DE2912441C2 - Verfahren zum kontinuierlichen Einblasen von feinkörniger Braunkohle in das Gestell eines Hochofens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Einblasen von feinkörniger Braunkohle unter Druck in das Gestell eines Hochofens durch die Blasformen desselben.

Es sind seil langem Bemühungen bekannt, den Koksverbrauch eines Hochofens durch Verwendung billiger Brennstoffe und/oder durch direktes Einführen von Reduktionsmitteln in den Hochofen zu verringern. So ist das Einführen von Schweröl seit langem üblich. Es ist ferner bekannt, Reduktionsgasgemische, die überwiegend aus H2 und CO bestehen und gegebenenfalls durch Regenerieren von Gichtgas gewonnen werden, in den Hochofen, sei es in das Gestell, sei es in den unteren Bereich des eigentlichen Hochofenschachtes, einzublasen.

Das Einblasen von feinkörniger Kohle, auch Braunkohle, in den Hochofen ist seit langem Gegenstand von Versuchen und Bemühungen. Obwohl aufgrund der in den letzten Jahren merklich gestiegenen Preise für Heizöl die Verwendung von Kohle sich zwangsläufig immer dort anbietet, wo Kohle billiger als öl zur Verfügung steht, hat das Einblasen von Kohle in den Hochofen im praktischen Betrieb bislang nur in sehr beschränktem Umfang Anwendung gefunden. Dies ist einmal darauf zurückzuführen, daß der Transport und die Verteilung von feinkörniger Kohle von einem Vorratsbehälter in die Einlaßöffnung des Hochofens hinein mit größeren Schwierigkeiten verbunden sind als bei einem fluiden Medium, z. B. öl oder Gas. Hinzu kommt, daß normalerweise die Voraussetzungen für eine schnelle und damit vollständige Umsetzung innerhalb des Hochofens bei öl und Gas sehr viel günstiger sind als bei festen Brennstoffen. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß allein aus Kostengründen eine möglichst vollständige Umsetzung des eingebrachten Brennstoffes notwendig ist. Darüber hinaus würde eine unvollständige Umsetzung, insbesondere bei festen Brennstoffen, zu merklichen Störungen im Betrieb des Hochofens führen, z. B. durch Entstehen von Ruß, der die Durchlässigkeit des Möllers für das Reduktionsgas verringert und gegebenenfalls auch im Gichtgas vorhanden ist. Letzteres kann in den vom Gichtgas durchströmten Einrichtungen zu Störungen führen. Wenngleich die Verwendung von Braunkohlenstaub als Zusatzbrennstoff bereits seit mehr als 10 Jahren diskutiert wird — z.B. in Neue Hütte, 10. Jahrgang, Heft 12. Seiten 708—710 — ist die Anwendung in der Praxis auf Versuche beschränkt geblieben. Dies ist offensichtlich darauf zurückzuführen, daß es nicht gelungen war, die die möglichst vollständige Umsetzung der Braunkohle im Gestell des Hochofens betreffenden Fragen und Probleme vollständig und einwandfrei zu lösen. So wird in einem Diskussionsbeitrag von J. Mangeldorf in »Le coke en siderurgie« im Zusamrnenhang mit dem Internationalen Kongr-ss Charleroi, 1966 auf Seite 535 darauf hingewiesen, daß mit größer wf rdendem Zusatz von Braunkohlenstaub auf z. B. 150—160 kg pro Tonne Roheisen das Austauschverhältnis kg Koks/kg Braunkohlenstaub sich merklich verringert. In diesem Beitrag wird auch die Auffassung vertreten, daß Braunkohlenstaub nicht in der Lage sei, Heizkoks unmittelbar auszutauschen.

