15 bis 7O°/o Wasser gemäß USA.-Patentschrift 2 175 517) zu erhöhen, jedoch mit nur vergleichsweise begrenztem Erfolg. Auch eine Verbesserung der Mechanik der bisher ausschließlich angewandten Zerstäubung der in die

ao Windströmung ausblasenden Ölzufuhrdüsen ergab nicht den gewünschten Erfolg. Andererseits ist aber eine solche Zerstäubung, d. h., die Zugabe von Heizöl zum Hochofenwind in Form eines ölnebels mit feinsten Tröpfchen, welcher sich unmittelbar vor der öldüse bildet, selbst dann auch weitgehend erfolglos, wenn dl·; ölzufuhrdüsen tür das Einsprühen in den Hochofenwind eine radiale Richtungskomponente aufweisen (Techn. Mitt. 56. Jahrgang, Heft 10, S. 410) oder sogar gegen die Windstromrichtung eingesprüht wird (Klepzig Fachberichte, Juli 1969, S. 478).

Auch wenn die ölzufuhrdüsen für das Einsprühen des Heizöls am Innenumfang der Windform angeordnet werden (deutsche Offenlegungsschrift 1 814 615), ist die Eindüsung des Öls unbefriedigend, und zwar zusätzlich insbesondere deshalb, weil bei einer Mehrzahl von um den Innenumfang verteilten Düsen sich diese wegen der hohen Temperatur leicht zusetzen und nur mit unverhältnismäßig hohem Aufwand arbeitsbereit gehalten werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Heizöldüsung in einen Hochofen gegenüber den bekannten Verfahren insbesondere sowohl hinsichtlich eines günstigeren Ersatzverhältnisses, d. h., unter Vermeidung von Rußverlusten, als auch vor allem durch eine wesentliche Erhöhung des wirtschaftlich möglichen gesamten ölzusatzes zu verbessern, und zwar bei gleichzeitiger Gewährleistung einfacher und zuverlässiger Verfahrensbedingungen.

Überraschenderweise hat sich erfindungsgemäß herausgestellt, daß dies bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dann erreichbar ist, wenn das Heizöl von einem in der Windformachse liegenden Düsenkopf radial auswärts in Form von Einspritzstrahlen mit einer Austrittsgeschwindigkeit in den Blaswindstrom eingespritzt wird, bei der das Heizöl bis nahe an die Blasforminnenwand verteilt wird.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erheblich verbesserte gleichmäßige Verteilung des eingedüsten Öls über den gesamten Querschnitt der Hochofenwindformen wird dabei durch ein vorteilhaftes Verhältnis der Geschwindigkeit des Öls bei der Zugabe in bezug zur Windgeschwindigkeit erreicht, so daß das öl nach seinem Austritt aus der Düse den Wind zunächst in Form weitgehend geschlossener Strahlen durchdringt und dann bis zum Bereich des äußeren Düsenquerschnitts fein verteilt wird.
Bei für Hochöfen üblicher Geschwindigkeit und

Temperatur des Windes beträgt die Ajstrittsgeschwindigkeit der Einspritzstrahlen des Heizöls erfindungsgemäß beispielsweise 25 m/sek, wobei die Einspritzstrahlen auch nahezu rechtwinklig in den Blaswindstrom eingespritzt werden können. Diese Einspritzgeschwindigkeit entspricht also größenordnungsmäßtg praktisch einem Zehntel der Windgeschwindigkeit, ist jedoch im einzelnen an die jeweils herrschenden Einzelbedingungen des Hochofens anzupassen.

Damit die erfindungsgemäß breite Verteilung des eingedüsten Öls über den Windformquerschnitt noch innerhalb der Windform erreicht wird, erfolgt die öleinspritzung in einem gewissen Abstand von der Wenn das Wasser dem öl als Wasserdampf zugemischt wird, erfolgt neben einer feinen Verteilung des Wassers im öl zugleich die notwendige Anwärmung des Öls (auf z. B. 120° C).

