DE2502674C3 - Schutzgasanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzgasanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs I.

Derartige Schut/gasanlagen sind u.a. für F.inriclilungen /ur Durchführung von lirzreduktionsprozessen erforderlich, bei denen beispielsweise Eisen sowohl während seiner Erzeugung «ils auch während der nachfolgenden Lagerung durch Schutzgas vor Oxydation geschützt weiden muß. Wahrend der Erzeugung dos Ijsenschwammes kann das Schutzgas aus den Abgasen eines Gas- oder ölbrenners gewonnen werden, der in dem Reduktionsprozeß zur Erzeugung des Reduktionsgases verwendet wird, indem diese Abgase abgekühlt werden, wodurch ihnen Wasser entzogen und ihre Temperatur gesenkt wird. Dieses Schutzgas kann während des Betriebes der Reduktionsanlage naturgemäß auch zum Schutz des Lagers verwendet werden. Da die Reduktionsanlage nicht ständig in Betrieb ist, andererseits jedoch ständig Schutzgas für das Lager vorhanden sein muß, wird für die Schutzgaserzeugung während der Betriebspausen der Reduktionsanlage eine eigene Schutzgas-Erzeugungsanlage mit einem Öl- oder Gasbrenner vorgesehen, dessen Abgase wiederum zwecks Wasserentzugs und Temperaturabsenkung abgekühlt und dadurch in Schutzgas umgewandelt werden. Der Aufwand für eine derartige Schutzgasaniage ist beträchtlich, zumal während des Betriebes des Hilfs-Schutzgaserzeugers die Rohrleitung, die das Schutzgas während des Betriebs der Reduktionsanlage führt, hermetisch abgesperrt werden muß. Dies ist im Hinblick auf die hohen Temperaturen von mehr als 100O¹C, den großen Durchmesser dieser Rohrleitung und die Tatsache, daß in dieser Leitung aufgrund ihrer Verbindung mit einem Kamin bei stillstehender Erzreduktionsanlage Unterdruck herrscht, ein Problem, welches schwierig zu lösen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schutzgasanlage der eingangs genannten Art zu

JU schaffen, die sich durch einen wesentlich geringeren Aufwand auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine für beide Abgasströme gemeinsame Kühlkammer vorgesehen ist, in die einerseits die die Abgase des

J5 Hauptbrenners führende Leitung hineinragt und andererseits die die Abgase des Hiifsbrenners führende Leitung mündet, und in der eine Absperrvorrichtung für die die Abgase des Hauptbrenners führende Leitung innerhalb der Kühlkammer vorgesehen ist.

Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag wird aufgrund der Verwendung einer für beide Abgasströme gemeinsamen Kühlkammer bereits eine beträchtliche Vereinfachung gegenüber den bekannten Schutzgasanlagen mit vollkommen voneinander getrennten Schutzgaserzeugern und Kühleinrichtungen erreicht. Dadurch, daß die die Abgase des Hauplbrenners führende Leitung in die Kühlkammer hineinragt, wird dieser Teil dieser Leitung von dem Kühlwasser intensiv gekühlt, so daß die sonst erforderliche Ausmauerung dieser Leitung in diesem Bereich entfallen und eine relativ einfache, ebenfalls wassergekühlte Absperrvorrichtung vorgesehen werden kann.

Diese Absperrvorrichtung ist vorzugsweise in Form eines Wasserverschlusses mit dem Kühlwasser als

·>·> Vcrschlußwasser ausgebildet, wobei die die Abgase des Hauptbrenners führende Leitung innerhalb der Kühlkammer im wesentlichen senkrecht nach unten verläuft und eine Einrichtung zur Steuerung des Niveaus des Verschlußwassers vorgesehen ist, um bei Bedarf die

b« Mündung der genannten Leitung in das Verschlußwasser eintauchen zu lassen. Zur Steuerung des Niveaus des Verschlußwassers können an der Kühlkammer zwei Abflüsse in unterschiedlicher Höhe angeordnet werden, von denen der untere ein Absperrorgan aufweist und

iii zwischen denen die die Abgase des Hauplbrenners führende I.eilung endet. 1st der Hauptbrenner außer Betrieb und soll das Schutzgas von dem Hilfsbrennjr erzeimt werden, so ist es lediglich erforderlich, das

genannte Absperrorgan zu betätigen, wodurch der Wasserstand in der Kühlkammer steigt, bis das Ende der die Abgase führenden Leitung in das Wasser eintaucht, wobei naturgemäß die senkrechte Linge dieses Leitungsabschnittes so gewählt ist, daß das Kühlwasser nicht durch den eventuell vorhandenen Unterdruck in dieser Leitung zurückgesaugt oder durch den Druck der Abgase des Hilfsbrenners zurückgedrückt werden kann.

