DE2916908C2

DE2916908C2 - Verfahren zur Erzeugung von Roheisen im Hochofen unter Verminderung des spezifischen Kokseinsatzes durch Verwendung von gasförmigen Austauschbrennstoffen

Info

Publication number: DE2916908C2
Application number: DE2916908A
Authority: DE
Inventors: Rolf Dipl.-Ing. Dr.-Ing. 5628 Heiligenhaus Wetzel
Original assignee: Krupp Koppers GmbH, 4300 Essen
Priority date: 1979-04-26
Filing date: 1979-04-26
Publication date: 1987-01-02
Also published as: ZA802513B; US4316741A; DE2916908A1

Description

Verfahren zur Erzeugung von Roheisen imHochofen unter Verminderung des spezifischen Kokseinsatzes durch Verwendung von gasförmigen Austauschbrennstoffen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Roheisen im Hochofen unter Verminderung des spezifischen Kokseinsatzes durch Verwendung von gasförmigen Austauschbrennstoffen, die durch Vergasung (Partialoxidation) von feinkörnigen bis staubförmigen Brennstoffen mit Sauerstoff und/oder Luft sowie gegebenenfalls Wasserdampf nach dem Flugstromprinzip gewonnen werden
Es ist bekannt, daß eine Einsparung von Koks beim Hochofenprozeß innerhalb gewisser Grenzen durch die Verwendung von Austauschbrennstoffen, wie z. B. Erdgas oder Heizöl, möglich ist. Die Austauschbrennstoffe werden dabei in der Regel zusammen mit dem Heißwind über die Blasformen in den Hochofen eingeführt und dort zunächst weitgehend oxidiert. Dadurch wird die Wärmemenge erzeugt, die für die in der Koksschüttung des Hochofens ablaufenden endothermen Reaktionen &udf53;np30&udf54;&udf53;sb18&udf54;&udf53;vu10&udf54;@1C + COÊ &udf58;r&udf56; 2 CO@,(1)&udf50;C + HÊO &udf58;r&udf56; CO + HÊ@,(2)&udf53;zl10&udf54;&udf53;eb0&udf54;benötigt wird. Diese Reaktionen liefern bekanntlich das Reduktionsgas für die indirekte Reduktion der Eisenoxide im Hochofenschacht gemäß der Gleichung &udf53;np20&udf54;&udf53;sb18&udf54;&udf53;vu10&udf54;@1FeO + CO (HÊ) &udf58;r&udf56; Fe + COÊ (HÊO)@,(3)&udf53;zl10&udf54;&udf53;eb0&udf54;
Der direkte Einsatz von Reduktionsgas, also von im wesentlichen Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Gasgemischen, vermindert deshalb den Verbrauch von Kokskohlenstoff nach den Gleichungen 1 und 2. Gleichzeitig entfällt entsprechend der Zugabe des Reduktionsgases der Wärmebedarf für diese endothermen Reaktionen. Kann das Reduktionsgas vorerhitzt in den Hochofen eingebracht werden, so wird ein weiterer bedeutender Anteil an Beheizungswärme im Hochofen eingespart. Dies bewirkt aber gleichzeitig eine erhebliche Verminderung des Heißwindbedarfs und damit der Gesamtgasmenge, so daß erhebliche Leistungssteigerungen im Hochofen neben der Kokseinsparung ermöglicht werden. Das ist insbesondere dann der Fall, wenn durch das Reduktionsgas wenig Ballastkomponenten, wie z. B. Stickstoff, in den Hochofen eingebracht werden.
Für die Erzeugung des Reduktionsgases kann dabei die an sich bekannte Vergasung von feinkörnigen bis staubförmigen Brennstoffen mit Sauerstoff und/oder Luft sowie gegebenenfalls Wasserdampf nach dem Flugstromprinzip zur Anwendung gelangen. In diesem Falle weist jedoch das erzeugte Rohgas beim Austritt aus dem Vergaser im allgemeinen noch Temperaturen über 1200°C auf und enthält außerdem flüssige bis teigige Schlacketröpfchen sowie Schwefelwasserstoff als Verunreinigungen, so daß vor seiner Einleitung in den Hochofen eine schnelle Abkühlung auf etwa 750°C bis 1100°C erfolgen und für eine entsprechende Reinigung des Gases gesorgt werden muß.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei dem das als Austauschbrennstoff verwendete Reduktionsgas hinsichtlich seiner Beschaffenheit und Temperatur den gestellten Anforderungen des Hochofenprozesses vollauf genügt, so daß insgesamt eine Optimierung desselben erreicht wird.
Das der Lösung dieser Aufgabe dienende Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Vergaser mit Temperaturen von mehr als 1200°C austretende, als Austauschbrennstoff dienende und im wesentlichen Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltende Rohgas durch Zuführung von kälterem, gereinigtem Koksofengas auf eine Temperatur zwischen 750°C und 1000°C abgeschreckt wird, das soweit abgekühlte Gasgemisch einer Heißentstaubung und -entschwefelung zugeführt und daran anschließend das weitgehend gereinigte Gasgemisch in den Hochofen im Bereich der Formenebene oder oberhalb der Formenebene mit einer Temperatur zwischen 750°C und 1000°C eingeblasen wird.
Weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren können zur Erzeugung des als Austauschbrennstoff verwendeten Rohgases feste Brennstoffe beliebiger Herkunft und Qualität eingesetzt werden. Sofern dieselben nicht bereits von vornherein mit einer Kornfeinheit von 60-95% kleiner als 90 μ und einem Feuchtigkeitsgehalt von 1-2% bei Steinkohlen oder entsprechenden Kohlen höheren Inkohlungsgrades bzw. 6-8% bei Braunkohlen vorliegen, werden dieselben zunächst einer Mahltrocknung unterworfen. Anschließend wird der eingesetzte Brennstoff in den Vergaser eingeleitet und dort mit Sauerstoff und/oder Luft, vorzugsweise mit Sauerstoff großer Reinheit (etwa 98% O&sub2;), sowie gegebenenfalls Wasserdampf in einer Flammenreaktion partiell oxidiert. Das dabei anfallende Rohgas enthält im wesentlichen Kohlenmonoxid und Wasserstoff, geringe Anteile Wasserdampf und Kohlendioxid sowie Flugstaub und einen großen Anteil des Schwefelgehaltes des eingesetzten Brennstoffes in Form von Schwefelwasserstoff.