Bei einer speziell für die Durchführung des vorstehend genannten Verfahrens ausgebildeten Verrichtung läßt sich eine vorteilhaft günstige Kühlwirkung des Düsenkopfes bei gleichzeitiger Bildung eines ruhigen Einspritzstrahls erreichen, wenn im Düsenkopf stromabwärts seiner in einem Winkel quer zur Windformlängsachse angeordneten Düsen ein Wirbelraum vorgesehen und det in den Wirbelraum eintretende ölfluß gegen die Innenfläche des in Windströmungsrichtung liegenden vorderen Endes

Windformmündung, welcher von den einzelnen 15 des Düsenkopfes gerichtet ist. Ein derartiger Düsen-Windformbedingungen abhängt, beispielsweise aber kopf besitzt bei einfachstem Aufbau zugleich eine etwa dem Durchmesser der Windform entsprechen lange Lebensdauer und hat sich als praktisch frei von kann. Verstopfungen erwiesen.

Wahrend die begrenzte Wirksamkeit der bekann- Die Erfindung ist nachstehend in verschiedenen

ten Verfahren nach den bei den Versuchen zur Erfin- ao Ausführungsbeispielen an Hand von Zeichnungen

dung gewonnenen Ergebnissen wohl darauf zurückzuführen ist, daß das als Nebel ir. die Windform eingesprühte öl wegen der unerwartet hohen Zähigkeit des heißen Hochofenwindes, welche praktisch dem Achtfachen der Zähigkeit des Öls entspricht, vom ,₅ Hochofenwind im Bereich der Längsachse der Windform zusammengedrängt wird und innerhalb des nur etwa 500 Millisekunden dauernden Wegs zwischen dem Versprühen bis zur Windtormmündung nur einer langsamen und unvollständigen Diffusionsverbrennung unterliegen kann, ist bei der erfi.idungsgemäßen breiten und mit dem Wind gründlich vermischten ölverteilung eine vollständige Verbrennung ohne Rußbildung gewährleistet. Die erfindungsge-Die Erfindung ist nachstehend in Ausführungsbeispielen an Hand von 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 Düsenkopfes und

Fig. 3 eine schemaüsche Darstellung eines abgewandelten Düsenkopfs mit in drei verschiedenen Winkelstellungen eingestellten Düsen.

Gemäß F i g. 1 ragt eine Düsenlanze 10 mit einem Innendurchmesser von beispielsweise etwa 6 bis 8mm in eine z.B. wassergekühlte Windform II, durch die z.B. auf H)OO"C vorerhitzter Hochofenwind 12 z. B. mit 320 m/sek in das Gestell eines

maß ermöglichte Mischungsverbrennung erlaubt eine ₃₅ Hochofens eingeblasen wird. Durch die Düsenlan?«.

Wärmeleistung von 0,7 Gcal/h gegenüber 0,3 Ccal/h bei der Diffusionsverbrennung.

Wenn man das erfindungsgemäß in Form von Einspritzstrahlen eingedüste öl mit der Zugabe von 10 erfolgt die Zufuhr des Öls 13 sowie über eine Leitung 15, dosiert z. B. durch ein Nadelventil 14, die Beimischung von je nach Betriebsweise des Hochofens veränderlichen Mengen an Wasser oder Was-

Wasser zum öl kombiniert, und zwar speziell derart, 40 serdampf 16, der ohnehin für die unumgängliche öldaß dem Heizöl vor seiner Zuführung zu den Öl-Ein- vorwärmung mit z. B. 6 atü zur Verfugung steht. Die

zugegebene Wasser- oder Wasserdampfmenge kann je nach Betriebsweise des Hochofens unterschiedlich geregelt werden.

Im allgemeinen sind bis zu 10 Gewichtsprozent Wasser oder Wasserdampf, bezogen auf die ölmenge, ausreichend.

Das Heizöl 13 wird durch den Düsenkopf 1 etwa mit 90° (Pfeil a) quer zur Strömungsrichtung in den Windstrom eingespritzt, wobei die öleinsprilzrich-

spritzdüsen Wasser, vorzugsweise in Form von Wasserdampf, in einem Anteil von bis zu 15 Gewichtsprozent zugemischt wird, dann ergibt sich noch eine ganz entscheidend verbesserte Wirkung. Diese kornbinierte Wirkung ist vor allem darin begründet, daß das im öl enthaltene Wasser nicht nur die Verbrennung beschleunigt, sondern zugleich die Zerteilung der Einspritzstrahlen nahe der Blasforminnenwand und die Verteilung im Raum zwischen den Strahlen verstärkt.

