DE2452115A1 - PROCESS FOR FORMING A MIXTURE OF A COMBUSTIBLE LIQUID WITH AN AUXILIARY FLUID - Google Patents
PROCESS FOR FORMING A MIXTURE OF A COMBUSTIBLE LIQUID WITH AN AUXILIARY FLUIDInfo
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Description
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Große Bergstraße 228 Postfach 5ΟΟΘΘ2 Telefon: (O4O) 396295 Telegramm-Adresse: DoellnerpatentGroße Bergstrasse 228 P.O. Box 5ΟΟΘΘ2 Telephone: (O4O) 396295 Telegram address: Doellnerpatent
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Verfahren zur Bildung einer MischungMethod of forming a mixture
einer brennbaren Flüssigkeita flammable liquid
mit einem Hilfsfluidum.with an auxiliary fluid.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung einer Mi schung einer brennbaren Flüssigkeit mit einem anderen Fluidum, die für die Einführung in einen metallurgischen Ofen , und zwar im besonderen in einem Ofen mit einer Brennkammer wie beispielsweise ein Hochofen, bestimmt ist.The invention relates to a method for forming a mixture of a combustible liquid with another fluid, those for introduction into a metallurgical furnace, in particular in a furnace with a combustion chamber such as a blast furnace, is intended.
Die Einführung von brennbaren Flüssigkeiten in einen Hochofen ist wohl bekannt. Dabei werden zwei Ziele verfolgt, nämlich die Verringerung des Verbrauchs metallurgischen Kokses sowie die Steuerung des Betriebes des Hochofens.The introduction of flammable liquids into a blast furnace is well known. Two goals are pursued here, namely the reduction of the consumption of metallurgical coke and the control of the operation of the blast furnace.
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Bei den sehr verschiedenen, bekannten technischen Hilfs mitteln zur Injektion der brennbaren Flüssigkeiten bemerkt man häufig und im besonderen bei einer starken Einsprit zung, daß die injizierte brennbare Flüssigkeit nur unvollständig verbrennt. Daraus resultiert, eine schlechte thermische und chemische Verwertung des Brennstoffes, und der nicht verbrannte Kohlenstoff kann einen guten Betrieb des Hochofens verhindern. Die Erklärung dieser unvollständigen Verbrennung wird durch die spezielle Ausbildung der Brennzone des Hochofens wie auch durch die ungenügende Mischung zwischen dem Brennstoff und dem Zündstoff gegeben.With the very different, well-known technical aids When injecting flammable liquids, one often notices, especially when injecting heavily, that the injected combustible liquid burns only incompletely. As a result, poor thermal and chemical utilization of the fuel, and the unburned carbon can keep the fuel running properly Prevent blast furnace. This incomplete combustion is explained by the special design of the combustion zone of the blast furnace as well as the insufficient mixture between the fuel and the igniter.
In der Tat tritt der Heisswind (Oxydationsmittel) sehr schnell, d.h. im allgemeinen mit"einer Geschwindigkeit zwischen 200 und 300 m/Sek. in die Brennzone ein, die auf 50 bis 60 cm weiter durch den glühenden Koks begrenzt ist (Reduktionsmittel), Die Länge der Oxydationszone, in welcher die Verbrennung des injizierten Brennstoffes zur Durchführung kommt, ist sehr stark eingeschränkt und überschreitet selten 1,2 m. Daher ist die vollständige Verbrennung nicht gewährleistet, wenn der flüssige Brennstoff nicht sehr fein verteilt ist und mit dem Oxydationsmittel keine enge Mischung bildet. Ein Hilfsmittel, um dieses Stadium zu erreichen, liegt darin, die spezifische Ober fläche des injizierten Brennstoffes au erhöhen. Hierzu pulverisiert man die Flüssigkeit, beispielsweise auf me chanischem Wege oder erneut durch komprimierte Luft. Ein besseres Ergebnis erhält man, wenn man dem flüssigen Brennstoff eine gewisse Menge Wasser in Eorm von Flüssigkeit oder Dampf zufügt. Die Emulsion entsteht direkt oberhalb der entsprechenden Injektoren. Dieses Verfahren, das bereits seit langem bekannt ist, beruht auf der Entspannung und der augenblicklichen Evaporation dieses Wassers unterIndeed, the hot wind (oxidizing agent) occurs very quickly, i.e. generally at "one speed" between 200 and 300 m / sec. into the burn zone that is on 50 to 60 cm further is limited by the glowing coke (Reducing agent), The length of the oxidation zone in which the combustion of the injected fuel is carried out is very limited and exceeds rarely 1.2 m. Therefore, complete combustion is not guaranteed when the liquid fuel is not very finely divided and does not mix closely with the oxidizing agent. A resource to this Reaching stage is to increase the specific surface area of the injected fuel au. For this if the liquid is pulverized, for example mechanically Ways or again through compressed air. A better result is obtained when using the liquid fuel adds a certain amount of water in eorm of liquid or vapor. The emulsion is created directly above the corresponding injectors. This procedure, which has long been known, is based on relaxation and the instantaneous evaporation of this water
