DE2144663A1

DE2144663A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erhitzen von Gas

Info

Publication number: DE2144663A1
Application number: DE19712144663
Authority: DE
Inventors: Jacques Brüssel Ribesse
Original assignee: Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
Current assignee: Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
Priority date: 1970-09-09
Filing date: 1971-09-07
Publication date: 1972-03-16
Also published as: FR2106395B1; FR2106395A1; DE2144663C2; NL7112411A; GB1322656A

Description

PATENTANWALT 4 DÜSSELDORF-BENRATH 28. August 1971

DIPL-ING. ULRICH PLDGER BENRATHER SCHLOSSALLEE

TELEFON 713234 Vj

TELEX 8587 941 2144663

^REG-^NR-

1.) Centre de Recherches Metallurgiques -

Centrum voor Research in de Metallurgie,

Association sans but lucratif - Vereniging zonder winstoogmerk

Brüssel / BELGIEN

2.) S.A. Distrigaz N.V.

Brüssel / BELGIEN

Verfahren und Vorrichtung zum Erhitzen von Gas

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Erhitzen von Gas, insbesondere von reformierten Gasen zur Einblasung in Schachtöfen, beispielsweise Hochöfen.

Es wurde bereits vorgeschlagen, reformierte Gase hauptsächlich zur Reduzierung des Verbrauchs an Koks in einen Hochofen einzublasen, da dieser Brennstoff wegen der zunehmenden Verknappung von Kokskohle immer teurer wird.

Die Einblasung reformierter Gase wurde ebenso bereits empfohlen mit dem Ziel, die Möglichkeiten zur Regelung des Hochofenbetriebs sowie der Automation einer derartigen Regelung zu vergrössern. Zu diesem Zweck werden solche Einblasungen in den oberen Teil der Rast und/oder über die Hauptblasformen

vorgenommen.

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Unter dem Begriff "reformiertes Gas" sei verstanden jeder kohlenwasserstoffhaltige gasförmige Körper nach einer oxydierenden Umwandlungs- und/oder thermischen Krackbehandlung, deren Ergebnis ein Gasgemisch mit hohen Anteilen an Wasserstoff bzw. Kohlenoxyd ist. Diese Behandlung erfolgt in einer geeigneten Apparatur ausserhalb des Schachtofens.

Die reformierten Gase besitzen zum Zeitpunkt des Einblasens eine entsprechend hohe Temperatur, etwa von 1000 C bis I4OO0 C, damit im Zuge des Ofenbetriebs keine Abkühlung hervorgerufen wird.

Wird das reformierte Gas durch Teiloxydation gewonnen, so ist die Reaktionswärme im allgemeinen hoch genug, um das reformierte Gas ohne Notwendigkeit für eine vorherige Erhitzung in den Schachtofen einzublasen.

In allen anderen Fällen jedoch stellt die Forderung nach einer solchen Einblastemperatur Probleme nicht nur hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit der Heizung, welche die Gase auf derart hohe Temperaturen bringen soll bzw. zur Konstanthaltung dieser Temperaturen bestimmt ist, sondern auch wegen des anstehenden Wasserstoffs, der bei diesen Temperaturen in Verbindung mit Luft ein Explosionsgemisch darstellt, im Hinblick auf die Sicherheit.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Probleme auf sehr einfache und sehr wirtschaftliche Art und Weise zu lösen.

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Das erfindungsgemasse Verfahren zum Erhitzen von Gas, und zwar von reformierten Gasen zum Einblasen in Schachtofen, ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass die mehr oder weniger kalten Gase einer Vorwärmbehandlung unterzogen werden, indem sie einen Wärmetauscher mit zwei solcherart gekoppelten Zellen passieren, dass die eine Zelle Wärme speichert, während die andere das Gas erhitzt, und umgekehrt, wobei diese beiden Zellen über jeweils eines ihrer Enden miteinander in Verbindung stehen und das Gas jeweils im Kaltzustand in die im Erhitzungsbetrieb stehende Zelle von demjenigen Ende aus eingeführt wird, das dem mit der anderen Zelle in Verbindung stehenden Ende entgegengesetzt ist, und wobei der Abzug- heissen Gases am anderen Ende erfolgt.