Wie bereits weiter oben festgestellt wurde, hat das Rohgas beim Austritt aus dem Vergaser im allgemeinen eine Temperatur von über 1200°C und führt außerdem flüssige bis teigige Schlacketröpfchen mit sich. Die erfindungsgemäße Abkühlung des Rohgases durch Zugabe von kälterem, gereinigtem Koksofengas wird in einer geeignet ausgeführten Mischstrecke durchgeführt, wobei das Koksofengas in einer solchen Menge zugeführt wird, daß die Einstellung der gewünschten Mischungstemperatur gewährleistet ist.
Anschließend wird das daraus resultierende Gasgemisch zum Beispiel über ein System von Zyklonen geführt, in denen gebrannter Kalk im staubförmigen Zustande zudosiert wird, so daß sowohl eine Entschwefelung als auch eine Entstaubung des Gasgemisches bewirkt wird. Sodann wird das gereinigte Gasgemisch im Bereich der Formenebene oder oberhalb der Formenebene in den Hochofen eingeblasen. Dies kann entweder über die Blasformen der Heißwindzuführung oder über separate Düsen oberhalb der Blasformenebene erfolgen. Die Düsen werden dabei im regelmäßigen Abstand in einer Hochofenebene auf den Hochofenofenumfang verteilt, wobei ihre Zahl mindestens vier beträgt und maximal der Zahl der Blasformen am betrachteten Hochofen entspricht. Der Vordruck des heißen Gasgemisches an den Düsen soll den Hochofenbetriebsdruck deutlich überschreiten, um eine starke Einmischung des Gasgemisches in die Hochofenschüttsäule zu gewährleisten.
Für den Fall einer Störung am Vergasersystem kann eine Bypass-Leitung für das Koksofengas vorgesehen werden, die einen vorübergehenden Betrieb der Mischgasdüsen mit gereinigtem kalten Koksofengas erlaubt. Alternativ können die Blasformen des Hochofens zur Überbrückung einer Vergaserstörung auch mit einer Ölinjektion ausgestattet sein.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung weiter erläutert.
Es zeigt dabei:
Fig. 1 einen Schnitt durch eine Mischstrecke, innerhalb derer dem im Vergaser erzeugten Rohgas das kältere, gereinigte Koksofengas zugesetzt wird
und
Fig. 2 ein Fließschema zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Mischstrecke in Fig. 1 besteht aus dem geraden Rohrstück 1, welches auf einer Innenseite über den gesamten Bereich der Mischstrecke mit einer geeigneten feuerfesten Auskleidung 2, die aus einer oder mehreren Schichten bestehen kann, versehen ist. Die Zuführung des Koksofengases erfolgt innerhalb der Mischstrecke dadurch, daß in einer Ebene oder in mehreren Ebenen jeweils vier um 90° versetzte Koksofengasdüsen 3 angeordnet sind. Vorzugsweise weisen die Koksofengasdüsen 3 dabei einen Kühlmantel 4, so daß sie mit Wasser gekühlt werden können. Außerdem sind sie in Richtung der Rohrachse oder tangential zu einem um die Rohrachse gedachten Kreis angeordnet. Anstelle der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform kann die Einführung des Koksofengases gegebenenfalls auch über einen oder mehrere ringförmige Schlitze erfolgen, die im Rohrstück 1 angeordnet sind.
Das Fließschema in Fig. 2 soll zur Erläuterung eines Verfahrensbeispiels dienen. Die zu vergasende Kohle wird dabei nach entsprechender Mahltrocknung über die Leitung 5 in den Vergaser 6 eingeleitet, während gleichzeitig der erforderliche Sauerstoff von der Luftzerlegungsanlage 7 über die Leitung 8 in den Vergaser 6 geführt wird. Bei diesem handelt es sich um eine Konstruktion bekannter Bauart, wie z. B., wie z. B. den Koppers-Totzek-Vergaser. Die Vergasung wird im vorliegenden Falle bei einem Druck zwischen 2 und 6 bar, vorzugsweise 2,5-4 bar, durchgeführt und das anfallende Rohgas verläßt den Vergaser 6 über die Leitung 9 mit einer Temperatur von 1450°C. Anschließend gelangt das Rohgas, welches folgende Zusammensetzung aufweist:
CO 66 Vol.-%
CO&sub2; 2 Vol.-%
H&sub2; 27 Vol.-%
H&sub2;S 0,8 Vol.-%
N&sub2; 4,2 Vol.-%
in die Mischstrecke 10, deren konstruktive Einzelheiten bereits an Hand von Fig. 1 erläutert wurden. Um in der Mischstrecke 10 eine Temperatur von 850°C einzustellen, wird gereinigtes, kälteres Koksofengas der Zusammensetzung:
CO 5,3 Vol.-%
CO&sub2; 2,1 Vol.-%
H&sub2; 57,6 Vol.-%
CH&sub4; 22,9 Vol.-%
C_mH_u 2,4 Vol.-%
N&sub2; 9,4 Vol.-%
im Kompressor 11 entsprechend verdichtet und über die Leitung 12 in die Mischstrecke 10 eingeleitet und dort dem Koksofengas zugemischt. Die Menge des durch die Leitung 12 zugeführten Koksofengases enstpricht dabei in etwa dem 0,8-fachen der Rohgasmenge. Das in der Mischstrecke 10 anfallende Gasgemisch gelangt über die Leitung 13 in die Entstaubungs- und Entschwefelungsanlage 14 (Zyklon), in der eine weitgehende Reinigung desselben durchgeführt wird. Zu diesem Zwecke wird über die Leitung 15 Branntkalk in die Entstaubungs- und Entschwefelungsanlage 14 eingeleitet, und der abgeschiedene Flugstaub sowie das Entschwefelungsmittel werden über die Leitung 16 abgezogen. Das gereinigte Gasgemisch wird nach Verlassen der Entstaubungs- und Entschwefelungsanlage über die Leitung 17 in der weiter oben beschriebenen Art und Weise in den Hochofen 18 eingeleitet. Bei einer Gasgemischmenge von 100 Nm³/t Roheisen werden einem Hochofen mit einem Gestelldurchmesser von 10 m und einer Erzeugungsleistung von 200 t Roheisen/h stündlich 20 000 Nm³ Gasgemisch zugeführt. Auf weitere Einzelheiten des Hochofenprozesses braucht hier nicht näher eingegangen zu werden, da dieser in konventioneller Art und Weise durchgeführt wird.
Vorteilhaft für das erfindungsgemäße Verfahren ist es, daß es unter Verwendung von Koksofengas und Sauerstoff arbeitet, da diese beiden Produkte in einem normalen Hochofengüttenwerk infolge der vorhandenen Hüttenkokerei und der Luftzerlegungsanlage im ausreichenden Umfange zur Verfügung stehen.

