DE3214300C2 - Vorrichtung zur Verwertung von Abgasen eines Lichtbogen-Ofens - Google Patents

Vorrichtung zur Verwertung von Abgasen eines Lichtbogen-Ofens

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Description

55
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verwertung von Abgasen eines Lichtbogen-Ofens gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einer neuartigen Vorrichtung, die die Ausnutzung der fühlbaren Wärme des von einem < >o Lichtbogen-Ofen zur Stahlerzeugung freigesetzten Abgases zum Vorwärmen von Schrott gestattet.
Derartige Vorrichtungen umfassen üblicherweise eine Verbrennungskammer oder einen Wärmespeicher, dem heiße Abgiise aus den Elektroofen über eine fe5 wassergekühlte Leitung zugeführt werden und einen Chargier-Behälter, dem über eine Vorwärmer-Leitung ein Teil oder sämtliche Abgase aus dem Wärmespeicher zugeführt werden und der eine Haube umfaßt, unter der sich der Schrott befindet, der auf diese Weise durch das Abgas vorerhitzt wird. Ferner umfaßt eine derartige Vorrichtung einen an den Chargier-Behälter angeschlossenen Staubabscheider, über den die Abgase an die Atmosphäre abgegeben werden, nachdem ein Wärmeaustausch mit dem Schrott erfolgt ist.
Der Schrott wird in dem Chargier-Behälter durch unmittelbare Berührung mit dem Abgas erhitzt Dabei werden die in dem Schrott enthaltenen Verunreinigungen, wie Fett, Öl, Gummi, Kunststoff oder andere Fremdstoffe, nur unvollständig verbrannt oder verschmort, so daß es unvermeidlich zu einer Anreicherung des Abgases mit weißem Rauch oder Dampf und mit schädlichen Geruchsstoffen kommt. Bei der Abgabe der Abgase an die Atmosphäre kommt es daher zu einer sogenannten sekundären Umweltverschmutzung durch die Verbrennungsrückstände der in dem Schrott enthaltenen Fremdstoffe. Üblicherweise ist daher zwischen dem Chargier-Behälter und dem Staubabscheider eine Nachbrennkammer zur vollständigen Verbrennung der von dem Abgas mitgeführten Öldämpie, organischen Stoffe und dergleichen vorgesehen.
Doch selbst in dem Fall, daß über eine Hauptleitung heißes Abgas aus dem Wärmespeicher in die Nachbrennkammer geleitet wird, kann durch die Wärme dieser heißen Abgase keine vollständige Nachverbrennung der aus dem Chargier-Behälter stammenden Abgase erreicht werden. Aus diesem Grund werden in der Nachbrennkammer Zusatzbrenner oder ähnliche Einrichtungen benötigt, so daß eine wirksame Energieeinsparung nicht möglich ist. Darüber hinaus weisen diese herkömmlichen Vorrichtungen erhebliche Nachteile, beispielsweise bei der Wartung, auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wirtschaftlichkeit, insbesondere den Energiebedarf einer gattungsgemäßen Vorrichtung zu verringern, ohne die Umweltbelastung zu erhöhen.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Rückführungsleitung zur Rückführung der in einem zugleich zum Vorwärmen von Schrott dienenden Chargier-Behälter abgekühlten Abgase in eine von dem Lichtbogen-Ofen zu diesem Chargier-Behälter führende Leitung vorgesehen. An der Einmündungsstelle der Rückführungsleitung in diese Leitung befindet sich ein Lufteinlaß zur Zufuhr von Krischluft. Die Leitung umfaßt ein mit einem Deckel des Lichtbogen-Ofens verbundenes Knie und eine wassergekühlte Leitung, die im Bereich der Einmündung der Rückführungsleitung mit Hilfe einer verschiebbaren Muffe mit dem Knie verbindbar ist. Der Lufteinlaß ist einfacherweise durch einen Zwischenraum zwischen dem Knie der wassergekühlten Leitung gebildet.
