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Verfahren und
zur
Verfahren und
zur Rauchabscheidung
Die Erfindung bezieht sich auf die Aufbereitung von Gasen, insbesondere rauchhaltigen
Abgasen aus einem0fen, z. B.
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einem Lichtbogenofen für die Stahlerzeugung.
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Lichtbogenöfen werden seit mehr als 50 Jahren für die Stahlerzeugung
verwendet. In einem typischen Verfahren wird in den Ofen (oder das Stahlerzeugungsgefäß)
ein Schrotteinsatz eingeführt, und zwischen dem Einsatz und den Ofenelektroden (oder
zwischen den Elektroden selbst) wird ein Lichtbogen gezündet, so daß der Einsatz
erhitzt und somit geschmolzen wird. Wenn der Einsatz ausreichend schmelzflüssig
ist, wird er sauerstoffgefrischt, und dadurch wird sein Kohlenstoffgehalt verringert.
Während dieser Schmelzphase werden relativ große Mengen von Eisenoxiddampf und brennbaren
Gasen gebildet. Die Hauptgasbestandteile dieses Abgases sind Kohlenmonoxid, Kohlendioxid,
Stickstoff und Sauerstoff und möglicherweise bedeutenden Anteilen an Wasserstoff,
falls der Einsatz naß ist, sowie Kohlenwasserstoff, falls der Einsatz naß oder ölig
ist. Ferner kann zu Beginn des Schmelzvorgangs des Einsatzes eine starke Gasentwicklung
stattfinden. Außerdem kann durch den Betrieb von Sauerstoff-
Brennstoff-Brennern
zur Unterstützung des Schmelzvorgangs des Einsatzes eine große Menge Abgas erzeugt
werden. Solche Sauerstoff-Brennstoff-Brenner werden typischerweise eingesetzt, um
zu verhindern, daß einige Teile des Einsatzes, die von dem Lichtbogen entfernt sind,
auf einer wesentlich -niedrigeren Temperatur als andere Teile des Einsatzes n.lhc
dem Lichtbogen bleiben. Während des Frischens steigt der Kohlenmonoxid- und Eisenoxid-Rauchgehalt
der Abgase steil an.
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Es ist somit erforderlich, eine Anlage zum Verbrennen oder Oxidieren
der brennbaren Gase und Abscheiden der größten Rauchmenge einzusetzen.
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Typischerweise umfaßt eine solche Anlage eine Verbrennungskammer,
in der die brennbaren Gase verbrannt werden, eine Konditioniereinheit, in der die
die Verbrennungskammer verlassenden Gase abgekühlt werden, und eine Einrichtung
zum Abscheiden von Rauch aus den Gasen. Bei einer Ausbildung einer solchen Anlage
ist ein Schenkelrohr an dem Ofen angebracht und steht mit einer Öffnung im Dach
des Ofens in Verbindung, durch die die Abgase ausströmen. Das andere Ende des Schenkelrohrs
liegt nahezu in Deckung mit einer Leitung, die die Abgase zur Verbrennungskammer
leitet; es sind Mittel zum Ändern der Größe des Zwischenraums zwischen den beiden
Rohren vorgesehen. Somit wird ein Luftstrom in die rauchhaltigen Gase eingeleitet,
wobei der Luftdurchsatz von der Größe des Zwischenraums abhängt.
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Ein gesonderter Luftstrom wird in die Verbrennungskammer geleitet,
um die Verbrennung der brennbaren Gase zu unterstützen. In der Verbrennungskammer
werden im wesentlichen sämtliche brennbaren Gase verbrannt. Somit wird Kohlenmonoxid
zu Kohlendioxid oxidiert, Wasserstoff wird zu Wasserdampf, und Kohlenwasserstoffe
werden zu Kohlendioxid und Wasserdampf.
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Das resultierende Gasgemisch wird dann der Konditioniereinheit zugeführt.