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einer Doppelwirkung des Druckabfalls und des Anstiegs der Temperatur am Ausgang des Ejektors beim Eintritt in die Strömung des Heisswindes. Bei der Evaporation explodiert praktisch das in der Mischung enthaltene Wasser und zerreisst den Strahl des flüssigen Brennstoffes in sehr feine Partikel. Beim Einsatz dieses Verfahrens hat man hier Speziallanzen mit einer Mischkammer nach dem Ejektionsprinzip verwendet, oder auch Mischkammern mit porösen, durchdringbaren Wänden oder aber spezielle Homogenisationsvorrichtungen in Verbindung mit Hochdruckpumpen.a double effect of the pressure drop and the rise in temperature at the exit of the ejector as it enters the Current of the hot wind. During evaporation, the water contained in the mixture practically explodes and tears the jet of liquid fuel into very fine particles. When using this process, you have special lances used with a mixing chamber based on the ejection principle, or mixing chambers with porous, penetrable Walls or special homogenization devices in connection with high pressure pumps.
Jedoch der Einsatz des gesamten speziellen Homogenisationsbereichs, wie z.B. der Mischkammerlanzen oder den Homogenisationsvorrichtungen, tritt der Nachteil auf, daß ein ko stenaufwendiger Umbau der vorhandenen Einrichtungen notwendig wird, bzw. eine erhöhte Investition und ein zusätzlicher Arbeitsaufwand für den gesamten neuen Aufbau erforderlich ist. Die Anpassung eines herkömmlichen Injektionskreislaufes zur Pulverisierung der Emulsionen erfordert in Wirklichkeit eine Abänderung der Kreislaufcharakteristika und zieht damit entsprechende Schritte nach sich. Im Falle des Ausfalles der Dampfzufuhr wird die Dampfzufuhr unterbrochen, und die Mischkammern können sich verstopfen. Um den Betrieb des Ofens nicht zu gefährden, muß man Umgehungsleitungen vorsehen. Darüber hinaus ist entsprechend der Viskosität des Brennstoffes eine Heizung zwischem dem Verteilerbereich und der Injektion in den Ofen erforderlich. Um ein häufiges Verstopfen der Leitungen zu vermindern, muß eine periodische Spülung vorgesehen werden. Ungeachtet dieser Vorsichtsmaßnahmen besitzen die Ingektionsleitungen eine begrenzte Funktionsdauer, und die Injektionseinrichtungen verstopfen sich schnell aufgrund der Zersetzung des Brennstoffes unter der Wirkung der erhöhten Temperaturen.However, the use of the entire special homogenization area, such as the mixing chamber lances or the homogenization devices, the disadvantage arises that a cost-intensive reconstruction of the existing facilities is necessary or an increased investment and additional work required for the entire new structure is. The adaptation of a conventional injection circuit to pulverize the emulsions actually requires a change in the circulatory characteristics and thus entails corresponding steps. In the case of the If the steam supply fails, the steam supply is interrupted and the mixing chambers can become clogged. To the operation In order not to endanger the furnace, bypass lines must be provided. In addition, according to the viscosity heating between the distributor area and the injection into the furnace is required for the fuel. To a common one Periodic flushing must be provided to reduce clogging of the lines. Notwithstanding these precautions the induction lines have a limited Duration of operation, and the injection devices clog quickly due to the decomposition of the fuel the effect of the elevated temperatures.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, die erwähnten Nachteile zu beheben und ein Verfahren zu schaffen, das eine technisch durchführbare Lösung bringt, die leicht realisierbar ist und die Injektion von Brennstoffen in größeren Mengen in die metallurgischen Öfen gestattet.The object of the invention is therefore to overcome the disadvantages mentioned to fix and to create a process that brings a technically feasible solution that is easy to implement and the injection of fuels in larger quantities into the metallurgical furnaces is permitted.