DE2631977C2

DE2631977C2 - Ofenanlage für chemische Umsetzungen

Info

Publication number: DE2631977C2
Application number: DE19762631977
Authority: DE
Inventors: Masanobu Inubushi; Osamu Nagata; Yoshiaki Kobe Hyogo Toyoda; Hajime Yamamoto
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 1975-07-19
Filing date: 1976-07-16
Publication date: 1986-05-28
Also published as: BR7604665A; DE2660880C2; DE2631977A1

Description

der den Druck im Oberteil des Ofens steuern kann, und wird mit Hilfe eines Einlaßventils 6, eines Hauptabspcrrventiles 7 und eines Ventils 8 zur Geschwindigkeitsregulierung einer durch das Ofengas betriebenen Turbine 9 zugeführt

Die Strömungsgeschwindigkeit des Reaktionsgases durch den Wäscher 5 wird durch einen Regler 17 gesteuert der auf ein Steuersignal einer weiter unten beschriebenen Ofenoberteildrucksteuereinrichtung A anspricht Der Druck im Oberteil des Ofens ändert sich in umgekehrtem Verhältnis zur Strömungsgeschwindigkeit des Gases und kann daher mit Hilfe der Steuereinrichtung A durch den Regler 17 des Wäschers 5 gesteuert werden.

Die Turbine 9 ist direkt mit einem Generator 10 ge- is kuppelt und treibt diesen an. In der Abgasleitung von der Turbine ist ein Auslaßabschaltventil 10 vorgesehen. Ferner ist eine Nebenweggasleitung 16, die ein Nebenwegventil 12 enthält an einem Ende mit dem Turbinencinlaß an einem Punkt stromaufwärts des Turbineneinlaßventils 6 und am anderen Ende mit der Turbinenabgasleitung an einem Punkt stromabwärts vom Auslaßabschaltventil 11 verbunden.

Das beschriebene Gasströmungssystem ist mit einem Ofenoberteildruckdetektor 13 versehen, der am Ofengasauslaß am oberen Teil des Blasofens 3 angeordnet ist, ferner mit einem Turbineneinlaßdruckdetektor 14, der am Einlaß der Turbine 9 in der Gasströmungsleitung an einem Punkt stromaufwärts des Turbineneinlaßvenlils 6 angeordnet ist und schließlich mit einem Drehge schwindigkeitsdetektor 15 für die Turbine, der an einem geeigneten Platz zur Bestimmung der Geschwindigkeit der Turbinen- oder Generatorwelle angeordnet ist.

Die Ofenoberteildrucksteuereinrichtung A empfängt Anzcigesignale von dem Ofenoberteildruckdetektor 13 und weist einen Ofenoberteildruckeinsteller G zur Durchführung der Einstellung bezüglich der Steuereinrichtung A auf. Wirkungsmäßig verbunden mit der Ofenobcrteildrucksteuereinrichtung A ist ein Steuersystem vorgesehen, das mit den erwähnten Detektoren 14 und 15 zusammenwirkt, um den Betrieb des Turbinensystems zu steuern. Dieses Steuersystem umfaßt im wesentlichen einen Turbinenregler B, der Anzeigesignale von dem Turbineneinlaßdruckdetektor 14 und dem Turbinendrehgeschwindigkeitsdetektor 15 empfängt, einen Turbineneinlaßdruckeinsteller C zum Durchführen des Einstellens im Hinblick auf den Turbinenregler B, einen Belastungsgrenzeneinsteller D zur Durchführung der Einstellung ebenfalls mit Rücksicht auf den Turbinenregler B, einen Begrenzer E für die Obergrenze des eingestellten Wertes für den Turbineneinlaßdruck zur Durchführung der Begrenzung im Hinblick auf den Turbinenregler B, einen Einsteller Ffür den Mindestdruckunterschied zur Durchführung der Einstellung im Hinblick auf den Begrenzer £, wobei Betriebsinformation auch dem Begrenzer fvon der Ofenoberteildrucksteuereinrichtung A zugeht sowie einen Rückkopplungssignalkreis H, der zwischen den Turbinenregler B und das Nebenwegventil 12 geschaltet ist.