Diese kann von dem Typ sein, in dem das Gas durch Verdünnen mit Luft, durch KOntaktierung
mit Wasser oder durch Leiten durch Rohre, die die Wärme an Luft abgeben, die über
die Rohre geschickt wird, gekühlt wird.
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Die Einrichtung zum Abscheiden von Rauch aus den Gasen kann entweder
ein Gaswäscher oder ein elektrostatischer Abscheider sein. Um jedoch den heutigen
Forderungen hinsichtlich der Luftreinhaltung zu entsprechen, ist die Einrichtung
zum Abscheiden von Rauch typischerweise eine Filtrationseinheit mit einer Anordnung
von Filtersäcken aus einem geeigneten Gewebe oder einem anderen Filtermaterial.
Besonders bei Filtern der angegebenen Art ist es notwendig sicherzustellen, daß
die Temperatur und die Feuchte des Gases unterhalb bestimmter Werte liegen. Wenn
der Feuchtegehalt zu hoch ist, besteht die Gefahr, daß sich in den Filtersäcken
eine zementartige Substanz bildet und die Filtersäcke verstopft.
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Wenn die Temperatur zu hoch ist, wird das Material, aus dem die Filtersäcke
bestehen, beschädigt. Typischerweise liegt diese Grenz- oder Höchsttemperatu-r bei
135 OC. In der Praxis ergibt es sich häufig, daß die Konditioniereinheit die Temperatur
nicht unter diesen Höchstwert vermindert. Somit ist es in manchen Fällen erforderlich,
das rauchhaltige Gas mit Luft zu verdünnen. Manchmal ist jedoch die Temperatur des
rauchhaltigen Gases so hoch, daß bei Durchführung einer erforderlichen Verdünnung
mit Luft das Gesamtvolumen an Gas, das in die Filtrationseinrichtung eintritt, für
die Einrichtung zu groß sein würde. In diesem Fall muß der Ofen abgeschaltet werden,
damit die Höchstgrenze für das Gesamtgasvolumen nicht überschritten wird.
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Da ferner Beschränkungen hinsichtlich der höchstyastemperatur und
des Höchstgasvolumens bestehen, mit denen die Anlage arbeiten kann, ist es eventuell
nicht möglich, die zusätzliche Wärmeenergiemenge von Sauerstoff-Brennstoff-
Brennern
zu liefern, deren Bereitstellung sonst erwünscht wäre.
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Es ist ersichtlich, daß analoge Probleme auch bei anderen Rauchabscheidungseinheiten
als solchen mit Filtersäcken und bei anderen metallurgischen Verfahren als der Stahlerzeugung
im Lichtbogenofen auftreten können.
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Aufgabe der Erfindung ist somit die Schaffung eines Verfahrens und
einer Einrichtung zur Rauchabscheidung aus heißem rauchhaltigem Gas, wobei die vorstehend
angeführten Probleme überwunden werden.
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Das Verfahren zur Rauchabscheidung aus heißem rauchhaltigem Gas nach
der Erfindung, wobei das Gas in eine Rauchabscheidungseinheit eingeführt wird, ist
dadurch gekennzeichnet, daß eine Flüssigkeit mit einer Temperatur von -50 OC oder
niedriger vor der Rauchabscheidungseinheit in das heiße rauchh-altige Gas eingeführt
wird, so daß die Gastemperatur unter einem Wert gehalten wird, bei dem die Rauchabscheidungseinheit
beschädigt wird.
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Die Einrichtung nach der Erfindung zur Rauchabscheidung aus heißem
rauchhaltigem Gas, mit einer Kühleinheit zum Kühlen des Gases und einer Filtrationsanlage
zur Itauchabscheidung aus dem gekühlten Gas ist gekennzeichnet durch einen Temperaturfühler
und eine Sprüheinheit zum Einleiten von Flüssiggas mit einer Temperatur von -50
OC oder niedriger in das gekühlte rauchhaltige Gas, wenn die erfaßte Temperatur
einen Höchstwert erreicht, so daß die erfaßte Temperatur unter den Höchstwert zurückbringbar
ist.