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, bei welchem ein Hilfsfluidum oberhalb einer Tür bulenzzone oder unmittelbar innerhalb einer solchen Zone in den Strom des flüssigen Brennstoffes eingeführt wird. Diese Turbulenzzone bildet einen integralen Bestandteil der Brennstoffleitung, wobei die ursprü-nglichen Charakteristika des Kreislaufs des flüssigen Brennstoffes beibe halten werden können. Die Turbulenz beruht auf irgendeiner Unregelmäßigkeit, wie z.B. auf der Anwesenheit eines Prallbleches, eines Klappenventils, einer Rohrkrümmung, einer Verengung oder Erweiterung, die bewusst oder unbewusst geschaffen wurde-·; ο Diese Turbulenz zusammen mit derjenigen, die durch einen Strahl des Hilfsfluidums geschaffen wird, reicht im Falle des zugeführten Wasserdampfes aus, eine Emulsion zu erzeugen, die während des gesamten Transports durch den Injektionskreislauf in dem Ofen stabil bleibt. Dieses ist völlig unerwartet. Der Fachmann bemüht sich nämlich gerade, einen möglichst vollständigen Bereich einer Homogenisation zu schaffens der sich so nah wie möglich an den Injektionspunkt in dem Ofen heranerstreckt.According to the invention, this object is achieved by a method in which an auxiliary fluid is introduced into the flow of the liquid fuel above a door bulence zone or directly within such a zone. This turbulence zone forms an integral part of the fuel line, whereby the original characteristics of the liquid fuel circuit can be maintained. The turbulence is due to some irregularity, such as the presence of a baffle plate, a flap valve, a pipe bend, a narrowing or widening that was created consciously or unconsciously- ·; ο This turbulence, together with that created by a jet of the auxiliary fluid, is sufficient in the case of the supplied water vapor to generate an emulsion which remains stable during the entire transport through the injection circuit in the furnace. This is completely unexpected. The expert strives namely just to provide the fullest possible range of a homogenization of heranerstreckt s as close as possible to the injection point in the furnace.
Der Hilfsdampf und/oder das Hilfsgas werden in gleichen Mengen in den Brennstoffleitungen verteilt, und zwar vorzugsweise mit Hilfe von Zusätzen. Der Druck des Gases und/ oder des Dampfes vor dem Zusetzen wird durch einen einzigen Regulator gesteuert und ist mindestens doppelt so hoch wie in stromabwärtiger Richtung, wobei letzterer dem DruckThe auxiliary steam and / or the auxiliary gas are in the same Quantities distributed in the fuel lines, preferably with the help of additives. The pressure of the gas and / or the steam before addition is controlled by a single regulator and is at least twice as high as in the downstream direction, the latter being the pressure
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der flüssigen Brennstoffe entspricht. Unter diesen Bedingungen weicht das Verhalten des Gases und/oder des Dampfes quer zu den Zusätzen unabhängig von dem Druck ab, der abwärts von den Zusätzen vorliegt und somit ausserdem von den Druckveränderungen des Brennstoffes, die auf den Brennstoff-"' pumpen beruhen. Wenn man gleiche Zusätze in den verschiedenen Leitungen, die das oder die gasförmigen Hilfsmedien führen, einsetzt, erhält man gleiche Bedingungen in sämtlichen Leitungszweigen. Die geweiligen Verhältnisse von Hilfsfluidum zu flüssigem Brennstoff bleiben konstant, d.h. sie hängen nur von einem guten Funktionieren des Regulators ab, der unter dem Druck des oder der gasförmigen Hilfsmedien ausgezeichnet funktioniert, sowie vom Sanktionieren der Regulatoren innerhalb der Brennstoffleitungen.corresponds to liquid fuels. Under these conditions the behavior of the gas and / or the steam across the additives deviates regardless of the pressure, which is downwards of the additives is present and thus also of the pressure changes of the fuel, which affect the fuel "' pumps based. If you have the same additives in the various lines that carry the gaseous auxiliary media, begins, the same conditions are obtained in all branches of the line. The relative proportions of auxiliary fluid too liquid fuel remain constant, i.e. they only depend on the proper functioning of the regulator, the works excellently under the pressure of the gaseous auxiliary medium (s), as well as from the sanctioning of the regulators within the fuel lines.