Claims

1. Verfahren zur Erzeugung von Roheisen im Hochofen unter Verminderung des spezifischen Kokseinsatzes durch Verwendung von gasförmigen Austauschbrennstoffen, die durch Vergasung (Partialoxidation) von feinkörnigen bis staubförmigen Brennstoffen mit Sauerstoff und/oder Luft sowie gegebenenfalls Wasserdampf nach dem Flugstromprinzip gewonnen werden, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Vergaser mit Temperaturen von mehr als 1200°C austretende, als Austauschbrennstoff dienende und im wesentlichen Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltende Rohgas durch Zuführung von kälterem, gereinigtem Koksofengas auf eine Temperatur zwischen 750°C und 1000°C abgeschreckt wird, das soweit abgekühle Gasgemisch einer Heißentstaubung und -entschwefelung zugeführt und daran anschließend das weitgehend gereinigte Gasgemisch in den Hochofen im Bereich der Formenebene oder oberhalb der Formenebene mit einer Temperatur zwischen 750°C und 1000°C eingeblasen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Erzeugung des als Austauschbrennstoff verwendeten Rohgases dienende Vergasung im Druckbereich zwischen 2 und 6 bar, vorzugsweise 2,5 bar bis 4 bar, erfolgt und das gereinigte Koksofengas jeweils soweit auf höheren Druck verdichtet wird, daß in der Misch- und Kühlzone eine intensive Mischung der einzelnen Gaskomponenten ermöglicht wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasgemisch dem Hochofen in einer Menge von 100 Nm³/t Roheisen bis 600 Nm³/t Roheisen zugeführt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Störung des Vergaserbetriebes dem Hochofen über eine Bypass-Leitung kaltes, gereinigtes Koksofengas zugeführt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Störung des Vergaserbetriebes dem Hochofen Öl als Austauschbrennstoff über eine Ölinjektion in die Blasformen zugeführt wird.