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Das Verfahren und die Einrichtung nach der Erfindung eignen sich insbesondere
zum Einsatz für den Schutz einer Filtrationsanlage mit Filtersäcken aus einem geeigneten
Gcwebe
oder anderen Werkstoff gegen die Auswirkungen von Gas, das
mit übermäßig hoher Temperatur zu filtern ist.
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Bevorzugt ist die genannte Flüssigkeit Flüssigstickstoff.
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Alternativ kann ein flüssiges Edelgas oder flüssiges Kohlendioxid
eingesetzt werden. Es ist möglich, das Flüssiggas zu verdampfen, bevor es auf das
heiße rauchhaltige Gas trifft. Dieses Vorgehen ist jedoch nicht zu empfehlen, da
es die Kühlwirkung des Flüssigstickstoffs, insbesondere die latente Verdampfungswärme,
verschwendet. Stattdessen wird Flüssiggas, also Flüssigstickstoff oder ein anderes
der genannten verflüssigten Gase, direkt in das rauchhaltige Gas vor der Rauchabscheidungsanlage
eingeleitet.
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Wenn als Flüssigkeit Flüssigstickstoff eingesetzt wird, so ist natürlich
aufgrund von dessen niedriger Temperatur von -196 °C sein Volumen (gemessen als
Gas), das für eiçne bestimmte Temperaturverringerung eines bestimmten Volumens an
rauchhaltigem Gas notwendig ist, wesentlich geringer als das Luftvolumen (bei Umgebungstemperatur),
das für die Erzielung der gleichen Temperaturverringerung in dem gleichen Volumen
an rauchhaltigem Gas erforderlich ist. Somit ermöglicht der Einsatz von Flüssigstickstoff
den Betrieb der Filtrationsanlage oder einer anderen Rauchabscheidungseinrichtung
unter Bedingungen, die nur bei Einsatz von Verdünnung mit Luft zur Verringerung
der Temperatur des rauchhaltigen Gases nicht für den Betrieb der Filtrationseinrichtung
geeignet wären. Bei dem Beispiel eines Lichtbogenofens zur Stahlerzeugung wird durch
Einsatz des Verfahrens nach der Erfindung unter Verwendung von Flüssigstickstoff
als Kühlflüssigkeit die Zeit, während der der Ofen abgeschaltet aufgrund von Problemen
hinsichtlich der Abgasaufbereitung abgesch-altet werden muß, verkürzt, und-/oder
es ist möglich, durch den Betrieb der
Sauerstoff-Brennstoff -Brenner
eine größcre Zusatzwärmcmenge zu erhalten, ohne daß der Ofen während längerer Perioden
abgeschaltet werden muß. Diese Vorteile werden durch den Einsatz von flüssigem Kohlendioxid
anstelle von Flüssigstickstoff zwar auch, jedoch in geringerem Ausmaß erzielt. Allgemein
wird angenommen, daß der Einsatz eines flüssigen Edelgases wirtschaftlich weniger
attraktiv als der Einsatz von flüssigem Stickstoff oder Kohlendioxid ist.
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Mit dem Einsatz von Flüssigstickstoff (oder eines anderen "inerten"
Flüssiggases) sind weitere Vorteile verbunden.
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Z. B. besteht im Fall des Ersatzes von Verdünnungsluft durch ein solches
Flüssiggas unweigerlich die Tendenz, daß das von der Rauchabscheidungseinrichtung
aufzunehmende Volumen- an rauchhaltigem Gas verringert wird, so daß sich eine gewisse
Verringerung des Energieverbrauchs ergibt.
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Ferner ist das Vorhandensein einer Einheit zum Verdünnen des rauchhaltigen
Gases mit Flüssigstickstoff eine nützliche Sicherheitseinrichtung, die es ermöglicht,
die Rauchabscheidungseinrichtung im Fall eines Ausfalls eines oder mehrerer Gebläse,
die zum Saugen des Gases durch die Filter dienen, zu reinigen.