In Erdöl, Kohle, Erdgas, Petrochemie, 18, 1965, Seite 112—118 wird über die Untersuchung von Verbrennungs- bzw. Vergasungsverhalten einzelner Hilfsbrennstnffe vor den Blasformen berichtet, Es wird die Auffassung vertreten, daß die Verbrennung und Vergasung von Feinkohle gegenüber Erdgas und Heizöl komplizierter und langsamer sind, da sie über mehrere Teilschritte führen, die zum Teil nacheinander, zum Teil nebeneinander ablaufen. Dazu heißt es, daß nur Körner mit einem Durchmesser von über 1 mm in der Heizzone vollständig entgasen, wohingegen kleinere Körner

infolge ihrer geringen Schwebegeschwindigkeit zuvor mit dem Gasstrom aus der Heizzone ausgetragen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der einleitend beschriebenen Art so auszugestalten, daß die bisher aufgetretenen Schwierigkeiten und Unvollkommenheiten beseitigt oder doch zumindest weitgehend verringert werden. Insbesondere wird angestrebt, das Verfahren so zu führen, daß der Hochofenbetrieb durch die Verwendung von feinkörniger Braunkohle anstelle von öl oder Gas weder irgendwelche ins Gewicht fallenden Beeinflussungen erfährt, noch an irgendwelche veränderten Bedingungen angepaßt werden muß. Die Umsetzung innerhalb des Hochofens soll möglichst vollständig und in kurzer Zeit stattfinden. Die Vorbehandlung der Kohle vor ihrer Verwendung soll einfach sein und wenig Aufwand erfordern. Ferner soll das Verfahren die Verwendung einer unkomplizierten Einrichtung zum Einbringen der Braunkohle in den Hochofen ermöglichen.

Zur Lösung diesev Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß die Anfangsgeschwindigkeit, mit welcher die Staubteilchen nach Verlassen der Zuleitung in Richtung auf den mittleren Bereich des Gestells sich bewegen, wesentlich tiefer liegt als die Geschwindigkeit, mit welcher der Heißwind in die Blasform bzw. in das Gestell eintritt. Die Heißwind-Geschwindigkeit sollte mindestens doppelt so groß sein wie die Anfangsgeschwindigkeit der Staubteilchen. Als besonders zweckmäßig hat sich eine Geschwindigkeit derselben herausgestellt, die größer ist als die Rückbrenngeschwindigkeit des Braunkohlensu 'bes, jedoch weniger als 50 m/sec, vorzugsweise weniger als 25 m/sec, beträgt. Es ist ggf. ohne weiteres möglich, mit der Einblasegeschwindigkeit bis zur Rückbrenngeschwindigkeit herunterzugehen, die in der Größenordnung von 10—13n./sec liegt. Eine derartig geringe Anfangsgeschwindigkeit, die wesentlich tiefer liegt als die etwa 120 — 220 m/sec betragende Geschwindigkeit, mit welcher der normalerweise eine Temperatur von etwa 1000—1200°C aufweisende Heißwind durch die Blasformen eingeblasen wird, verlängert die Verweilzeit der Staubpartikel in der vor jeder Blasform befindlichen Zone, die von festen Bestandteilen mehr oder weniger frei ist. Im praktischen Betrieb wird es darauf ankommen, daß die Umsetzung des einzelnen Braunkohlenteilchens, das durch den Heißwind von der Blasform bzw. der Peripherie des Gestells in Richtung auf die Mitte desselben bewegt wird, bei Erreichen der Grenze dieser Leerzone praktisch vollständig umgesetzt ist.

Normalerweise wird der Braunkohlenstaub durch eine in die ohnehin vorhandene Blasform eingeschobene Lanze, also unabhängig vom Heißwind, eingeblasen, der die einzelnen Staubpartikel, sobald sie aus der Lanze in den Bereich der Blasform ausgetreten sind, beschleunigt und in Richtung auf die innere Begrenzung der erwähnten Leerzone, also im wesentlichen in Richtung auf die Mitte des Gestells, bewegt. Dabei ist es nicht unbedingt notwendig, daß die Staubpartikel mit der vorerwähnten Geschwindigkeit aus der Lanze austreten. Dies wird nur dann erforderlich sein, wenn die Lanze bzw. deren Austrittsöffnung genau axial zur Blasform bzw. der Strömungsrichtung des Heißwindes verläuft. Wenn es an dieser Voraussetzung fehlt, können Austrittsgeschwindigkeiten und damit ggf. die Transportgeschwindigkeit innerhalb der Zuführungs-Leitung größer sein, da es nicht auf die Anfangsgeschwindigkeit an sich an, sondern auf die Anfangsgeschwindigkeit, mit welcher das Braunkohlenteilchen in Richtung auf die Gestellmitte bewegt wird.

