DE2523082A1 - Gichtgasreinigungsanlage fuer druckhochoefen - Google Patents

Gichtgasreinigungsanlage fuer druckhochoefen

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Description

Andrejewski, Honke, Gesthuysen & Masch Patentanwälte Diplom-Physiker
Dr. Walter Andrejewski Diplom-Ingenieur Dr.-lng. Manfred Honke Diplom-Ingenieur
Hans Dieter Gesthuysen Diplom-Physiker Dr. Karl Gerhard Masch
Anwaltsakte: h.c 1 1 Q Λ/!ο 43 Essen 1, Theaterplatz 3, Postf. 789
l6. Dezember 1974
Patentanmeldung
Gottfried Bischoff Bau kompl. Gasreinigungs- und
Wasserrückkühlanlagen Kornmanditgeselllschaft
4j5OO Essen, Gärtnerstraße 44
"Gichtgasreinigungsanlage für Druckhochöfen"
Die Erfindung bezieht sich auf eine Gichtgasreinigungsanlage für Druckhochöfen, bestehend aus - in Strömungsrichtung der Gichtgase gesehen -
an die Gicht des Druckhochofens angeschlossener Rohgasleitung, gegebenenfalls Grobabscheider, zumindest einem Vorwäscher, DifoTerenzdruckwaschvorrichtung und nachgeschaltetem Expansionsturbinenaggregat,
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ORIGINAL INSPECTED Andrejewski, Honke, Gesthuysen & Masch, Patentanwälte in Essen
wobei der Druck an der Gicht des Druckhochofens über einen zugeordneten Regelkreis mit Stellglied geregelt ist und wobei das Expansionsturbinenaggregat ein vorgeschaltetes Schnellschlußventil aufweist.
Eine Gichtgasreinigungsanlage der beschriebenen Gattung ist Gegenstand eines älteren Rechtes (der Anmelderin P 24 39 758.8). In dem älteren Recht ist die Differenzdruckwaschvorrichtung als ausschließliches Stellglied in den Regelkreis zur Konstanthaltung des an der Gicht des Druckhochofens herrschenden Gichtgasdruckes eingesetzt. Sie besteht aus zwei Differenzdruckwasehern, wobei einem der Differenzdruckwascher das Expansionsturbinenaggregat nachgeschaltet ist. Außerdem ist die Anordnung so getroffen, daß die beiden Differenzdruckwascher hintereinandergeschaltet und mit einer Bypaßleitung versehen sind, die in Strömungsrichtung hinter dem Differenzdruckwascher für die Druckregelung am Druckhochofen abzweigt und an einen nachgeschalteten Reingasabzug angeschlossen ist, während in der Bypaßleitung zumindest ein Steuerventil bzw. Regelventil und die Expansionsturbine angeordnet sind. Das gibt die Möglichkeit, das Expansionsturbinenaggregat für den höchsten Druck an der Gicht des Druckhochofens und für die größte Gichtgasmenge auszulegen und die Steuerung oder Regelung der Expansionsturbine als Bypaßregelung durchzuführen. Es versteht sich von selbst, daß das Expansionsturbinenaggregat mit einem Schnellschlußventil ausgerüstet ist. Die Differenzdruckwascher sind z.B. Ringspaltwascher. Die beschriebene Ausführungsform hält man für erforderlich, weil der Gichtgasdruck an der Gicht des Druckhochofens auch dann, wenn das Schnellschluß ventil des Expansionsturtinenaggregates schließt, ohne Störung aufrechterhalten werden muß. Das gelingt bei der beschriebenen Ausführungsform, die sich insoweit bewährt hat, weil die Regelung des Druckes an der Gicht des Druckhochofens praktisch unabhängig ist vom Betriebszustand des Ex-
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pansionsturbinena^gregates. Sie ist jedoch regeltechnisch aufwendig, wenn gleichzeitig Optimierung der Waschleistung der Differenzdruckwaschvorrichtung verlangt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gichtgasreinigungsanlage der beschriebenen Gattung so weiter auszubilden, dai3 die Differenzdruckwaschvorrichtung ohne Rücksicht auf die Regelung des Druckes des Gichtgases an der Gicht des Druckhochofens optimal eingestellt werden kann. Anders ausgedrückt liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer Gichtgasreinigungsanlage der beschriebenen Gattung einerseits die Druckregelung des Gichtgases an der Gicht des Druckhochofens und andererseits den Betrieb der Differenzdruckwaschvorrichtung regeltechnisch zu entkoppeln.