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Da Flüssig stickstoff (oder ein verflüssigtes Edelgas) trocken ist,
verringert sein Zusatz zu dem rauchhaltigen Gas den Feuchtegehalt dieses Gases.
Erwünschtenfalls können also Organe zum Erfassen des Feuchtegehalts des Gases vor
der Rauchabscheidungseinrichtung vorgesehen sein, und Flüssigstickstoff oder eine
andere Flüssigkeit mit einer Temperatur von -50 0C oder niedriger kann in das rauchhaltige
Gas eingeleitet werden, wenn die gemessene Feuchte einen Höchstwert erreicht.
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Flüssiggas kann durch Sprühen oder anderweitig in ein Rohr eingeleitet
werden, durch das das rauchhaltige Gas zu der Rauchabscheidungseinrichtung strömt.
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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert;
die Ze-ichnung ist ein schematisches Diagramm einer Anlage zur Aufbereitung von
Abgasen eines Lichtbogenofens.
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Ein Lichtbogenofen 2 für die Stahlerzeugung umfaßt Elektroden 4 und
Sauerstoff-Brennstoff-Brenner G zum Schmelzen des Ofeneinsatzes. Im Dach des Ofengefäßes
befindet sich eine Öffnung 7. Im Betrieb verlassen rauchhaltige Gase, die infolge
der Stahlerzeugung gebildet werden, den Ofen durch die Öffnung 7.
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Lin Sehenkelrohr 8 ist an dem Ofen befestigt, fluchtet mit der Öffnung
7 und liegt außer Deckung mit einer Leitung 10, so daß zwischen beiden ein Zwischenraum
9 verbleibt.
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Die Größe dieses Zwischenraums ist mit Hilfe nicht gezeigter Mittel
änderbar, so daß die in die Gase, die den Ofen 2 durch die Öffnung 7 verlassen,
einströmende Luftmenge änderbar ist. Die Leitung 10 führt zu einer Verbrennungskammer
14. Die die Leitung 10 durchströmenden Gase werden mit Luft verdünnt, die aus einer
Leitung 12, die mit der Leitung 10 verbunden ist, zuströmt.
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Die Gase aus der Leitung 10 werden Brennern in dem Verbrennungsraum
14 zugeführt. Diese Brenner oxidieren im Abgas cnthaltencs Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid,
Wasserstoff zu Wasserdampf und Kohlenwasserstoffe zu Kohlendioxid und Wasserdampf.
Sekundärluft für die Verbrennung wird der Verbrennungskammer 14 durch eine Leistung
16 zugeführt.
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Die Verbrennungsgase (die mit Rauch befrachtet sind) treten aus der
Verbrennungskammer 14 aus und in eine Leitung 18 ein und gelangen zu einer Konditioniereinheit
20, in der sie abgekühlt werden. Die Konditioniereinheit kann von herkömmlicher
Art
sein, wie sie für die Aufbereitung rauchhaltiger Abgase aus einem der Stahlerzeugung
dienenden Lichtbogenofen eingese-tzt werden; bevorzugt ist sie so ausgelegt, daß
die Zugabe von Feuchtigkeit zu den rauchhaltigen Gasen nicht stattfindet (allerdings
kann alternativ auch eine Konditioniereinheit eingesetzt werden, bei der eine solche
Zugabe von Feuchtigkeit erfolgt).
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Die Gase verlassen die Konditioniereinheit 20 und geialger in eine
Leitung 22, durch die sie zu einer zu )Ili;rJtionslnlage gelangen, die eine Anordnung
von Filtersäcken aus Gewebefiltermaterial aufweist. Im wesentlichen wird in der
Filtrationsanlage der gesamte Gehalt an Eisenoxidrauch aus dem Gas abgetrennt. Ein
Gebläse oder mehrere Gebläse 26 erzeugen eine Gasströmung durch die Filtrationsanlage
24 und fördern das Reingas zu einem Kamin 28.
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Während des Betriebs sind Temperatur und Zusammensetzung der Abgase
des Lichtbogenofens 2 je nach dem Stadium des Stahlerzeugungszyklus Änderungen unterworfen.