Die die Abgase des Hilfsbrenners führende Leitung ist vorzugsweise die Brennkammer des Hilfsbrenners, die von oben her in die Kühlkammer hineinragt und von kühlwasserberieselten Füllkörpern oder von Kühlwasserdüsen umgeben ist. Auf diese Weise ergibt sich ein außerordentlich kompakter Aufbau und eine gute Kühlung der Brennkammer des Hilfsbrenners.

Aus Gründen der Raumersparnis ist es zweckmäßig, daß die Leitung, welche die Abgase des Hauptbrenners führt, waagrecht in die Kühlkammer eintritt und dann senkrecht nach unten umgebogen ist. Uli bei dieser Anordnung und bei von oben her in die Kühlkammer hineinragender Brennkammer des Hilfsbrenners den innerhalb der Kühlkammer verlaufenden Teil des die Abgase des Hauptbrenners führenden Rohres vor den heißen Gasen des Hilfsbrenners zu schützen, ist im Abstand vom offenen Ende der Brennkammer eine Umlenkplatte für die Abgase vorgesehen, die vom Kühlwasser gekühlt ist. Diese Umlenkplatte schützt nicht nur die Rohrleitung, sondern sie lenkt zugleich den Gasstrom nach oben um, also in Richtung auf die Kühlwasserzuführung und die Schutzgasableitung. JO

In der Kühlkammer können zusätzliche Leitvorrichtungen zur Führung des Kühlwassers zu besonders hitzegefährdeten Abschnitten der die Abgase führenden Leitungen vorgesehen werden.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. Es zeigt

F i g. 1 ein Schema einer Einrichtung zur Direktreduktion von Eisenerz mit einer erfindungsgemäßen Schutzgasanlage und

F i g. 2 die wesentlichen Teile der erfindungsgemäßen Schutzgasanlage in vergrößertem Maßstab.

Es sei zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, in der 4¹S eine Anlage zur Direktreduktion für Eisenerz dargestellt ist, bei der Eisenoxid mittels Kohlenmonoxid zu Eisenschwamm reduziert und das bei der Reduktion anfallende Abgas für die Umwandlung von z.B. Erdgas in Reduktionsgas verwendet wird. 5u

Mit I isi der Reduktionsofen bezeichnet, in welchen durch einen Trichter 2 Eisenoxid eingefüllt wird. Durch die Leitung 3 wird dem Reduktionsofen ein Reduktionsgas zugeführt, welches in einen rekuperativ betriebenen Gasu'usetzer 4 aus einem Gasgemisch erzeugt wird. « Das Gasgemisch setzt sich zusammen aus einem Teil des aus dem Reduktionsofen 1 durch die Leitung 5 zurückströmenden und in der Ciaskühl- und Reinigungskammer 6 aufbereiteten Reduktions-Abgases, aus Erdgas, welches von einer Erdgasquelle 7 zugeführt w) wird, und aus einem Teil der Abgase eines llauptbrenners 8, der ilen Gasumset/er 4 eihit/t. Diese Aligase werden über eine Leitung 8.1 und einen Kühler 9 einer Mischkammer IO zugeführt, in welcher diese Abgase mit den erstgenannten Abg.1se.11 imd mit dem Erdgas t> > gemischt werden. Das Gasgemisch wird durch mit Katalysator gefüllte Röhret: Il im Gasumsetzcr 4 hindurchaeführi und durch den 1 l.uintbrenner 8 auf eine Temperatur von etwa 900' erhitzt, wobei sich das Abgas zu einem wirksamen Reduktionsgas umsetzt. Das aus dem Gasumsetzer 4 austretende heiße Reduktionsgas wird durch Zumischen eines Teiles der gekühlten und gereinigten Reduktions-Abgase über die Leitung 12 und das Gebläse 13 auf eine konstante Temperatur gebracht, bevor es in den Reduktionsofen 1 eintritt. Der in dem Reduktionsofen 1 erzeugte Eisenschwamm fällt über eine Klappe 14 in ein hermetisch abgeschlossenes Auffanggefäß 15 und wird auf nicht dargestellte Weise zu einem schematisch angedeuteten Lager 16 befördert, von wo aus der Eisenschwamm direkt in ein Elektrostahlwerk gelangt und zu Stahl verarbeitet wird.