Bei der Blasofenanlage mit dem oben beschriebenen allgemeinen Aufbau wird die Turbine 9 nur betrieben, wenn der Blasofen 3 einen stabilen Hochdruckbetriebszustand angenommen hat. Demzufolge wird beim Ingangsetzen des Blasofens und wenn keine Luftströmung vorliegt, die Turbine 9 angehalten, und das Hauptabschaltventil 7 und das Geschwindigkeitsreglungsventil 8 sind völlig geschlossen, wodurch sämtliches vom Blasofen erzeugtes Gas über den Nebenweg 16 und das Nebenwegventil, das völlig geöffnet ist strömt Der Druck im Oberteil des Ofens wird während dieser Zeit aufgrund der regelnden Wirkungsweise des Gaswäschers 5 auf einem konstanten Wert gehalten.

Ganz allgemein werden Turbine und Generator durch parallele Belastung mit einer äußeren Kraftquelle betrieben. Während des Betriebes der Turbine 9 wird das Nebenwegventil 12 völlig geschlossen gehalten, und die Gesamtmenge des erzeugten Gases muß aus dem Blasofen 3 durch die Turbine 9 strömen, wobei die Energie dieses Gases in wirksamer Weise wiedergewonnen wird. Zu der gleichen Zeit wird der Turbineneinlaßdruck durch das Regulierventil 8 unter der Steuerung des Turbinenreglers B gesteuert und auf dem höchstmöglichen Wert gehalten, bei dem die Waschleistung des Gaswäschers 5 gehalten werden kann, um dadurch den Wärmeabfall in der Turbine und die wiedergewonnene Energie zu erhöhen. Der Druck im Oberteil des Ofens wird während dieser Zeit durch den Gaswächter 5 auf einem konstanten Wert gehalten, und außerdem wird die Drehgeschwindigkeit der Turbine 9 mit der der äußeren Kraftquelle synchronisiert und auf diese Weise auf konstantem Wert gehalten.

Die verschiedenen Betriebsweisen der Turbine, wie sie für die Zwecke der erfindungsgemäßen Anlage angewandt werden, sind wie folgt:

1. Normalbetrieb

1-1. Ingangsetzen der Turbine

Angenommen, Nebenwegventil 12 ist vollständig geöffnet, Turbine 9 angehalten und die Gesamtmenge des im Blasofen erzeugten Gases strömt nicht durch Turbine 9, sondern durch Nebenwegventil 12. Der Druck im Oberteil des Ofens wird in diesem Falle vom Gaswäscher 5 gesteuert.

Wenn ein Befehl zum Ingangsetzen der Turbine erfolgt, werden das Turbineneinlaßventil 6 und das Auslaßabschaltventil 11 geöffnet und in Form eines vorbereitenden Schrittes zum Starten der Turbine Gas durch die Turbine geleitet. Der Turbinenstart wird im einzelnen wie folgt durchgeführt:

Zunächst wird das Hauptabschaltventil 7 geöffnet und anschließend mit Hilfe des Belastungsgrenzeneinstellers D das die Geschwindigkeit regulierende Ventil 8 allmählich durch den Turbinenregler B geöffnet, bis es vollständig offen ist Zu derselben Zeit wird das Nebenwegventil 12 allmählich geschlossen und anschließend versuchsweise zu dem Zeitpunkt, wenn der Turbineneinlaßdruck einen geeigneten Wert erreicht, bei einem konstanten Öffnungsgrad gehalten. Zu diesem Zeitpunkt wird die Turbine 9 allmählich beschleunigt, bis sie die eingestellte Mindestdrehgeschwindigkeit e'er Drehgeschwindigkeitssteuerung des Turbinenreglers B erreicht, worauf sie der Geschwindigkeitsregelung unterworfen wird.

Zu diesem Zeitpunkt wird die Synchronisierung der Turbine mit der äußeren Kraftquelle automatisch oder von Hand durchgeführt. Wenn Synchronisation erreicht ist, tritt ein Turbineneinlaßdrucksteuerungskreis des Turbinenreglers B, der bis dahin außer Betrieb war, automatisch in Tätigkeit, und der Betrieb der Turbine unterliegt der Turbineneinlaßdrucksteuerung.

1-2. Belastung

Um die Turbine zu belasten, wird das Nebenwegventil von seinem für die Synchronisation benötigten Zu-

stand aus weiter geschlossen, bis es völlig geschlossen ist, worauf die gesamte Gasmenge aus dem Blasofen durch die Turbine 9 strömt. Danach wird der Turbineneinlaßdruckeinsteller C von Hand so gesteuert, daß der eingestellte Wert des Turbinenreglers B für den Turbineneinlaßdruck erhöht wird, worauf das Regulierventil 8 betätigt wird und der Turbineneinlaßdruck aufgrund dieser Steuerung steigt, wodurch die Turbinenbelastung weiter ansteigt.