In jedem Fall hat die unmittelbar nach dem Austreten des einzelnen Braunkohlenteilchens aus der Lanze vorhandene große Relativgeschwindigkeit zwischen diesem Teilchen und dem Heißwind zur Folge, daß die Entgasungs- und Vergasungsprodukte des Teilchens sofort von diesem weggeführt werden, so daß, solange eine Relativgeschwindigkeit vorhanden ist, immer

ίο frischer Heißwind mit dem Teilchen in Berührung gebracht wird. In der Praxis hat sich herausgestellt, daß bei Einhalten der vorgenannten Bedingungen, also bei Vorhandensein eines großen Geschwindigkeitsunterschiedes zwischen Heißwind einerseits und Braunkohlenteilchen andererseits, optimale Ergebnisse erzielbar sind. Dies zeigt sich z. B. daran, daß das Austauschverhältnis kg Trockenkoks/kg Braunkohlenstaub unabhängig von der Braunkohlenstaubmenge in kg/TRE praktisch konstant bleibt. Die Braunkohle wird dabei vollständig umgesetzt Die Fahrweise des Hochofens bleibt im Vergleich mit dem Einführen von Schweröl völlig unverändert. Dies macht es möglich, im Bedarfsfall innerhalb von Sekunden, beispielsweise bei einer Störung, von Braunkohle auf Schweröl und umgekehrt umzuschalten, ohne daß dies auf die Betriebsverhältnisse des Hochofens irgendwelche Auswirkungen hätte. Lediglich die Gichtgaszusammensetzung erfährt bei Verwendung von Braunkohlenstaub eine leichte Änderung im Sinne einer Vergrößerung des H2-Gehaltes. Dadurch wird die Reduktion im Schacht des Hochofens jedoch eher vorteilhaft beeinflußt, so daß diese Änderung auf keinen Fall nachteilig ist.

Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung sollte vorteilhaft das Trägergas weniger als 4%, vorzugsweise etwa 3 — 1% des gesamten durch die Blasformen eingeblasenen Heißwindes ausmachen. Selbst wenn, wie es ohne weiteres möglich ist, als Trägergas Kaltluft verwendet wird, ist die sich daraus ergebende Menge zu gering, als daß sie den Wärmehaushalt des Hochofens merkil-jh beeinflussen könnte.

Es besteht auch die Möglichkeit, als Trägergas ein Gas oder Gasgemisch zu verwenden, welches Reduktionsmittel enthält und/oder im Hochofen zu Reduktionsmittel umgesetzt wird. Dabei kann es sich z. B. um rückgeführtes, gereinigtes Gichtgas handeln, das gegebenenfal's auch regeneriert sein kann. Auch hier gilt, daß die Menge des Trägergases zu gering ist, als daß sie den Wärmehaushalt des Hochofens merklich beeinflussen könnte. Somit sind in bezug auf die Wahl des Trägergases kaum Einschränkungen zu beachten. Es besteht auch die Möglichkeit, CH4 oder ein anderes Gas oder Gasgemisch zu verwenden. So wäre es beispielsweise denkbar, das Trägergas einem dem Hochofen vorgeschalteten Vergasungsreaktor zur Herstellung von Hilfsreduktionsgas zu entnehmen, wobei dieses Gemisch im wesentlichen aus CO und H2 bestehen wird.

Der Braunkohlenstaub kann einen Wassergehalt bis

zu 15%, vorzugsweise bis zu 10%, aufweisen, wenngleich auch niedrigere Werte, z. B. 5%, durchaus möglich sind. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß ein Braunkohlenstaub mit einem Wassergehalt von etwa 10% eine Art Optimum darstellt, da die Aufwendungen für die Trocknung nicht so groß sind, andererseits dieser Wassergehalt im Hochofen keinerlei Schwierigkeiten bereitet. Insbesondere ist der zusätzliche Wärmebedarf gering, zumal er durch eine zusätzliche Braunkohlenstaubmenge, die in den Hochofen eingeblasen wird,

kompensiert werden kann. Im übrigen kann der Wassergehalt der Braunkohle insbesondere aufgrund der kolloidalen Bindung desselben, dazu führen, daß beim Eintritt in den Hochofen aufgrund der dann plötzlich zur Einwirkung kommenden hohen Temperatur von 1100—1650°C, das Wasser explosionsartig verdampft und gemeinsam mit den ebenfalls explosionsartig ausgetriebenen flüchtigen Bestandteilen das ohnehin kleine Kohlekorn sprengt, so daß die spezifische Oberfläche größer wird mit dem Ergebnis, daß die Umsetzung im Hochofen beschleunigt wird.