Der Hauptbrenner 8, welcher den Gasumsetzer 4 betreibt, ist ein Gas- oder Ölbrenner, der seinen Brennstoff vor einer Gasquelle oder einem Öltank 17 erhält. Ein Gebläse 18 fördert die Verbrennungsluft durch einen Luftvorwärmer 19 zum Hauptbrenner 8. Der Luftvorwärmer !9 wird durch die heißen Abgase des Hauplbrenners 8 betrieben, welche durch die Abgasleitung 20 abgeführt werden und zum Teil den Luftvorwärmer 19 durchströmen, ehe sie bei 21 durch einen Kamin in die Atmosphäre entweichen.

Der im Reduktionsofen 1 erzeugte Eisenschwamm ist außerordentlich sauerstofffreundlich und muß daher sowohl bei seiner Erzeugung als auch während des Transports und der Lagerung vor Oxydation geschütz», werden. Zu diesem Zweck ist eine Schutzgasanlage vorgesehen, die Schutzgas erzeugt und über eine Leitung 24 einerseits durch eine Leitung 25 dem Gefäß 15 und/oder andererseits durch eine Leitung 26 dem Lager 16 zuführt. Während des Betriebes der Erzreduktionsanlage, welcher die Herstellung des Reduktionsgases in dem Gasumsetzer 4 und damit den Betrieb des Hauptbrenners 8 voraussetz;, wird das Schutzgas aus den heißen Abgasen des Hauptbrenners 8 gewonnen, die durch die Leitung 20 einer Kühlkammer 27 zugeführt werden. In der Kühlkammer 27 werden die heißen Abgase durch unmittelbare Wasserkühlung, die durch am oberen Ende der Kühlkammer 27 angebrachte Wassersprühdüsen 28 bewirkt wird, so weit abgekühlt, daß das in den Abgasen enthaltene H2O zum größeren Teil kondensiert. Das weitgehend wasserfreie Abgas wird durch eine im oberen Bereich der Kühlkammer 27 befindliche Ableitung 29 von einem Gebläse 30 abgesaugt und der Leitung 24 zugeführt. Um in dem Leitungsabschnitt 31 zwischen der Ableitung 29 und dem Gebläse 30 eine Kondensatbildung zu vermeiden, kann die Temperatur des Schutzgases in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur durch das Einbrennen von Erdgas mittels eines Brenners 32 angehoben werden. In der Leitung 24 ist ein Kühler 3J vorgesehen, in welchem vor allem die Konipressionswärme des Gebläses 20 aus dem Schutzgas an Kühlwasser abgeführt wird.

Wenn die Erzreduktionsanlage nicht in Betrieb ist, steht kein Abgas vom Hauptbrenner 8 für die Erzeugung von Schutzgas zur Verfügung, welches auch bei stillstehender Anlage für andere Zwecke, z.B. zum Schutz zumindest des Lagers i6, benötigt wird. Für diesen Fall wird das Schutzgas aus den Abgasen eines Hilfsbrenners 15 erzeugt, der wie der Hauptbrenner 8 ;ils Gas- oder ölbrenner ausgebildet sein kann und seinen Brennstoff von der Gas- oder Ölquelle 17 über eine Leitung 56 erhalt. Die Veibrennungsliift wird von einem Gebläse J7 gefördert. Die Abgase des llilfsbren ners 55 werden direkt in die Kühlkammer Il eingeführt und dort wie vorher die Abuasc des Haiinibrenners 8

durch unmittelbare Wasserkühlung auf ca. 40° abgekühlt, wodurch weilgehend wasserfreies Schutzgas entsteht, das in der vorher beschriebenen Weise durch das Gebläse 30 der Schutzgasleitung 24 zugeführt wird. Durch ein Ventil 38 kann in diesem Fall die Leitung 25 zum Behälter 15 abgesperrt werden, so daß das erzeugte Schutzgas ausschließlich dem Lager 16 zugeführt werden kann.