Man kuppelt yorzugsweise den Ausgangswert des Druckregulators mit dem einzigen Ausgangswert der Leitungsregulatoren und erhält damit ein wirksames Hilfsmittel zur Anpassung der Mischung an die veränderlichen Betriebsbedingungen des Ofens.The output value of the pressure regulator is preferably coupled with the only output value of the line regulators and thus receives an effective tool for adaptation the mixture to the changing operating conditions of the furnace.
Vorzugsweise ordnet man den Injektionspunkt des Hilfsfluidums so weit .vor dem Verteiler des Brennstoffes wie möglich an, um die Viskosität der Mischung zu verringern, im besonderen wenn der flüssige Brennstoff nicht hinreichend er wärmt ist.The point of injection of the auxiliary fluid is preferably arranged as far as possible in front of the fuel distributor in order to reduce the viscosity of the mixture, in particular if the liquid fuel is not sufficiently heated.
Als Bestandteil kann man für das zu injizierende Hilfsfluid-Hum allein oder in Mischung z.B. Luft, Heisswind, Kohlen wasserstoffdampf, gasförmige Kohlenwasserstoffe, Wasserstoff, Wasserdampf, Wasser und ganz allgemein Gas, Dampf und Flüssigkeiten verwenden. Man kann in gleicher Weise Medien einsetzen, die Feststoffe in Suspension enthalten.As a component you can for the auxiliary fluid to be injected Hum alone or in a mixture e.g. air, hot wind, hydrocarbon vapor, gaseous hydrocarbons, hydrogen, water vapor, water and, more generally, gas, steam and liquids use. You can use media that contain solids in suspension in the same way.
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Doch, im Pall des Zusatzes von Flüssigkeiten ist die Steuerung schwieriger.Yes, the control is in the pallet of adding liquids more difficult.
Das Verfahren nach der Erfindung vereinfacht die Mittel zur-Schaffung einer Mischung Hilfsfluidum/flüssiger Brennstoff, wie z.B. die Erzeugung von-Dampf und/oder Gasmischungen mit dem flüssigen Brennstoff, wobei der Dampf kondensieren kann oder auch nicht, was zu einer maximalen Ausnutzung der physikalischen und thermischen Eigenschaften der sich ergebenden Mischung führt. Das Verfahren eignet sich besonders für den Einsatz bei bereits vorhandenen Betriebsanlagen mit einer Injektion flüssigen Brennstoffes in einen metallurgischen Ofen.The method of the invention simplifies the means of creation a mixture of auxiliary fluid / liquid fuel, such as the generation of steam and / or gas mixtures with the liquid fuel, the vapor may or may not condense, resulting in maximum utilization of the physical and thermal properties of the resulting mixture leads. The method is particularly suitable For use in existing operating systems with an injection of liquid fuel into a metallurgical one Oven.
Der Einsatz dieses Verfahrens bringt ohne Zweifel technische und wirtschaftliche Vorteile bezüglich des einfachen Aufbaues sowie der Verlässlichkeit und der einfacheren Durchführung. Man braucht keine speziellen Räume oder Vorrichtungen zur Herstellung der- Mischung. So hat ein Defekt bei der Dampfzufuhr (oder des Hochdruckwassers) lediglich zur Folge, daß überschüssiger Brennstoff injiziert wird.The use of this method undoubtedly brings technical and economic advantages with regard to the simple Structure as well as the reliability and the easier implementation. There is no need for special rooms or devices to produce the mixture. So only has a defect in the steam supply (or the high pressure water) result in excess fuel being injected.