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß die Rohgasleitung in eine über die Differenzdruckwaschvorrichtung und das Expansionsturbinenaggregat führende Hauptleitung und eine das Expansionsturbinenaggregat umgehende Bypaßleitung verzweigt ist, die eine Differenzdruckwaschvorrichtung als Druckregelventil und ein Schnellöffnungsventil aufweist, und daß das Expansionsturbinenaggregat mit einem Leitapparat mit z. B. verstellbaren Schaufeln ausgerüstet und damit als Stellglied in den Regelkreis für den Druck an der Gicht des Druckhochofens integriert sowie das als Differenzdruckwaschvorrichtung ausgeführte in der Bypaßleitung entsprechend in diesen Regelkreis oder in einen äquivalenten Regelkreis einbezogen und mitgeschleppt ist, und daß fernerhin das Schnellschlußventil des Expansionsturbinenaggregates sowie das Schnellöffnungsventil in der Bypaßleitung so gesteuert sind, daß beim Schließen des Schnellschlußventils das Schnellöffnungsventil in der Bypaßleitung öffnet. Die Bypaßleitung zweigt zweckmäßigerweise hinter der Vorwäsche ab. Jedenfalls kann bei der beschrie-
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benen Gichtgasreinigungsanlage, und darin liegt der durch die Erfindung erreichte Vorteil, die Differenzdruckwaschvorrichtung ohne weiteres auf optimale Betriebsparameter eingestellt werden, ohne daß hierbei auf die Druckregelung an der Gicht des Druckhochofens Rücksicht genommen werden müßte. Dieser Betriebszustand ist dann der übliche und normale. Nur wenn das Schnellschlußventil des Expansionsturbinenaggregates schließt, d.h. bei seltenen Ausnahmen wird das Gichtgas über die zur Einstellung des Druckes an der Gicht und als Regelventil dienende Ringspaltwasetzvorrichtung geführt. Ohne weiteres besteht also die Möglichkeit, die Anordnung so zu treffen, daß in Kombination zu den beschriebenen Maßnahmen die Differenzdruckwaschvorrichtung in der Hauptleitung einen selbständigen Differenzdruckregelkreis aufweist und dadurch auf optimale Waschleistung - unabhängig von der Druckregelung an der Gicht des Druckhochofens - steuerbar ist. Damit wird das Expansionsturbinenaggregat selbst gleichsam zu einem Regelventil.
Im einzelnen bestehen mehrere Möglichkeiten für die weitere Auslegung und Gestaltung der erfindungsgernäßen Gichtgasreinigungsanlage. So können die Differenzdruekwaschvorrichtungen in der Hauptleitung und in der Bypaßleitung als Ringspaltwascher ausgebildet sein, wobei es sich um einzelne oder auch um' mehrere parallelgeschaltete Ringspaltwascher in jeder Leitung handeln kann.
Die Erfindung nutzt die zur Erfindung gehörende Erkenntnis, daß bei einer Gichtgasreinigungsanlage der beschriebenen Gattung keine regeltechnischen Probleme für die Regelung des Druckes an der Gicht des Druckhochofens auftreten, wenn in der beschriebenen Weise mit dem Schließen des Schnellschlußventils des Expansionsturbinenaggregates das Schnellöffnungsventil in der Bypaß-
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leitung öffnet. Das Schnellschlußventil im Expansionsturbinenaggregat schließt wie üblich bei Turbinenanlagen, z.B. dann wenn aus besonderen Gründen die Gefahr besteht, daß die Expansionsturbine des Expansionsturbinenaggregates in eine Drehzahl einläuft, in der Schaden auftreten könnten. Im allgemeinen viird man das Schnellschlußventil des Expansionsturbinenaggregates und das Schnellöffnungsventil in der Bypaßleitung über eine gemeinsame Steuereinrichtung koppeln, und zwar so, daß beim Schließen des Schnellschlußventils des Expansionsturbinenaggregates praktisch augenblicklich das Sohne11öffnungsvent11 in der Bypaßleitung öffnet. Die Expansionsturbine ist im allgemeinen eine Zentripetalturbine mit Zentrifugalsichtergehäuse und einem vorgeschalteten Leitapparat mit verstellbaren Schaufeln.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Die einzige Figur zeigt in schematischer Darstellung eine Gichtgasreinigungsanlage mit Differenzdruckwaschvorrichtung vor dem Expansionsturbinenaggregat und in der Bypaßleitung.