Insbesondere kann sich das Verhältnis und die Menge an brennbaren Gasen ändern.
Infolgedessen ändert sich die durch die Verbrennung dieser Gase in der Verbrennunyskammer
14 erzeugLe Warme, so daß sich wiederum die Temperatur der die Konditionlereinheit
20 verlassenden rauchhaltigen Gase ändert. Typischerweise ist die Konditioniereinheit
so ausgelegt, daß sie die Temperatur der in sie einströmenden Gase unter die Höchsttemperatur
verringert, mit der die Filter zuverlässig und sicher betreibbar sind. Typischerweise
liegt diese Höchsttemperatur in der Größenordnung von 135 OC.
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Nach der vorliegenden Erfindung weist die Anlage nach Fig. 1 Mittel
zur Verringerung der Temperatur des Gases in der Leitung 22 auf, falls diese sich
dem Wert von 135 OC nähert.
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Ein Sprühmittelverteiler 39 ist in der Leitung 22 positioniert und
steht mit einer Leitung 38 in Verbindung, die an eine Flüssigstickstoffversorgung
42 angeschlossen ist.
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In der Leitung 38 ist ein Magnetventil 40 angeordnet.
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Nach dem Sprühmittelverteiler 39, jedoch vor der Filtrationsanlage
24 sind ein Temperaturfühler 30, ein Feuchtefühler 32 und ein Durchflußmesser 34
angeordnet. Diese Elemente erzeugen elektrische Signale, die die Temperatur bzw.
die Feuchte bzw. den Durchsatz des Gases, das in die Filtrationsanlage eintritt,
bezeichnen. Die von den Fühlern 30 und 32 und dem Durchflußmesser 34 erzeugten Signale
werden durch einen Regler 36 in Sign-ale umgesetzt, die das Öffnen und Schließen
des Magnetventils 40 bestimmen.
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Der Regler ist so programmiert, daß er das Magnetventil öffnet, wenn
die vom Temperaturfühler 30 erfaßte Tempern tur z. B. 130 °C erreicht. Er ist so
programmiert, daß er das Magnetventil wieder schließt, wenn die Temperatur auf z.
B. 125 OC sinkt. Ferner ist der Regler 36 so programmiert, daß er das Magnetventil
40 öffnet (wenn es nicht bereits geöffnet ist), wenn die erfaßte Feuchte auf einen
vorbestimmten Wert ansteigt, und es schließt, wenn die Feuchte auf einen vorgegebe-nen
niedrigeren Wert sinkt. (Anstatt der hier gezeigten Anordnung kann auch ein vom
Fühler 30 gesteuertes Ventil sowie ein vom Fühler 32 gesteuertes zweites Ventil
vorgesehen sein.) Der Regler 36 ist ferner so programmiert, daß der Temperaturfühler
30 und der Feuchtefühler 32 wirkungslos gemacht werden, wenn der Durchsatz einen
vorbestimmten Höchstwert erreicht. In diesem Fall wird das Magnetventil 40 geschlossen,
und der Betrieb des Lichtbogenofens wird eingestellt. Es ist jedoch zu beachten,
daß durch den Einsatz von Flüssigstickstoff zum Abkühlen der Gase nach der Konditioniereinheit
20 anstelle von Luft das Gesamtgasvolumen, das in die Filtrationsanlage 24 strömt,
verringert wird, so daß die Gefahr des Erreichens des Höchstdurchsatzes vermindert
wird.
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Normalerweise wird die Hauptkühlung durch die Konditioniereinheit
20 erfolge, und die Kühlung mit Flüssig stickstoff wird nur dann eingesetzt, wenn
eine besonders hohe Kühl last vorhanden ist.
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Wahrscheinlich wird es häufig möglich sein, das Verfahren und die
Einrichtung nach der Erfindung ohne Mittel zur Einstellung der Einführung von Flüssiggas
in das heiß rauchhaltige Gas aufgrund von Anderungen der erfaßten Gasfeuchte einzusetzen.
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