Erfindungsgemäss wird in dem Teil des Wärmetauschers, der die Verbindung zwischen den beiden Zellen bildet, ein den beiden Zellen gemeinsamer Heissgasaustritt vorgesehen und in der als Wärmespeicher arbeitenden Zelle ein etwas geringerer Druck als in der Gaserhit£erzeile vorgehalten, wodurch jeder Schieber im Heissgas-Austrittsbereich überflüssig wird.

Aus sicherheitstechnischer Sicht ist die vorbeschriebene Anordnung ausserordentlich interessant, denn durch das Fehlen von Schiebern im Heissgas-Austrittsbereich ist jegliche Gefahr eines Entweichens von Wasserstoff gebannt, der bei dieser Temperatur im Bereich von 1OOO°C bis 1400⁰C in Verbindung mit Luft ein explosives Gemisch bildet.

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Ebenfalls wird erfindungsgemäss die Wärmespeicherfunktion einer jeden der beiden Zellen durch den Einsatz mindestens eines Brenners gewährleistet, der in den Zellen in der Nähe der die zwei ZeJLlen verbindenden Enden angeordnet wird; diese Brenner werden zweckmässigerweise einerseits mit einem Brennstoff wie z.B. Erdgas und andererseits mit Luft gespeist in der Weise, dass eine Verbrennung mit grossem Luftüberschuss erreicht wird.

Aus Gründen der Sicherheit erscheint es zweckmässig, bei der Betriebsumkehr einer Zelle vom Gaserhitzungs- in den Wärmespeicherbetrieb nach Schliessen des Kaltluft-Eintrittsschiebers und vor Inbetriebnahme des Brenners die Zelle auszublasen.

Desweiteren wird erfindungsgemäss zweckmässigerweise im Zelleninnern eine Vergitterung aus feuerfesten Steinen vorgesehen.

Die beigefügte Figur 1 zeigt als in einem nicht einschränkenden Sinne zu betrachtendes Beispiel einen Wärme tauscher aus zwei Seite an Seite angeordneten Zellen (1) und (2), die an ihrem oberen Ende durch eine Leitung zum Auslass der aus der einen oder anderen Zelle kommenden Heissgase miteinander verbunden sind.

Diese beiden Zellen sind innen mit einer Vergitterung aus feuerfesten Steinen (nicht aufgezeigt) ähnlich wie bei Winderhitzern versehen.

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Am oberen. Ende einer jeden Zelle befindet sich ein Brenner (3), (4), der über eine Erdgasleitung (5), (6), und über eine Luftleitung (7), (8) gespeist wird; diese Leitungen sind mit Schiebern (9), (10), (11), (12) versehen.

Am unteren Ende einer jeden der Zellen (l) und (2) befindet sich eine Leitung (13), (14) für die Zufuhr des vorzuwärmenden Gases. Diese Leitungen (13) und (14) sind gleichfalls mit Schiebern versehen, die mit (15) und (16) bezeichnet sind.

Dieser untere Teil einer jeden der Zellen (1) und (2) ist andererseits mit einer Leitung (17), (18) zur Abführung der Verbrennungsgase versehen, welche zwischen einem jeden Zellenkörper und dem Kamin (nicht dargestellt) verlaufen. Jede dieser Leitungen (17) und (18) ist mit einem Schieber (19), (20) ausgerüstet.

Die Zellen (1) und (2) sind in ihrem oberen Teil mittels einer Leitung (21) verbunden, von v/elcher die Heissgas-Abgangsleitung (22) abgezweigt ist.

Eine Anlage der soeben beschriebenen Art bietet den Vorteil grösserer Sicherheit gegenüber Winderhitzern in solchen Fällen, da die zu erhitzenden Gase Wasserstoff enthalten; sie bietet als weitere Vorteile Kompaktheit und Wirtschaftlichkeit.

Zu ihren Nachteilen ist jedoch*das Vorhandensein eines

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gewissen Totraums, beispielsweise in den Brennkammern, zu zählen, der sich in den Fällen negativ auswirkt, da eine gelegentliche Ausblasung der Zellen vorgenommen v/erden muss.

Eine besonders interessante Abwandlung der zweiten Zielsetzung der Erfindung, die sich auf Vorrichtungen für die Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens bezieht, bietet gegenüber der soeben beschriebenen Anlage die Vorteile eines verringerten Totraums, einer einfacheren Benutzung bzw. eines vereinfachten Betriebs und einer Einsparung von Spülgas.