Unter der Einwirkung der hohen Temperatur der aus dem Lichtbogen-Ofen kommenden Abgase reagieren die zurückgeführten Abgase mit dem mit der Frischluft zugeführten Sauerstoff, so daß eine gründliche Nachverbrennung der Abgase und damit eine Senkung der Umweltbelastung erreicht wird, ohne daß bei der Nachverbrennung zusätzliche Wärme zugeführt werden muß.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird durch eine Düse am Ende der Rückführungsleitung eine
gerichtete Gasströmung erzeugt, die die Strömung der zugeführten Frischluft kreuzt, so daß es zu einer Vermischung von Abgas und Frischluft kommt Auf diese Weise läßt sich die rückgeführte Abgasmenge auf Kosten der zugeführten Frischluftmenge erhöhen, ohne daß der Verbrennungsvorgang dadurch beeinträchtigt wird.
Bevorzugt ist ferner in der zu dem Chargier-Behälter führenden Leitung stromabwärts der Einmündung der Rückführungsleitung ein Wärmespeicher vorgesehen, to der eine wirksame Nachverbrennung der zurückgeführten Abgase ermöglicht. Auf diese Weise wird eine weitestgehende Verbrennung der in dem Chargier-Behälter durch die Abgase aufgenommenen Schadstoffe, wie Öldämpfe und dergleichen gewährleistet, bevor die ' Abgase nach dem Durchlaufen des Wärmespeichers über einen Staubabscheider an die Atmosphäre abgegeben werden.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
F i g. 1 ist eine schematische Gesamtdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
F i g. 2 zeigt eine Einzelheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer abgewandelten Ausführungsform;
F i g. 3 zeigt schematich ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung;
F i g. 4 ist ein vergrößerter Teilschnitt durch die Vorrichtung aus F i g. 3;
F i g. 5 ist ein Schnitt längs der Linie V-V in F i g. 4;
F i g. 6 ist eine grafische Darstellung der Zusammensetzung von beim Vorwärmen von Schrott freigesetztem Abgas.
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Fig. 1 dargestellt. Heißes « Abgas wird aus einem Lichtbogen-Ofen 1 durch eine erste Leitung 3 in einen Chargier-Behälter 2 geleitet, in dem Schrott vorgewärmt wird. Der Chargier-Behälter 2 ist herausnehmbar in einer Vorwärm-Grube aufgestellt. Die Grube 4 ist an eine Leitung 5 zur Ableitung des Abgases aus dem Chargier-Behälter 2 angeschlossen. Die Leitung 5 verzweigt sich in eine Ausgangsleitung 6 und eine Rückführungsleitung 7. Durch die Ausgangsleitung 6 wird das aus dem Chargier-Behälter 2 kommende Abgas über einen Staubabscheider 8 und ein Gebläse 9 an die Atmosphäre abgegeben.
Ein Teil des durch die Leitung 5 geleiteten Abgases wird jedoch durch die Rückführungsleitung 7 in die erste Leitung 3 zurückgeführt. Die Rückführungsleitung 7 weist in einem mittleren Abschnitt ein Gebläse 10 auf. ~'°
Im Bereich des Anschlusses der Rückführungsleitung 7 an die erste Leitung 3 ist ein Lufteinlaß 11 zum Zuführen von Luft in die Leitung 3 vorgesehen. Die hinzugeführte Luft dient zur Verbrennung des Abgases. Die erste Leitung 3 umfaßt ein mit einem Deckel 12 des Lichtbogen-Ofens 1 verbundenes Knie 13 und eine wassergekühlte Leitung 15, die über eine verschiebbare Muffe 14 lösbar mit dem Knie 13 verbunden ist. Ein Zwischenraum zwischen dem Knie 13 und der wassergekühlten Leitung 15 bildet den Lufteinlaß 11. Die Rückführungsleitung 7 ist an eine die Muffe 14 und den Lufteinlaß 11 abdeckende Haube 16 angeschlossen. Durch einen Zwischenraum zwischen dem Knie 13 und der Haube 16 und weiter durch den Lufteinlaß 11 gelangt Außenluft in die erste Leitung 3.