Demgemäß kann der Wassergehalt im öl auch nur bis zu 10 Gewichtsprozent betragen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine tung gemäß den schematisch in F i g. 1 eingezeichneten Pfeilen auch um einen gewissen Winkel von der radialen 90°-Richtung nach vorn (Pfeil b) bzw. zurück (Pfeil c) abweicher, kann. Die Düsenlanze 10

praktisch rußfreie öleindüsung bis zu etwa 180 kg/t 55 bzw. der Düsenkopf 1 braucht auch nicht genau zen-

Roheisen und mehr erreicht, wobei die hohe Strömungsgeschwindigkeit zusammen mit der erhöhten Durchflußmenge in der Öl-Lanze und dem Düsenkopf allein durch die Kühlung des hindurchfließenden Öls jede Gefahr von Verstopfungen und Verkrustungen verhindert, so daß die erfindungsgemäße öleindüsung zugleich die Gleichmäßigkeit des Ofengangs begünstigt. Auf Grund der erfindungsgemäß breitflächige.i Verteilung des ölzusatzes wird auch trisch in der Längsmittelachse L angeordnet zu sein, sondern kann entsprechend der optimalen Strömungsrichtung des Hochofenwinds auch etwas versetzt dazu liegen.

Der in F i g. 2 vergrößert dargestellte Düsenkopf 1 kann bei 7 abnehmbar mit der Lanze 10 verbunden sein und besitzt eine Anzahl von z. B. sechs oder acht bis zwölf radial auswärts gerichteten einzelnen Düsen! mit einem Durchmesser von beispielsweise

der mit der Wasserbeimischung an sich verbundene 65 3 mm und einer merklichen Bohrungslänge, mit degeringe Nachteil eines Mehrverbrauchs an Brennstoff nen sich etwa 260 kg Heizöl je Windform und Düsenkopf einspritzen lassen, und zwar bei etwa 3 atü Überdruck in der Düsenlanze 10 gegenüber dem

kompensiert, so daß praktisch keine Erniedrigung der Gestelltemperatur des Hochofens eintritt.

Winddruck und einer Viskosität von 15 cSt mit einer des Zufuhrdrucks, besser aber jedoch durch Aus-Austrittsgeschwindigkeit von etwa 25 m/sek. Die wechseln der DUsenköpfe 1 (mittels der Verbin-Entfernung des Düsenkopfs 10 von der vorderen dung 7) erfolgen, wofür Düsenköpfe für 50 odei Windformmündung beträgt z. B. 250 mm bei einem 60 kg öl/h usw. bereitgehalten werden können, se mittleren Durchmesser der Windform von 200 bis 5 daß auch bei Änderung des Absolutwerts der ölzu-300 mm. fuhr die optimale Einspritzcharakteristik beibehalten

Der Düsenkopf 1 besitzt einen zentrischen Vertei- wird.

lungsraum 3, von dem die Düsen 2 ausgehen und in Eine weitere Möglichkeit, die Gleichmäßigkeit dei

den eine Öl-Strömungsdüse 4 hineinragen kann, der Heizöleinspritzuiig zu verbessern, liegt darin, die

das öl 13 zwecks Kühlung gegen das vordere Ende 6 io Durchmesser der einzelnen Düsen systematisch un-

des Verteilungsraums 3 leitet. Vor der Öl-Strömungs- terschiedlich zu gestalten, so daß z. B. ein Düsensatz

düse 4 entsteht damit zugleich ein Wirbelraum 5, von einen engeren und ein anderer Düsensatz einen äuße·

dem aus das öl durch die Düsen 2 herausgespritzt ren Einspritzbereich bestreicht,

wird. Schließlich kann die Gleichmäßigkeit der Heizöl-

Es kann auch ein axial verlängerter Düsenkopf 1 α 15 einspritzung noch durch zueinander über dem Umgemäß F i g. 3 verwendet werden, bei dem das Heizöl fang des Düsenkopfs 1 winkelversetzte Anordnung über eine sich in Axialrichtung der Windform er- zweier axial auf Abstand angeordneter Düsensätze streckende Einspritzzone 17 in den Hochofenwind erreicht werden.