Die zweizeilige Vorrichtung, welche diese zweckmässige Abwandlung im Rahmen der zweiten Zielsetzung der vorliegenden Erfindung darstellt, ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Wärmetauscherzellen im gleichen Saum hintereinanderangeordnet sind, wobei in diesem Falle die zu erhitzenden Gase den Zellen von den äusseren Enden des beiden Zellen gemeinsamen Raums zugeführt werden, während der Abzug der erhitzten Gase von den neben der Mittelzone dieses gemeinsamen Raums gelegenen Zellenenden erfolgt. Die Heizvorrichtung der Zellen ist in dem Zellenteil in dieser mittleren Raumzone untergrachtv

zeig-t

Die beiliegende Figur Z als nicht im einsc-hränkenden Sinne zu betrachtendes Ausführungsbeispiel einen Wärmetauscher aus zwei Zellen entsprechend dieser erfindungsgemässen Abwandlung.

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Die beiden Zellen (1) und (2) sind gleich und von relativ geringer Abmessung: Länge etwa 3 m und Querschnitt ca. 1 m χ 1 m.

Diese einander gegenüberliegend angeordneten beiden Zellen enthalten feuerfestes Material in loser Schüttung.

An den im mittleren Teil des gemeinsamen Raums gelegenen Enden A, A^f der beiden Zellen (l), (2) befinden sich zwei Brenner (3), (4), (3¹), (4')_f die über Erdgasleitungen (5)» (6), und Luftleitungen (7), (8) versorgt werden; diese Leitungen sind mit doppelten Schiebern (9), (10)» (H) und (12) versehen.

In den Abschnitten B, B* der beiden Zellen, die sich jeweils am Ende des gemeinsamen Raums befinden;, sind die Leitungen für die Zufuhr der zu erhitzenden Gase (13)» (14) aNgeordnet, die ebenfalls mit doppelten Schiebern (15) und (16) ausgestattet sind.

Diese Enden B, B* der beiden Zellen weisen andererseits auch noch eine Leitung (17) und (18) zur Abführung der Rauch- bzw. Verbrennungsgase auf, welche die Verbindung zwischen dem Körper einer jeden Zelle und dem Kamin herst eilt. Jede dieser Leitungen (17) und (18) ist mit einem Schieber (19, 20) versehen.

Die Zellen sind an ihren Enden A, A^f über eine Leitung (21) verbunden, von welcher die Leitung (22) zur Abführung des erhitzten Gases abgezweigt ist.

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Damit Zelle (1) als Wärmespeieher arbeitet, werden die Schieber (9) für Erdgas und (11) für Luft geöffnet, so dass die Brenner (3) und (4) gespeist werden. Die Verbrennungsgase treten am Ende B der Zelle (1) über die Leitung (17) aus, deren Schieber (19) geöffnet ist, und werden zum Kamin hin abgeführt. Der Kaltgas-Eintrittsschieber (15) am Ende B von Zelle (l) ist, wie ersichtlich, während der gesamten Wärmespeieherungszeit in dieser Zelle (l) ge-" schlossen.

Gleichzeitig sind die Schieber (10) und (12) für Erdgas und Luft, die zur Speisung der Brenner (3') und (4¹) von Zelle (2) bestimmt sind, geschlossen.

Der Schieber (16) der Leitung (14) zur Zuführung des zu erhitzenden Gases in den Abschnitt B¹ der Zelle (2) ist ge- " öffnet, so dass das Gas durch das lose geschüttete feuerfeste Material in dieser Zelle (2) strömen kann. Nach dem Erhitzen t durch Berührung mit diesem Material tritt das Gas über die Leitungen (21) und (22) aus. Zelle (2) arbeitet im Gaserhitzungsbetrieb.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Vertrennung durch die Brenner (3) und (4), mit denen die Zelle (l) ausgerüstet ist, in der Weise geregelt wird, dass der in dieser Zelle (l) herrschende Druck nur geringfügig niedriger ist als der Druck in Zelle (2). Hierdurch ergibt sich zwar ein leichter Heissgasverlust, doch wird dieser

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weitgehend wettgemacht durch die Möglichkeit, ohne jeden Schieber in den Heissgas-Austrittsleitungen (21) und (22) arbeiten zu können. Dieses Fehlen von Schiebern ist ausserdem ein Sicherheitsmerkmal, da hierdurch jede Gefahr eines Wasserstoffaustritts und damit einer Explosion ausgeschaltet wird.