Die in der Figur dargestellte Gichtgasreinigungsanlage ist für Druckhochöfen 1 bestimmt. Sie besteht in ihrem grundsätzlichen Aufbau - in Strömungsrichtung der Gichtgase gesehen -
an die Gicht 2 des Druckhochofens 1 angeschlossener Rohgasleitung ~5,
Grobabscheider 4,
Vorwäscher 5>
Di fferenzdru ckwa s chvorri chtung 6,
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nachgeschaltetem Expansionsturbinenaggregat 7·
Expansionsturbinenaggregat 7 bezeichnet dabei die Expansionsturbine 8 mit den zugeordneten Ventilen, insbesondere also dem vorgeschalteten Schnellschlußventil 9. Der Druck an der Gicht 2 des Druckhochofens 1 ist über einen zugeordneten Regelkreis 10 mit Stellglied 11 geregelt.
Man entnimmt aus der Figur unmittelbar, daß die Rohgasleitung 3 in eine über die Differenzdruckwaschvorrichtung 6 und das Expansionsturbinenaggregat 7 führende Hauptleitung 12 und eine das Expansionsturbinenaggregat 7 umgehende Bypaßleitung 13 verzweigt ist. Die Bypaßleitung 13 weist eine Di ff er enz druckwasch vor richtung lh als Druckregelventil und ein Schnellöffnungsventil 15 auf. Im übrigen ist die Anordnung so getroffen, daß das Expansionsturbinenaggregat 7 als Stellglied in den Regelkreis 10 für den Druck an der Gicht 2 des Druckhochofens 1 integriert ist. Außerdem ist aber die Differenzdruckwaschvorrichtung 14 in der Bypaßleitung 13 entsprechend in diesen Regelkreis 10 integriert oder in einen äquivalenten Regelkreis einbezogen. Jedenfalls wird dieses Stellglied mitgeschleppt, gleichgültig, ob überhaupt Gichtgase über die Bypaßleitung IJ strömt oder nicht. Zur Erfindung gehört fernerhin, daß das Schnellschlußventil 9 im Expansionsturbinenaggregat 7 sowie das Schnellöffnungsventil 15 in der Bypaßleitung 13 so gesteuert sind, daß beim Schließen des Schnellschlußventils 9 des Expansionsturbinenaggregates 7 das Schnellöffnungsventil 15 öffnet. Das wird im einzelnen noch erläutert. Zunächst ist zum Aufbau der dargestellten Gichtgasreinigungsanlage von Bedeutung,
daß die Bypaßleitung 13 hinter dem Vorwäscher 5 von der Rohgasleitung 3 abgezweigt ist. Jedenfalls ist die Dif-
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ferenzdruckwaschvorrichtung 6 in der Hauptleitung 12 mit einem Differenzdruckregelkreis 12 versehen und dadurch auf optimale Waschleistung gesteuert. Dieser Differenzdruckregelkreis l6 ist unabhängig von dem Regelkreis 10, mit dem der Druck an der Gicht 2 des Druckhochofens 1 gesteuert ist.
Die Anordnung der Differenzdruckwaschvorrichtung 14 in der Bypaßleitung bringt den Vorteil, daß in jedem Betriebszustand eine Reinigung des Gichtgases in einer der Differenzdruckwaschvorrichtungen 6 bzw. l4 stattfindet, gleichgültig ob das Gichtgas über das Expansionsturbinenaggregat 7 oder über die Bypaßleitung 13 abfließt und der Reingasleitung 17 zufließt. Es versteht sich von selbst, daß mit der Umschaltung des Gichtgasstromes auf die Bypaßleitung 13 auch das Waschwasser von der Differenzdruckwaschvorrichtung 6 auf die Differenzdruckwaschvorrichtung 14 umgeschaltet wird. Die Differenzdruckwaschvorrichtungen 6, 14 sind als Ringspaltwascher ausgebildet. Dabei ist jeder der Leitungen 12, 13 nur ein Ringspaltwascher zugeordnet, es könnten aber auch in jeder Leitung mehrere parallelgeschaltete Ringspaltwa scher vorgesehen sein.