Wenn die Erzreduklionsanlagc außer Betrieb ist, das erforderliche Schutzgas also ausschließlich aus den Abgasen des Hilfsbrenners 35 erzeugt wird, muß die Abgasleitung 20 des Hauptbrenners 8 abgesperrt werden, da sonst das aus den Abgasen des Hilfsbrenners 35 erzeugte Schutzgas zumindest teilweise durch diese Leitung 20 und die Leitung 21 in den Kamin abströmen könnte. Der Anschluß dieser Leitung 20 gestaltet sich besonders einfach, wenn entsprechend dem dargestellten Ausführungsbeispiel diese Leitung 20 in die Kühlkammer 27 hineinragt und für diese Leitung eine Absperrvorrichtung in Form eines Wasserverschlusses mit dem Kühlwasser als Verschlußwasser vorgesehen ist. Zu diesem Zweck erstreckt sich die Leitung 20 innerhalb der Kühlkammer 27 im wesentlichen senkrecht nach unten, und zur Regelung des Niveaus des Verschlußwdssers sind an der Kühlkammer 27 zwei Abflüsse 40 und 41 in unterschiedlicher Höhe angebracht, von denen der untere Abfluß 41 ein Absperrorgan 42 aufweist. Die Abflüsse 40 und 41 münden in eine gemeinsame Abflußleitung 43, die in ein Auffanggefäß 44 eintritt, aus welcher das Kühlwasser bei 45 abgeführt wird. Eine Trennwand 46 verhindert, daß Abgas direkt durch einen oder beide Abflüsse 40,41 abströmen kann.

1st der Hauptbrenner 8 in Betrieb, so ist das Absperrorgan 42 offen und es stellt sich in der Kühlkammer ein Kühlwasserstand A ein, der den Abgasen freien Zutritt aus der Leitung 20 in die Kühlkammer 27 ermöglicht. Ist der Hilfsbrenner 35 in Betrieb, so wird das Absperrorgan 42 betätitgt, wodurch sich in der Kühlkammer 27 ein Kühlwasserstand B einstellt, durch welchen die Leitung 20 abgeschlossen ist. Die Höhe des senkrechten Abschnittes der Leitung 20 innerhalb der Kühlkammer 27 ist dabei so bemessen, daß das Kühlwasser weder durch den in der Leitung 20 herrschenden, durch den Kaminzug bedingten Unterdruck noch durch den Druck der Abgase des Hüfsbrenners 35 über die höchste Stelle der Leitung 20 hinaus zurückgesaugt bzw. hineingedrückt werden kann.

Die Kühlkammer 27 mit dem Hilfsbrenner 35 und dem Wasserverschluß für die Leitung 20 ist in F i g. 2 im einzelnen dargestellt. Der Hilfsbrenner 35 ragt mit seiner Brennkammer 50 direkt von oben her in die Kühlkammer 27 hinein. Die Brennkammer 50 wird an ihrer Außenfläche wirksam von dem Kühlwasser gekühlt, welches durch die Sprühdüsen 28 am oberen Ende der Kühlkammer in den Ringraum zwischen Brennkammer 50 und Kühlkammer 27 zugeführt wird. Unterhalb des Fndes der Brennkammer 50 und in einem Abstand von diesem ist eine konkave Umlenkplatte 51 für die aus der Brennkammer 50 ausströmenden Abgase vorgesehen. Diese Platte 51 lenkt die Abgase gegen die aus den Düsen 28 austretenden Wasserstrahlen und in Richtung auf die Schutzgasableitung 29 um. Außerdem bewirkt diese Platte 51 einen Schutz der Rohrleitung 20 vor den heißen Abgasen. In der Kühlkammer sind Leitvorrichtungen 52 vorgesehen, welche das Kühlwasser an besonders hitzegefährdete Abschnitte heranführen, also insbesondere an die Brennkammer 50, die Umlenkplatte 51 und die Rohrleitung 20.

In der Schutzgasableitung 29 ist in üblicher Weise eir Feuchtigkeitsabscheider 54 (Demister) vorgesehen.

