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''Vorrichtung zum Kühlen von Abgas"
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Kühlen von Abgasen
metallurgischer Verfahren, insbesondere von Konverterabgas mit einer oberhalb der
Konvertermündung angeordneten vertikal beweglichen Haube mit einem kaminartigen
Abhitzekessel.
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Bei den bekannten Konverterverfahren entstehen während des Frischens
große Mengheißer und mit Staub beladener Fri.schabgase, die sich heutzutage wegen
der verschärften Umweltschutzbestimmungen nicht mehr wie früher in die freie Atmosphäre
einleiten oder auch abfackeln lassen. Hinzu kommt, daß die Konverterabgase zum überwiegenden
Teil aus Kohlenmonoxyd bestehen, sofern es nicht zu einer Nachverbrennung im unteren
Teil des Kessels kommt. Um die fühlbare und die chemisch gebundene Wärme der Konverterabgase
auszunutzen und gleichzeitig den Umweltschutzbestimmungen zu genügen, ist es bei
modernen Stahlwerken üblich, an der Konvertermündung eine Abgashaube mit einem variablen
Ringspalt anzuordnen, dem sich ein Gasküülsystem, eine Gasreinigung, vornehmlich
zum Entstauben des Abgases, und ein Gasbehälter anschließen.
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Da der Konverter beim Chargieren, Abschlacken, bei der Probennahme
und beim Entleeren aus seiner vertikalen Frischstellung um eine horizontale Achse
herausgekippt werden muß, besteht keine Möglichkeit, die Konvertermündung fest mit
der Abgashaube zu verbinden. Demzufolge befindet sich auch bei den bekannten Vorrichtungen
zumeist ein mehr oder minder großer Ringspalt zwischen der Konvertermündung und
dem ihr gegenüberliegenden Haubenrand. Das Bestreben geht nun dahin, diesen Ringspalt
möglichst klein und variabel zu halten bzw. möglichst weitgehend abzudichten, um
das Eindringen von Umgebungsluft und damit eine Nachverbrennung des Frischabgases
zu unterbinden.
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Eine Nachverbrennung ist nämlich insofern äußerst nachteilig, als
dabei für die spätere Energiegewinnung wertvolles Kohlenmonoxyd verlorengeht und
zudem eine Wärmemenge frei wird, die eine erhebliche Temperaturerhöhung und damit
eine entsprechende Volumenvergrößerung des Abgases mit sich bringt, Da das Abgasvolumen
die Auslegung der Gasreinigung bestimmt, steigen die für den Bau und Betrieb der
Gasreinigung erforderlichen Kosten mit dem Grad der Nachverbrennung, der durchaus
10% erreichen kann. Eine Nachverbrennung ist nur dann erwünscht, wenn die dabei
freiwerdende Wärme im Abhitzekessel für eine direkte Dampferzeugung ausgenutzt werden
soll.
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Von den bekannten Maßnahmen zur Steuerung der Nachverbrennung haben
sich in der Vergangenheit im allgemeinen in der Vertikalen verfahrbare Stellringe
bewährt, deren unterer Rand mehr oder minder dicht am Konvertermantel anliegt. Um
ein weitgehend verbrennungsloses Absaugen des Firschabgases zu gewährleisten, ist
es auch bekannt, zwischen den verstellbaren Hauben oder Ringen einerseits und der
Konvertermündung andererseits eine ringförmige Dichtung anzuordnen.
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Andererseits kann es jedoch auch von Interesse sein, ganz gezielt
einen bestimmten Nachverbrennungsgrad mit Hilfe der Öffnungsweite des Ringspaltes
einzustellen, um die aus der gewollten Nachverbrennung resultierende zusätzliche
Wärme in dem Abhitzekessel zu gewinnen. In diesem Falle ist die Nachverbrennung
auch kaum nachteilig in bezug auf die Gasreinigung, weil sich das Abgasvolumen infolge
der abnehmenden Gastemperatur im Kamin wieder verringert.
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Während es sich beim Verstellen der Ringspaltbreite zumeist nur um
verhältnismäßig kurze Strecken handelt, bedarf das in regelmäßigen Abständen erforderliche
Neuzustellen des Konverters eines erheblichen Freiraumes über der Konvertermündung.
Das Ausmauern des Konverters bei einem Neuzustellen geschieht zwar mit Hilfe einer
von unten in den Konverter eingeführten Hubbühne. Die Materialversorgung geschieht
jedoch ebenso wie das Einsteigen der Maurer von oben. Dementsprechend groß muß der
freie Raum zwischen der Konvertermündung einerseits und der Haube sein.
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Bei den herkömmlichen Absaugesystemen ergeben sich mithin zwei einander
widerstreitende Forderungen; denn zum einen soll im Hinblick auf ein möglichst verbrennungsloses
Absaugen der Ringspalt bzw. Freiraum an der Konvertermündung möglichst klein, zum
anderen aber für das notwendige Neuzustellen des Konverters möglichst groß sein.