Man beachte, dass während der gesamten Zeit bzw. Dauer der Gaserhitzung in Zelle (2) der Schieber (20) der Leitung (18) zwischen Zelle (2) und dem Kamin geschlossen ist.

Die beigefügte Fi^ur 2 zeigt auch das Regelschema für die verschiedenen Durchsätze an Erdgas, Luft, Verbrennungsgasen und zu erhitzendem Gas.

Die verwendeten Regelvorrichtungen bestehen aus registrierenden Durchflussreglern (FRCl für Luft, FRC2 für Erdgas, FRC3 für Rauchgase), die untereinander durch ein Summierwerk S, der gleichzeitig einer gewissen Leckage bei F Rechnung trägt, verbunden sind.

Durch dieses Regelsystem erfolgt die Regulierung der Druckdifferenz vor Eintreten des jeweiligen Druckzustandes in den Zellen.

Dank der erfindungsgemässen vorteilhaften Regelung, die zur Sicherstellung eines ordnungsgemässen Betriebs des zweizeiligen Wärmetauschers dient, lässt sich beispielsweise die Menge des zu erhitzenden Gases während der gesamten

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Dauer eines Zyklus auf einem konstanten Wert halten; gemäss einer anderen interessanten betrieblichen Abwandlung lässt sich auch die Menge der erhitzen Gase durch entsprechende An» derung der Gasmenge vor dem Erhitzen konstant halten.

PATENTANSPRÜCHE

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE :

11.yVerfahren zum Erhitzen von Gas, insbesondere von refor- ^⁷ mierten Heißgasen zum Einblasen in einen Schachtofen, dadurch gekennzeichnet, daß die mehr oder weniger kalten Gase einer Vorwärmebehandlung unterzogen werden, indem sie einen Wärmetauscher mit zwei solcherart gekoppelten Zellen passieren, daß die eine Zelle Wärme speichert, während die andere das Gas erhitzt, und umgekehrt, wobei diese beiden Zellen über jeweils eines ihrer Enden miteinander in Verbindung stehen und die Gase jeweils im Kaltzustand in die im Erhxtzungsbetrieb stehende Zelle von demjenigen Ende aus eingeführt wird, das dem mit der anderen Zelle in Verbindung stehenden Ende entgegengesetzt ist, und wobei der Abzug der Heißgase am anderen Ende erfolgt,

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem die Verbindung zwischen den beiden Zellen bildenden Teil des Wärmetauschers ein den beiden Zellen gemeinsamer Heißgasaustritt vorgesehen und in der als Wärmespeicher arbeitenden Zelle ein etwas geringerer Druck als in der Gaserhitzerzelle vorgehalten wird, wodurch jegliche Notwendigkeit für den Einbau von Schiebern im Heißgas-Austrittsbereich entfällt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet₃ daß die Wärmespexcherfunktxon einer jeden der beiden Zellen durch den Einsatz mindestens eines Brenners gewährleistet ist, der in den Zellen in der Nähe der die zwei Zellen verbindenden Enden angeordnet wird, wobei die Brenner einerseits mit einem Brennstoff wie beispielsweise Erdgas und andererseits mit Luft gespeist werden.

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H. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn- zeichnet, daß bei der Betriebsumkehr einer Zelle vom Gaserhitzungs- in den Wärmespeicherbetrieb nach Schließen des Kaltlufteintrittsschiebers dieser Zelle und vor Inbetriebnahme des Brenners die Zelle ausgeblasen wird.

5. Vorrichtung aus zwei Zellen für die Erhitzung von Gas, insbesondere von reformierten Gasen zum Einblasen in einen Schachtofen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wärmeteuscherzellen im gleichen Raum hintereinander angeordnet sind, wobei die eine dieser Zellen als Gaserhitzer und die andere als Wärmespeicher arbeitet; daß die zu erhitzenden Gase den Zellen von den äußeren Enden des beiden Zellen gemeinsamen Raumes zugeführt werden; daß der Abzug der erhitzten Gase von den neben der Mittelzone dieses gemeinsamen Raumes gelegenen Zellenenden erfolgt; und daß die Heizvorrichtung der Zellen in dem Zellenteil in dieser mittleren Raumzone untergebracht ist,

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zellen in der mittleren Raumzone durch eine Leitung verbunden sind, welche die wechselweise Abführung der erhitzten Gase von der einen oder der anderen Zelle aus sicherstellt.

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