In diesem Falle übersteigt der eingestellte Wert für den Turbineneinlaßdruck, selbst wenn der eingestellte Wert des Turbineneinlaßdruckeinstellers Cauf den Maximalwert erhöht wird, nie den Druck, der sich dadurch ergibt, daß man die eingestellte Druckdifferenz zwischen dem Einlaß und dem Auslaß des Gaswäschers 5, die durch den Mindestdruckdifferenzeinsteller Feingestellt ist, von dem eingestellten Wert des Drucks im Oberteil des Ofens subtrahiert, der aufgrund des Ofenoberteildruckeinstellers G zufolge der begrenzenden Wirkung des Begrenzers E für den oberen eingestellten Wert des Turbineneinlaßdruckes eingestellt wird. Folglich wird die Waschwirkung des Gaswäschers 5 kontinuierlich auf dem Normalzustand gehalten.

1 -3. Anhalten der Turbine

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Nach Empfang eines Befehls zum Anhalten der Turbine wird das Nebenwegventil 12 allmählich geöffnet, worauf der Turbineneinlaßdruck zu sinken beginnt Wenn die Turbinenlast Null wird, wird der Generator 10 automatisch von der äußeren Kraftquelle abgekuppelt und die Steuerung des Betriebs der Turbine geht von der Turbineneinlaßdrucksteuerung zur Geschwindigkeitssteuerung über.

Das Nebenwegventil 12 wird weiter geöffnet, bis es völlig geöffnet ist, und das Hauptabsperrventil 7 geschlossen, worauf die Turbine 9 zu arbeiten aufhört. Das vom Blasofen erzeugte Gas wird zu diesem Zeitpunkt nicht durch die Turbine 9, sondern in seiner Gesamtheit durch das Nebenwegventil 12 geleitet

2. Abnormer Betrieb

2-1. Plötzliches Ausschalten der Turbine und
Abschalten der Belastung

2-2. Durchblasen des Blasofens

Wenn ein Durchblasen des Blasofens 3 während des Betriebes der Turbine 9 auftritt was zur Folge hat daß eine große Menge Blasofengas augenblicklich in die Turbine strömt, steigt der Druck im Oberteil des Ofens natürlich an. Wenn der Druck im Oberteil des Ofens übermäßig hoch wird, spricht ein Überdruckventil, das am Blasofen angeordnet ist, an, jedoch kann dies verhindert werden, indem man in Kombination damit eine Einrichtung zum Betreiben eines Ventils für einen abnormen Nebenweg vorsieht, um das Nebenwegventil 12 nach dem Feststellen eines übermäßig hohen Druckes im Oberteil des Ofens zu öffnen.

Bei der Ofenanlage für chemische Umsetzungen gemäß der Erfindung wird somit das Reaktionsgas aus dem Wäscher 5 dazu verwendet, eine stromabwärts vorgesehene Turbine mit angeschlossenem Generator anzutreiben, während die Ofenoberteildrucksteuerung durch den Gaswäscher ausgeführt wird, wodurch die Energie des Reaktionsgases in wirksamer Weise ausgenutzt wird.

Außerdem wird der maximal erzielbare Druck des Turbineneinlaßgases erzielt, da die Waschwirkung des Reaktionsgaswäschers im stationären Zustand positiv gehalten und der Turbinenwärmeabfall erhöht wird, wodurch es möglich ist, die maximal mögliche Wiedergewinnung der Energie zu erzielen. Außerdem ist aufgrund des Vorsehens eines Nebenwegventils nicht nur die Möglichkeit gegeben, die Gasströmungsgeschwindigkeit zum Zeitpunkt des Startens und Außerbetriebsetzens der Turbine zu ändern und einzustellen, sondern es werden auch viele andere Möglichkeiten verwirklicht, wie ein Schutz des Reaktionsofens und der Kombination aus Turbine und Generator für den Fall, daß das System in einen abnormen Betriebszustand gerät.