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Aus der deutschen Auslegeschrift 1 583 307 ist ein Absaugen system
bekannt, bei dem sich zwischen der Konvertermündung und dem Gaskühler eine in der
Horizontalen verfahrbare Haube befindet. Die Höhe der Haube entspricht im wesentlichen
dem beim Neuzustellen des Konverters für den Material- und Personentransport erforderlichen
freien Raum. Eines ähnlich
bemessenen, jedoch vertikal verfahrbaren
zylindrischen Haubenrings, mit dem vornehmlich die Breite des Ringspalts für eine
gezielte Nachverbrennung eingestellt werden soll, bedient sich eine aus der deutschen
Auslegeschrift 2 218 107 bekannte Vorrichtung. Beiden Hauben ist der Nachteil gemeinsam,
daß sich Schwierigkeiten hinsichtlich einer gasdichten Verbindung zwischen dem Stell-
bzw. Haubenring und dem sich anschließenden Gaskühler ergeben. Außerdem sind komplizierte,
die Verfahrbarkeit gewährleistende Maschinenteile erforderlich, die gerade im Bereich
der Konvertermündung einer starken Beanspruchung, insbesondere einem starken Verschleiß
durch Hitze, Staub und Korrosion unterliegen. Diese Schwierigkeiten treten immer
dann auf, wenn es darum geht, im Bereich der Konvertermündung einerseits eine bestimmte
Beweglichkeit zweier Teile des Absaugesystems relativ zueinander und andererseits
eine möglichst gasdichte Verbindung dieser Teile zu gewährleisten.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu
schaffen, die den beiden obenerwähnten widerstreitenden Forderungen gerecht wird
unu demgemäß sowohl eine gute Zugänglichkeit des Konverterinnern als auch ein weitestgehend
verbrennungsloses Absaugen des Frischabgases oder auch ein Einstellen der Ringspaltbreite
gewährleistet.
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Die Lösung dieser Aufgabe beinhaltet eine Abkehr von dem bisherigen
Prinzip zweier relativ zueinander beweglicher Teile des Absaugesystems im Bereich
der Konvertermündung.
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Im einzelnen besteht die Erfindung darin, daß bei einer Vorrichtung
der eingangs erwähnten Art die Haube und der sich an die Haube anschließende kaminartige
Abhitzekessel insgesamt vertikal und/oder horizontal beweglich bzw. verfahrbar angeordnet
sind. Auf diese Weise treten im Bereich des Absaugesystems keine über die Probleme
am Ringspalt hinausgehenden Dichtungsprobleme auf und ist gleichzeitig
ein
für ein Neuzustellen ausreichender Freiraum an der Konvertermündung gewährleistet.
Außerdem sind im Bereich der Konvertermündung keine Gelenkteile oder sonstigen beweglichen
Teile erforderlich.
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Vorzugsweise bilden die Haube und der Abhitzekessel eine in sich starre,
vorzugsweise einstückige Baueinheit, die zweckmäßigerweise mit einem Hub- und/oder
Drehantrieb versehen ist. Dieser Antrieb ermöglicht ein Verfahren und/ oder Verschwenken
in der Vertikalen; er kann jedoch auch so ausgelegt sein, daß ein seitliches Verschwenken
möglich ist, wenngleich dieses verhältnismäßig viel Platz erfordert, der oft nicht
zur Verfügung steht.
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Die bewegliche Baueinheit kann über eine Hub- und/oder Drehdichtung
mit einer zu einer üblichen Gasreinigung führenden Abgasleitung verbunden sein.
Besonders günstig ist dabei eine Dichtung aus einem in eine Wasser- oder Sandtasse
eintauchenden Blech.
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Die Bewegung der Baueinheit kann durch stoßdämpfende Anschläge begrenzt
sein, um die Baueinheit weitestgehend stoßfrei in vorgegebenen Stellungen anhalten
zu können; beispielsweise wenn die Wärmeaustauschflächen des Gaskühlers gereinigt
werden sollen.
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Die erfindungsgemäße, vorzugsweise in der Vertikalen bewegliche Baueinheit
erlaubt gleichzeitig auch ein Einstellen der Ringspaltbreite, d.h. eine gesteuerte
Nachverbrennung. Diese läßt sich noch dadurch intensivieren, daß die Haube die Form
einer Venturidüse besitzt. Dadurch ist ein inniges Vermischen der durch den Ringspalt
eingetretenen
Verbrennungsluft und des Frischabgases gewährleistet
und lassen sich zugleich Erschütterungen und störende Pfeiftöne im Bereich des Beginns
der Wärme aus tauschflächen weitestgehend vermeiden.
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Ein weiterer Vorteil besteht bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
darin, daß wegen des Wegfalls des für sich beweglichen Haubenrings bzw. des Stellrings
ein einheitliches Kühl- und Wärmeaustauschsystem ohne störende und aufwendige Trenn-
bzw. Stoßstellen und Dichtungen genügt.