12 gelangt. Dabei kann der Einspritzwinkel der ein- Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. dei zelnen Düsen auch gemäß den Pfeilen d, e und / in ao dabei verwendeten Einspritzlanze wird eine bishei F i g. 3 schräg gerichtet sein, insbesondere auch nicht erreichbar erscheinende Wärmeerzeugung erschräg gegeneinander, so daß gleichzeitig mit der zielt, die sogar den bisher als Kriterium angesehenen gleichmäßigen Verteilung der ölzufuhr über den Wert von 1 Gcal/1 Windforminhalt erheblich über-Windformquerschnitt auch die nach der Verteilung steigt, und zwar ohne dabei eine Erhöhung des Rußeintretende Zerstäubung verbessert wird. Zudem »5 anfr üs in Kauf nehmen zu müssen, kann der jeweils vordere Düsensatz eine zurückgc- . . richtete Einspritzrichtung haben, um den Einfluß der Beispiel Windgeschwindigkeit zu kompensieren. Bei einem mit einer Tagesleistung von etwa

Auf jeden Fall folgt jeder Einspritzstrahl zunächst 8001RE (entspricht 33,3 t/h) arbeilenden Hochofen einer radialen Richtung und wird auf seinem Weg 30 (10 Windformen entsprechend 10 öllanzen) wurden nach radial auswärts entlang einer parabelähnlichen 6300 kg öl/h eingespritzt entsprechend einem spczi-Kurve nach etwa zwei Drittel des Windform-Innen- fischen Heizölverbrauch von 190 kg/t RE. Windtemradius axial umgelenkt. Die Anfangsgeschwindigkeit peratur zwischen 1000 und 2000° C; Wasseranteil im der ölstrahlen ist derart berechnet, daß die ölstrah- öl: 3 Gewichtsprozent; Öldruck 6 bis 9atü; Düsenlen nicht die Innenwandung der Windformen beruh- 35 kopf und Lanze: Außendurchmesser 10 mm, Inncnrcn. Die Zerteilung bzw. Zersprühung der ölstrahlen durchmesser 6 mm; Anzahl Düsen: 4, Düsendurchfindet etwa in dem Bahnbereich statt, in dem die messer 2 mm; Austrittsgeschwindigkeit der Einspritzaxiale Umlenkung erfolgt. Bei Vorhandensein von strahlen 23 bis 25 m/sek.

Wasser im öl begünstigt der entstehende Wasser- Beobachtung durch Schauglas: Der gesamte Blasdampf die Zerspritzung der Einspritzstrahlen, 40 formquerschnitt zeigte keinerlei schwarze Tropfen welche auch durch die Entspannung des Wassers ver- oder Rußbildung (wie bei herkömmlicher Eindüsung) stärkt wird. und war mit hellblau leuchtender klceblattförmigci

Die Regelung der ölzufuhr kann durch Änderung Flamme ausgefüllt. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Zusetzen von Heizöl in einen Hochofen, bei dem Heizöl innerhalb einer Windform mit einer mindestens erheblichen Richtungskomponente quer zum Strom des durch die Windform zugeführten, insbesondere hocherhitzten, Blaswindes zugesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizöl von einem in der Windformachse liegenden Düsenkopf radial auswärts in Form von Einspritzstrahlen mit einer Austrittsgeschwindigkeit in den Blaswin^strom eingespritzt wird, bei der das Heizöl bis nahe an die Blasforminnenwand verteilt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, uaß die Austrittsgeschwindigkeit der Einspritzstrahlen des Heizöls 25 m/sek betrag».

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzstrahlen nahezu rechtwinklig in den Blaswindstrom eingespritzt werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da3 die öleinspritzung in einer Entfernung von der Windformmündung vorgenommen wiii, die etwa einem Durchmesser der Windform entspricht.

5. Verfah en nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Heizöl vor seiner Zuführung zu den Öl-Einspritzdüsen Wasser, vorzugsweise 'n Form von Wasserdampf, in einem Anteil von bis zu 15 Gewichtsprozent zugemischt wird.

6. Verfahren nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Heizöl zugegebene Wasser- bzw. Wasserdampfanteil bis zu 10 Gewichtsprozent beträgt.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, welche im Bereich der Längsmitte einer Windform einen Düsenkopf zum Eindüsen des Heizöls aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß im Düsenkopf (1) stromabwärts seiner in einem Winkel quer zur Windformlängsachse (L) angeordneten Düsen (2) ein Wirbelraum (5) vorgesehen und der in den Wirbelraum eintretende ölfluß gegen die Innenfläche des in Windströmungsrichtung liegenden vorderen Endes (6) des Düsenkopfes gerichtet ist