Wenn die Ofenanlage für chemische Umsetzungen gemäß der Erfindung in einem Blasofensystem einer eisen- und stahlerzeugenden Anlage betrieben wird und dabei zu einer bemerkenswerten Wirksamkeit führt so ist es selbstverständlich auch möglich, daß diese Anlage zu ähnlich überlegenen Wirkungen führt, wenn sie auf andere Systeme übertragen wird, wie beispielsweise auf ein System aus einem chemischen Umsetzungsgefäß, aus dem unter hohem Druck Staub enthaltendes Gas austritt und einer Expansionsturbine, die von dem Hochdruckgas angetrieben wird.

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In diesem Falle wird der Generator 10 von der äußeren Kraftquelle durch einen Kreisunterbrecher 17 abgetrennt und das Hauptabschaltventil 7 und bzw. oder das die Geschwindigkeit regulierende Ventil 8 rasch geschlossen, um dadurch Turbine 9 und Generator 10 zu schützen. Zu diesem Zeitpunkt steigt der Turbineneinlaßdruck rasch an und damit verbunden ebenfalls der Druck im Oberteil des Ofens. Um einen übermäßigen Druckanstieg zu verhindern, ist ein Rückkopplungskompensationskreis H vorgesehen, der das Nebenwegventil 12 aufgrund eines das Aussetzen der Turbine oder das Abschalten der Belastung anzeigenden Signales, das dem Turbinenregler B von dem Abschaltventil 7 bzw. dem Kreisunterbrecher 17 zugeht öffnet

60 Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 zeichnet, daß der Begrenzer (E) für den eingestellten Patentansprüche: oberen Wert des Turbineneinlaßdruckes mit einem Einsteller (F) für die Mindestdruckdifferenz zur

1. Ofenanlage für chemische Umsetzungen mit ei- Durchführung der Einstellung bezüglich des Begrennem Reaktionsofen, einer Hauptströmungsleitung 5 zers f£? verbunden ist

für das Abführen des Reaktionsgases vom Oberteil

des Reaktionsofens, einem Reaktionsgaswäscher,

der in der Hauptströmungsleitung angeordnet ist,
einer in der Hauptströmungsleitung stromabwärts

vom Gaswäscher angeordneten Expansionsturbine io Die Erfindung betrifft Ofenanlagen für chemische

zur Nutzung von Energie aus dem Reaktionsgas so- Umsetzungen gemäß dem Oberbegriff des Patentan-

wie einem Gasnebenweg, der von der Hauptströ- spruchs 1.

mungsleitung zwischen dem Wäscher und der Turbi- Aus der US-PS 37 77 486 ist eine Anlage zur Wiederne abzweigt und die Turbine umgeht, wobei ferner gewinnung von Energie bekannt, bei der ein Gas aus ein die Turbinengeschwindigkeit regulierendes Ven- 15 einem Regenerierungsgefäß durch eine Hauptleitung, til vorgesehen ist, dadurch gekennzeich- die einen Abscheider enthält, einer Turbine zugeführt net, daß der Wäscher (5) vorgesehen ist, um den wird, die einen Druckluftkompressor und einen Genera-Druck des Reaktionsgases im Oberteil des Reak- tor antreibt Die Hauptleitung besitzt einen Nebenweg tionsofens (3) zu steuern, daß ein Detektor (14) für mit einem trägen Nebenwegventil, das dazu dient, den den Einlaßdruck der Turbine in der Hauptströ- 20 Druck im Oberteil des Gefäßes zu steuern. Analog bemungsleitung zwischen dem Wäscher (5) und der sitzt die Hauptleitung selbst ein Ventil, das ebenfalls Turbine (9) vorgesehen ist und daß das die Turbinen- dazu dient, den Druck im Oberteil des Gefäßes zu steugeschwindigkeit regulierende Ventil (8) in der ern. Außerdem ist ein weiterer Nebenweg vorgesehen, Hauptstromleitung zwischen Detektor (14) und Tür- der die Turbine umgeht und in dem ein rasch wirkendes bine (9) angeordnet ist und ein Turbinenregler (B) 25 Nebenwegventil angeordnet ist, das auf die Drehgevorgesehen ist, der Signale vom Detektor (14) zur schwindigkeit der Turbine anspricht und dazu vorgese-Regelung des die Turbinengeschwindigkeit regulie- hen ist, eine zu hohe Geschwindigkeit der Turbine zu renden Ventils (8) empfängt, so daß der Turbinenein- verhindern.