Darüber hinaus erfordert die Dosierung und Steuerung des Dampfes und/oder des.Injektionsgases lediglich einen einzigen Kreislauf anstelle von mehreren. Durch die Wahl des Einführungspunktes des Hilfsfluidums verliert die Heizung an Wichtigkeit« Ebenso lassen sich die periodischen Reinigungen des überwiegenden Seils des Kreislaufes für die Injektion der flüssigen Brennstoffe vermindern. Das innerhalb des Brennstoffes vorhandene Hilfsfluidum reinigt den Kreislauf vollständiger als eine periodische Spülung, was zu einer we-niger häufigeren Verstopfung der Injektionsleitungen führt und deren Lebensdauer verlängert« In addition, the metering and control of the steam and / or the injection gas only requires a single one Cycle instead of several. By choosing the point of introduction of the auxiliary fluid, the heating is lost of importance «Likewise, the periodic cleaning of the predominant rope of the circuit for the Decrease injection of liquid fuels. The auxiliary fluid present within the fuel cleans the Circulation more complete than periodic flushing, which leads to less frequent blockage of the injection lines and extends their service life «
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H 2395 -7-H 2395 -7-
Die Erfindung soll im folgenden anhand eines Beispieles erläutert werden, ohne auf dieses beshränkt zu sein: Der Injektionskreislauf für den flüssigen Brennstoff eines Hochofens von 7,2 m Durchmesser am Herd, einem Nutzvolumen von 1130 rar und einer Tagesproduktion von 800 Tonnen Roheisen wurde so modifiziert, daß man im Bereich der Brennstoff verteilung 14 Wasser-dampfinjek tionsleitungen in 14- Leitungen für den flüssigen Brennstoff einschweißte. Die Injektionspunkte für den Dampf in den flüssigen Brennstoff lagen in einem unterschiedlichen Abstand von 5 m bis 4-0 m von den jeweiligen Du sen des Hochofens, aber direkt, d.h. weniger als 20 cm hinter den Steuerblechen für den flüssigen Brennstoff. Zusätze gleicher Dimensionen sind in den 14 Wasserdampfleitungen installiert. Der Druck des flüssigen Brenn stoffes, in diesem Öl unterschiedlicher Herkunft, ohne Zusatz eines Emulgators, betrug 2 bis 6 kg/cm am In jektionspunkt, der des injizierten Wasserdampfes 10 bis 14- kg/cm . Die Menge des in den Hochofen injizierten flüssigen Brennstoffes konnte ohne Betriebsstörung beträchtlich erhöht werden. Ausgehend von einer Menge von 80 kg konnte man mindestens 14-0 kg öl pro Tonne Roheisen injizieren. Dabei verringert sich natürlich entsprechend der Koksverbrauch. Die Menge des Wassers innerhalb der injizierten Mischung lag zwischen 2 und 4- %. The invention will be explained in the following using an example, without being restricted to this: The injection circuit for the liquid fuel of a blast furnace with a diameter of 7.2 m at the hearth, a usable volume of 1130 rare and a daily production of 800 tons of pig iron was modified that in the area of fuel distribution 14 water vapor injection lines were welded into 14 lines for the liquid fuel. The injection points for the steam in the liquid fuel were at a different distance of 5 m to 4-0 m from the respective nozzle of the blast furnace, but directly, ie less than 20 cm behind the control plates for the liquid fuel. Additions of the same dimensions are installed in the 14 steam pipes. The pressure of the liquid fuel, in this oil of different origins, without the addition of an emulsifier, was 2 to 6 kg / cm at the injection point, that of the injected water vapor was 10 to 14 kg / cm. The amount of liquid fuel injected into the blast furnace could be increased considerably without any operational disruptions. Starting with an amount of 80 kg, at least 14-0 kg of oil per ton of pig iron could be injected. Of course, the consumption of coke is reduced accordingly. The amount of water within the injected mixture was between 2 and 4 %.
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