Das Expansionsturbinenaggregat 7 dient gleichzeitig als Regelventil, es ist dadurch als Stellglied für den Regelkreis 9 ausgebildet. Das Expansionsturbinenaggregat weist hierzu verstellbare Schaufeln 19 auf. Jedenfalls sind das Schnellschlußventil 9 des Expansionsturbinenaggregates 7 und das Schnellöffnungsventil 15 der Bypaßleitung 13 über eine nicht dargestellte Steuereinrichtung gekoppelt. Unabhängig von den Zeichnungssymbolen in der Figur ist die Auslegung der Expansionsturbine 8 selbst. Es kann sich um eine Axialturbine oder um eine Zentripetalturbine mit Zentrifugelsiuntergehäuse und einem vorgeschalteten Leit-
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apparat l8 mit verstellbaren Schaufeln 19 handeln· Die Figur macht außerdem deutlich, daß die beiden Differenzdruckwaschvorrichtungen 6, 14 im gleichen Waschturm 20 untergebracht sind. Bei der dargestellten Ausführungsform liegt folglich das Schnellöffnungsventil 15 der Bypaßleitung 15 hinter der Differenzdruckwaschvorrichtung 14, die zu der Bypaßleitung 15 gehört.
Zum Verständnis der Arbeitsweise einer erfindungsgemäßen Gichtgasreinigungsanlage ist zunächst von Bedeutung, daß der Gichtgasstrom stets nur durch die Hauptleitung 12 oder die Bypaßleitung 15 geht. Die Umstellung erfolgt durch Betätigung von Schnellschlußventil 9 und Schnellöffnungsventil 15· In der Hauptleitung 12, in der der Gichtgasstrom durch das Expansionsturbinenaggregat 7* welches einen Generator 21 antreibt, geführt wird, wird in der Differenzdruckwaschvorrichtung 6 ein zur Erzielung eines bestimmten Reingasstaubgehaltes notwendiger Differenzdruck eingestellt. Dieser Differenzdruck wird über den erwähnten Differenzdruckregelkreis l6, bestehend beispielsweise aus Führungsregler 22 und Sollwerteinstellung und Positionsregler 23* konstant gehalten. Die im Gichtgas nach der Reinigung noch enthaltene Energie wird in der Expansionsturbine 8 des Expansionsturbinenaggregates 7 ausgenutzt» Dieses Expansionsturbinenaggregat 7 erfüllt jedoch einen doppelten Zweck, es funktioniert nämlich gleichzeitig als Stellglied für den Regelkreis 10 zur Regelung des Gichtgasdruckes an der Gicht des Druckhochofens. Dieses geschieht über die verstellbaren Schaufeln 19 des vorgeschalteten Leitapparates l8. Dabei wird ohne Schvierigkeiten der Druck an der Gicht 2 auf einem konstanten Sollwert gehalten. Durch Verstellung dieser Schaufeln 19 erreicht man, daß die Expansionsturbine 8 gleichsam auf verschiedenen Kennlinien läuft. Dadurch ist es möglich, daß man bei verschiedenen Volumenströmen immer das gleiche Druckverhältnis erreicht. Also ist das Expansions-
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turbinenaggregat 7 in dieser Ausführungsform besonders geeignet für die Regelung des Druckes an der Gicht 2 des Druckhochofens 1. Der Gichtgasdruck an der Gicht des Druckhochofens hat einen Stellwert und einen Sollwert, welche die Positionsregler 24 am Leitapparat 18 des Expansionsturbinenaggregates 7 so lange nachstellen, bis der Druck im Gichtgas im Gleichgewicht ist mit seinem Sollwert. Dieser Sollwert wird auch gleichermaßen den Positionsregler 25 in der Bypaßleitung Ij5 zugeführt und stellt dort die Differenzdruckwaschvorrichtung 14 ein. So wird erreicht, daß dieser Positionsregler 25 immer die gleichen Stell- und Sollwerte bekommt wie der Positionsregler 24 für den Leitapparat des Expansionsturbinenaggregates J. In diesem Regelkreis Io eingeschlossen ist ein Kurvenzugrechner 26, welcher die unterschiedlichen Stellungen des Leitapparates des Expansionsturbinenaggregates 7 zu denen der Differenzdruckwaschvorrichtung 14 in der Bypaßleitung ausgleicht bzw. anpaßt, so daß bei einer Umschaltung bzw. beim Schnellschluß der Expansionsturbine 8 des Expansionsturbinenaggregates 7 (was bei Entlastung der Turbine oder bei Schäden der Turbinenanlage sofort geschehen muß) das Schnellöffnungsventil 15 in der Bypaßleitung Ij5 sofort geöffnet werden kann. Das geschieht vorzugsweise gleichzeitig. Im gleichen Augenblick werden die Positionsregler 25 des