Vorteilhaft ist ferner, daß jedenfalls bei einem Wassergehalt von 10% und bei einer Heißwindtemperatur in der Größenordnung von 1100°C ganz erhebliche Mengen Braunkohlenstaub, die zumindest den üblicherweise eingedüsten Schweröimengen entsprechen, eingeblasen werden können, ohne daß eine Sauerstoffanreicherung des Heißwindes zur Erzielung einer einwandfreien Umsetzung notwendig ist. Es können ohne weiteres 1000 kg Braunkohlenstaub der vorbeschriebenen Beschaffenheit pro Stunde und Blasform in das Gestell eingeblasen werden. In Abhängigkeit von den jeweiligen Verhältnissen ist es möglich, 650 kg Braunkohlenstaub mit einer Feuchtigkeit von 10% pro Tonne Koks in das Gestell des Hochofens einzublasen.

Gegebenenfalls besteht die Möglichkeit, das Trägergas-Braunkohlenstaub-Gemisch unmittelbar vor Austritt in die Blasform bzw. das Gestell des Hochofens zu verdrallen, um so eine noch innigere Durchmischung mit dem Heißwind und eine noch größere Relativgeschwindigkeit zwischen diesem und dem einzelnen Kohlenstaubteilchen herbeizuführen. Notwendig wird dies im Normalfalle nicht sein.

Die Körnung des Braunkohlenstaubes sollte überwiegend unter 1 mm liegen. Besonders vorteilhaft ist es,

is wenn wenigstens 50%, vorzugsweise 65% des Braunkohlenstaubes, eine Korngröße von weniger als 0,1 mm und gegebenenfalls weniger als 5% eine Korngröße von mehr als 0,5 mm aufweisen. Die Gleichmäßigkeit der Körnung des Braunkohlenstaubes wird sich in jedem Fall günstig auswirken, und zwar sowohl in bezug auf den Transport als auch hinsichtlich der Umsetzung im Gestell.

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum kontinuierlichen Einblasen von feinkörniger Braunkohle mittels eines Trägergases unter Druck in das Gestell eines Hochofens durch die Blasformen desselben, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfangsgeschwindigkeit, mit welcher die Staubteilchen nach Verlassen der Zuleitung in Richtung auf den mittleren Bereich des Gestells sich bewegen, wesentlich tiefer liegt als die Geschwindigkeit, mit welcher der Heißwind in die Blasform bzw. in das Gestell eintritt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Staubteilchen größer ist als die Rückbrenngeschwindigkeit, jedoch weniger als 50 m/sec, vorzugsweise weniger als 25 m/sec beträgt

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägergas weniger als 4%, vorzugsweise etwa 3 — 1%, des gesamten durch die Blasform eingeblasenen Heißwindes ausmacht.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägergas Kaltluft verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägergas ein Gas oder Gasgemisch verwendet wird, welches Reduktionsmittel enthält und/oder im Hochofen tu Reduktionsmittel umgesetzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägergas für den Braunkohlenstaub rückgeführtes, gereinigtes Gichtgas verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gichtgas regeneriert worden ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Braunkohlenstaub einen Wassergehalt bis zu 15%, vorzugsweise bis zu 10%, aufweist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der durch den Wassergehalt der Braunkohle bedingte zusätzliche Wärmebedarf durch eine entsprechende zusätzliche Braunkohlenstaubmenge kompensiert wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägergas-Braunkohlen-Gemisch unmittelbar vor Austritt in die Blasform bzw. das Gestell eine Verdrallung erfährt.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Braunkohlenstaub verwendet wird, dessen Körnung überwiegend unter 1 mm liegt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens 50%, vorzugsweise 65%, des Staubes eine Korngröße von weniger als 0,1 mm aufweisen.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß weniger als 5% des Staubes eine Korngröße von über 0,5 mm aufweisen.