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Diese Kühlung geht insbesondere bis zur Unterkante der Haube. Der
Medienstrom vollzieht sich mithin sowohl in der Wandkühlung der Haube des Abgassystems
als auch im Austauschbereich unterbrechungslos.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es zudem, das Verhältnis
von Verbrennungsluft zu Frischabgas für die Nachverbrennung ohne die Nachteile der
herkömmlichen Vorrichtungen in sehr weiten Grenzen beliebig einzustellen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels des näheren erläutert.
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In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung, teilweise im Schnitt, und Fig. 2 einen Horizontalschnitt nach der Linie
II-II in Fig. 1 Oberhalb der Mündung 1 eines nach dem Sauerstoffaufblas-und/oder
-durchblasverfahren betriebenen üblichen Konverters 2
befindet
sich ein erfindungsgemäßes Absaugesystem aus einer Haube 3 und einem knieförmigen
Gaskühler 4. Die Abgashaube 3 besitzt die Form einer Venturidüse und ist durch einen
Sammlerring 5 begrenzt. Der Sammlerring wird über eine flexible Leitung 6 mit Kühlwasser
gespeist, das die Haube 3 und die beiden winklig miteinander verbundenen Schenkel
7, 8 durchströmt und aus einem Sammler 9 am oberen Ende des Gaskühlers 4 durch eine
weitere flexible Leitung 6 abfließt.
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Am oberen Ende des Gaskühlers 4 befindet sich eine Hub- und Drehdichtung
10, über die der Gaskühler an eine zu einer üblichen Gasreinigung führende Abgasleitung
11 angeschlossen ist. Die Hub- und Drehdichtung 10 besteht aus einer wassergefüllten
Tasse 12 an der Abgasleitung 11 und einem am Ende des Gaskühlers 4 befestigten Ringblech
13.
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Das Kühlsystem des Gaskühlers 4 erstreckt sich bis in die Haube 3,
so daß sich vom Sammlerring 5 zu dem Sammler 8 ein ungestörter und ununterbrochener
Kühlmittelfluß ergibt und lediglich eine einzige Zu- und eine Ableitung 6, 9 erforderlich
sind.
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Die Abgashaube 3 mit dem Sammlerring 5, der Gaskühler 4 mit dem Sammler
8 und der Drehdichtung 10 bilden eine Baueinheit, die sich mittels eines Hub- und
eines Drehantriebes sowohl in der Vertikalen verfahren als auch verschwenken läßt0
Der Hubantrieb besteht aus zwei einander gegenüberliegend am Gaskühlerschenkel 7
angeordneten, an Konsolen 14 angreifenden, auf einer Bühne 15 abgestützten Hubzylindern
16.
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Auf der Bühne 15 befinden sich des weiteren Stoßdämpfer 17 zum plötzlichen
Abbremsen der Abwärtsbewegung der Baueinheit 5, 4. Beim plötzlichen Abbremsen kommt
es zu Erschütterungen, die eine gewisse Reinigung der Wärmeaustauschflächen des
Kühlsystems bewirken.
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Einander gegenüberliegende Wellenzapfen 18 liegen in Traglagern 19,
um eine begrenzte Schwenkbewegung der Baueinheit 4, 5 um eine Achse y - y in der
Vertikalen zu ermöglichen.
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Als Antrieb für diese Schwenkbewegung dient ein Stellzylinder 20,
während ein Stoßdämpfer 21 ein weiches Abbremsen bei Beendigung der Drehbewegung
gewährleistet.
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In den unteren Schenkel 6 des Gaskühlers 4 münden zwei übliche Zugabeschurren
22, 23, die mit Gelenkkompensatoren 24 versehen sind, um die Vertikalbewegung des
Gaskühlers 4 mit der Abgashaube 3 zu ermöglichen. Schließlich durchragt noch eine
Sauerstofflanze 25 in üblicher Weise den unteren Teil des Gaskühlerschenkels 6 und
konzentrisch die Abgashaube 3.
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Der erfindungsgemäße Hub- und Drehantrieb erlaubt es, die im wesentlichen
aus der Abgashaube 3 und dem Gaskühler 4 bestehende Baueinheit vertikal zu verfahren
und zu verschwenken. Auf diese Weise läßt sich nicht nur die Breite des Ringspalts
zwischen der Konvertermündung 1 und dem Sammler 5 zur Regelung des Abgas/Luft-Verhältnisses
für die Nachverbrennung einstellen, sondern darüber hinaus auch ein ausreichender
Freiraum für ein Neuzustellen des Konverterinnern, für Reparaturen an der Konvertermündung
oder an der Abgashaube sowie für eine Reinigung des Kühlsystems schaffen. Besondere
Schwierigkeiten ergeben sich dabei bauseits nicht, da die Verfahrbarkeit der Sauerstofflanze
und deren Versorgung mit Sauerstoff und gegebenenfalls Kalkstaub ohnehin eine verhältnismäßig
hohe Halle erfordert.
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L e e r s e i t e