oder der Differenzdruckwaschvorrichtung 14 in der Bypaßleitung Ij5 geregelt wie vorher die Positionsregler 24 des Leitapparates der Expansionsturbine 8. Hieraus können nur Fehler entstehen, wenn der Kurvenzugrechner nicht lOO^ig die Anpassung der unterschiedlichen Stellungen der Schaufeln 19 und der Differenzdruckwaschvorrichtung 6 bzw. 14 erreicht hat. Dafür ist der Gichtgasdruckregler aber da, der dann sofort die Druckregelung übernimmt. Es sind also nur die Korrekturen auszuführen, die bei einem evtl. nicht exakt eingestellten Kurvenzugrechner 26 sich ergeben haben. Bei Ausfall der Expansionsturbine 8 wird somit sofort ein Drossel-
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effekt erzeugt, der der Entspannung in dem Sxpansionsturbinenaggregat 7 mehr oder weniger gleichkommt. Dieser Drosseleffekt kann einmal durch die in der Bypaßleitung 13 in Reserve stehende Differenzdruckwasohvorrichtung 14 erzeugt werden· Während des normalen Betriebs hat die in Reserve stehende Differenzdruckwaschvorrichtung 14 die stellung, die zur gleichen Druckreduzierung erforderlich ist, wie diejenige, die in dem Expansionsturbinenaggregat 7 durch Expansion erfolgt.
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Claims (5)

Andrejewslei, Honke, Gesthuysen & Masch, Patentanwälte^ Essen ZO - 11 - Patentansprüche
1. Gichtgasreinigungsanlage für Druckhochöfen, bestehend aus
- in Strömungsrichtung der Gichtgase gesehen - an die Gicht des Druckhochofens angeschlossener Rohgasleitung, gegebenenfalls Grobabscheider, zumindest einem Vorwäscher, Differenzdruekwaschvorrichtung und nachgeschaltetem Expansionsturbinenaggregat, wobei der Druck an der Gicht des Druckhochofens über einen zugeordneten Regelkreis mit Stellglied geregelt ist und wobei die Expansionsturbinenanordnung ein vorgeschaltetes Schnellschlußventil aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohgasleitung (3) in eine über die Differenzdruckwaschvorrichtung (6) und das Expansionsturbinenaggregat (7) führende Hauptleitung (12) und eine das Expansionsturbinenaggregat (7) umgehende Bypaßleitung (I3) verzweigt ist, die eine Differenzdruckwaschvorrichtung (14) als Druckregelventil und ein Schnellöffnungsventil (I5) aufweist, und daß das Expansionsturbinenaggregat (7) mit einem Leitapparat mit z. B. verstellbaren Schau-i fein (19) ausgerüstet und damit als Stellglied in den Regelkreis für den Druck an der Gicht (2) des Druckhochofens (1) integriert j sowie das als Differenzdruckwaschvorrichtung (14) ausgeführte Druckregelventil in der Bypaßleitung (I3) in diesen Regelkreis | (10) oder entsprechend in einen äquivalenten Regelkreis einbezogen und mitgeschleppt ist, und daß fernerhin das Schnellschluß- : ventil (9) im Expansionsturbinenaggregat (7) sowie das Schnellöffnungsventil (I5) in der Bypaßleitung (I3) so gesteuert sind, daß beim Schließen des Schnellschlußventils (9) im Expansionstur-j binenaggregat (7) das Schnellöffnungsventil (I5) in der Bypaß- | leitung (I3) öffnet.
2. Gichtgasreinigungsanlage, nach Anspruch 1, dadurch gekenn-
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zeichnet, daß in Kombination dazu die Differenzdruckwaschvorrichtung (β) in der Hauptleitung (12) einen Differenzdruckregelkreis (l6) aufweist und dadurch auf optimale Waschleistung gesteuert ist.
3. Gichtgasreinigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzdruckwaschvorrichtung (6, l4) der Hauptleitung (12) und/oder in der Bypaßleitung (13) als Ringspaltwascher ausgebildet sind.
4. Gichtgasreinigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schnellschlußventil (9) des Expansionsturbinenaggregates (7) und das Schnellöffnungsventil (15) der Bypaßleitung (13) über eine gemeinsame Steuereinrichtung gekoppelt ist.
5. Gichtgasreinigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Expansionsturbinenaggregat (7) eine Zentripetalturbine mit Zentrifugalsichtergehäuse und einen vorgeschalteten Leitapparat (l8) mit verstellbaren Schaufeln (19) aufweist.
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