laßgasdruck auf dem höchstmöglichen Wert haltbar Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ofenanlage der

ist, auf dem die Waschfähigkeit des Wäschers (5) 30 obengenannten Art für chemische Umsetzungen zu

aufrechterhalten werden kann. schaffen, bei der die Energie des Reaktionsgases wirk-

2. Anlage gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet sam ausgenutzt wird und, wenn die Waschwirkung des durch einen Begrenzer (E) für den oberen Wert des Reaktionsgaswäschers positiv und gleichmäßig gehaleinzustellenden Turbineneinlaßdruckes, der Ofen- ten wird, am Turbineneinlaß der maximal erzielbare oberteildrucksignale von einer Ofenoberteildruck- 35 Gasdruck verwirklicht und eine Erhöhung des Turbisteuereinrichtung (A) empfängt und in Zusammen- nenwärmeabfalls erzielt wird, um dadurch die höchstwirkung mit dem Turbinenregler^ steht, um den in mögliche Wirksamkeit bei der Energierückgewinnung dem Turbinenregler (B) einzustellenden Turbinen- zu erzielen.

einlaßgasdruck auf einen Wert zu begrenzen, der Aufgabe der Erfindung ist es ferner, in einer Ofenander Differenz zwischen dem in der Ofenoberteil- 40 lage der obengenannten Art und mit den geschilderten drucksteuereinrichtung (A) eingestellten Ofenober- funktionellen Möglichkeiten für chemische Umsetzunteildruck und dem zwischen Ein- und Auslaß des gen ein nicht gesteuertes Nebenwegventil vorzusehen, Gaswäschers (5) eingestellten Druckgefälle ent- um dadurch nicht nur beim Ingangsetzen und Außerbespricht, triebsetzen der Turbine die Umstellung und Regulie-

3. Anlage gemäß Anspruch 2, gekennzeichnet 45 rung der Gasströmungsgeschwindigkeit zu ermöglidurch einen Rückkopplungssignalkreis (H), der den chen, sondern auch einen Schutz des Reaktionsofens Turbinenregler (B) mit dem Nebenwegventil (12) in und des Turbinengenerators zu gewährleisten, wenn das Verbindung bringt, um das Nebenwegventil nach System einen abnormen Betriebszustand annimmt.
Empfang eines Signals, das den plötzlichen Ausfall Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden der Turbine oder die Abschaltung der Belastung an- 50 Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gezeigt, zu öffnen. löst.

4. Anlage gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet Weitere vorteilhafte Gestaltungsmöglichkeiten der durch einen Geschwindigkeitsdetektor (15) zum Be- Ofenanlage gemäß der Erfindung sind den Unteranstimmen der Rotationsgeschwindigkeit der Turbine, Sprüchen zu entnehmen.

der mit dem Turbinenregler (B) verbunden ist, um 55 Die Erfindung wird im folgenden an Hand einer

diesem ein Turbinengeschwindigkeitssignal zu sen- Zeichnung näher erläutert, die als

den, wobei der Turbinenregler zur Steuerung des F i g. 1 ein Fließschema für die Anordnung einer Blas-

Ventils (8) zur Regulierung der Turbinengeschwin- ofenanlage als eines Beispiels für eine Ofenanlage ge-

digkeit in Abhängigkeit von dem Turbinengeschwin- maß der Erfindung für chemische Umsetzungen dar-

digkeitssignal befähigt ist, wenn die Turbine nicht 60 stellt.

vondemTurbineneinlaßdruck-Detektor^gesteu- Die als Beispiel angeführte Blasofenanlage stellt das

ertwird. allgemeinste repräsentative Beispiel für erfindungsge-

5. Anlage gemäß Anspruch 4, gekennzeichnet mäße Ofenanlagen für chemische Umsetzungen dar.
durch einen Einsteller (C) für den Turbineneinlaß- Gemäß Fig. 1 wird ein Blasofen 3 mit Hilfe eines druck und einen Turbinenbelastungsgrenzeneinstel- 65 Luftgebläses 1 und eines Heißluftofens 2 mit einem ler (D), die beide mit dem Turbinenregler (B) ver- Heißluftstrahl versorgt. Das Abgas wird vom Oberteil bundensind. des Blasofens 3 abgeleitet und gelangt nacheinander

6. Anlage gemäß Anspruch 2, dadurch gekenn- durch einen Staubabscheider 4 und einen Gaswäscher 5,