Selbstverständlich sind viele Abwandlungen de« dargestellten Ausführungsbeispicls möglich, ohne der Rahmen der F.rfindung zu verlassen. Anstelle der dargestellten Sprühkühlung mittels Sprühdüsen können in den Ringraum zwischen der Brennkammer 50 und der Wand der Kühlkammer 27 von Kühlwasser berieselte Füllkörper vorgesehen werden. Anstelle des dargestellten Wasserabschlusses für die Leitung 20 könnte innerhalb der Kühlkammer 27 auch ein Schieber in der Leitung 20 vorgesehen werden, der somit wassergekühlt wäre.

Die crfindungsgemäße Schutzgasanlagc ist nicht aul ihre Verwendung bei Einrichtungen zur Durchführung von Frzreduktionsprozesscn beschränkt. F.in weitere*

j5 Anwendungsgebiet ist beispielsweise die Schutzgaser zeugung bei Öltankern, bei denen die Öltanks unter Schutzgas gesetzt werden, um die Explosionsgefahr zi verringern. Normalerweise wird hierbei das Schutzgas aus dem Abgas eines ölbrenners gewonnen, der für die Erzeugung von Wasserdampf zum Betreiben vor Dampfturbinen für den Antrieb von Großventilen unc dergl. verwendet wird. Da dieser Hauptbrenner nichi immer in Betrieb ist oder auch ausfallen kann, ist e< erwünscht, einen Hilfsbrenner vorzusehen, aus desser Abgasen im Bedarfsfall Schutzgas erzeugt werden kann Schließlich ist die Erfindung auch bei Anlagen zui Gasreformierung verwendbar, bei denen Gas- odei Ölbrenner zur Durchführung der Prozesse erforderlich sind, deren Abgase dann in Schutzgas umgewandelt

so werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Schutzgasanlage für Einrichtungen, die einen Hauptbrenner für flüssige oder gasförmige Brennstoffe zur Erhitzung eines flüssigen oder gasförmigen Mediums aufweisen, insbesondere für Einrichtungen zur Durchführung von Erzreduktionsprozessen, bei der Schutzgas durch Abkühlen von heißen Abgasen in einer mit unmittelbarer Wasserkühlung arbeitenden Kühlkammer, die im oberen Bereich einen Kühlwasserzufluß und eine Schutzgasableitung und im unteren Bereich einen Abfluß für das erwärmte Kühlwasser aufweist, erzeugt wird, die alternativ on dem Hauptbrenner oder von einem Hilfsbrenner stammen, gekennzeichnet durch eine für beide Abgasströme gemeinsame Kühlkammer (27), in die einerseits die die Abgase des Hauptbrenners (8) führende Leitung (20) hineinragt und andererseits die die Abgase des Hiifsbrenners (35) führende Leitung (50) mündet, und in der eine Absperrvorrichtung für die die Abgase des Hauptbrenners (8) zuführende Leitung (20) vorgesehen ist.

2. Schutzgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Abgase des Hauptbrenners (8) führende Leitung (20) innerhalb der Kühlkammer (27) im wesentlichen senkrecht nach unten verläuft, daß die Absperrvorrichtung in Form eines Wasserverschlusses ausgebildet ist, dessen Verschlußwasser von dem Kühlwasser gebildet ist; und daß eine Einrichtung (42) zur Steuerung des Niveaus des Verschlußwassers vorgesehen ist.

3. Schutzgasanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Niveaus des Verschlußwassers zwei Abflüsse (40, 41) in unterschiedlicher Höhe an der Kühlkammer (27) angebracht sind, vor denen der untere ein Absperrorgan (42) aufweist und zwischen denen die die Abgase des Hauptbrenners (8) führende (20) Leitung endet.

4. Schutzgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Abgase des Hiifsbrenners (35) führende Leitung die Brennkammer (50) des Hiifsbrenners ist, die von oben her in die Kühlkammer (27) hineinragt.

5. Schutzgasanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Abstand vom offenen unteren Ende der Brennkammer (50) eine Umlenkplatte (51) für die Abgase vorgesehen ist, die von Kühlwasser gekühlt ist.

6. Schutzgasanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kühlkammer (27) Leitvorrichtungen (52) zur Führung des Kühlwassers zu besonders hhzegefährdeten Abschnitten der die Abgase führenden Leitungen (20,50) vorgesehen sind.