Die Muffe 14 ist außen über das Knie 13 und die wassergekühlte Leitung 15 schiebbar und mit Hilfe eines nicht gezeigten Zylinders gleitend in axialer Richtung beweglich. Durch axiale Verschiebung der Muffe 14 ist die durch den Lufteinlaß 11 durchgelassene Luftmenge einstellbar. Darüber hinaus isi die Weite des Zwischenraums zwischen der Haube 16 und dem Knie 13 einstellbar, während die Haube 16 luftdicht mit der wassergekühlten Leitung 15 verbunden ist
Die erste Leitung 3 umfaßt ferner eine Vorwärmer-Leitung 17, die zu dem Chargier-Behälter 2 führt. Die Leitung 17 ist mit einer feuerfesten Auskleidung zur Erhöhung der Hitzebeständigkeit und zur Wärmeisolierung versehen. Zwischen der Vorwärmer-Leitung 17 und der wassergekühlten Leitung 15 ist ein Wärmespeicher 18 angeordnet. Die Ausgangsleitung 6 und die Rückführungsleitung 7 sind jeweils mit einer Drossel 19 bzw. 20 versehen. Die Ausgangsleitung 6 ist mit dem Wärmespeicher 18 über eine Hauptleitung 21 verbunden. Die Vorwärmer-Leitung 17 und die Hauptleitung 21 sind jeweils mit einer Drossel 22 bzw. 23 versehen. Durch mehr oder weniger weites Öffnen und Schließen der Drosseln 19, 20, 22 und 23 kann der Abgas-Durchsatzgesteuert werden.
Die oben beschriebene bevorzugte Ausführungsform der Erfindung arbeitet wie foigt.
Das in dem Lichtbogen-Ofen 1 erzeugte heiße Abgas strömt durch das Knie 13 und die wassergekühlte Leitung 15 in den Wärmespeicher 18. Von dem Wärmespeicher 18 aus strömt das Abgas auf getrennten Wegen einerseits durch die Vorwärmer-Leitung 17 und andererseits durch die Hauptleitung 21. Der durch die Vorwärmer-Leitung 17 strömende Anteil des Abgases dient zum Vorwärmen der in dem Behälter 2 enthaltenen Schrott-Füllung und strömt sodann durch die Leitung 5 und die Rückführungsleitung 7 zu der Haube 16.
Das auf diese Weise zurückgeführte Abgas wird mit der zur Verbrennung benötigten Außenluft vermischt, die durch den Zwischenraum zwischen dem Knie 13 und der Haube 16 einströmt. Das Gemisch aus Luft und Abgas strömt durch den Lufteinlaß 11 zurück in die erste Leitung 3, genauer gesagt in die wassergekühlte Leitung 15.
Da das in dem Lichtbogen-Ofen 1 erzeugte Abgas im Bereich der Muffe 14 eine Temperatur von etwa 1200°C aufweist, werden in dem Abgas enthaltene Ölanteile und andere organische Verbindungen nach dem Beimischen von Frischluft wirksam und vollständig verbrannt. Das vollständig verbrannte Abgas tritt erneut durch die Vorwärmer-Leitung 17 oder die Hauptleitung 21. Das Gas wird somit zum Teil zum Vorwärmen der Schrott-Füllung benutzt und zum anderen Teil über die Hauptleitung 21 und den Staubabscheider 8 an die Atmosphäre abgegeben. Dadurch, daß der an die Atmosphäre abgegebene Teil der Abgase zunächst durch den Wärmespeicher 18 strömt, wird ein höherer Verbrennungsgrad erreicht und die sekundäre Umweltverschmutzung verringert.
In der oben beschriebenen Ausführung wird das aus dem Chargier-Behälter 2 zurückgeführte Abgas in unmittelbare Berührung mit der Flamme der verbrennenden Abgase aus dem Ofen 1 gebracht und schließlich bei einer Temperatur von wenigstens 700°C mit diesem vermischt. Bei dieser Temperatur werden Ölanteile und andere organische Bestandteile des Gases vollständig verbrannt, so daß Geruchsstoffe, Öldämpfe, weißer Rauch oder Dampf oder dergleichen wirksam beseitigt werden, ohne daß sie sich an der inneren Oberfläche der Leitungen niederschlagen. Zugleich kann die Wärme des Abgases wirksam zurückgewonnen und zum
Vorwärmen des Schrotts benutzt werden.
Im folgenden soll angenommen werden, daß das heiße Abgas eine Temperatur von 1200cC aufweist und mit einem Durchsatz von 600 NmVmin gefördert wird, daß das zum Vorwärmen des Schrotts benutzte Abgas eine Temperatur von 2000C aufweist und mit einem Durchsatz von ζ) NmVmin zurückgeführt wird, während die Frischluft bei einer Temperatur von 600C mit einem Durchsatz von 200 NmVmin zugeführt wird. Das Gemisch aus primären Abgasen, zurückgeführten Abgasen und Frischluft soll eine Temperatur von 7000C aufweisen. Ferner soll für die oben beschriebene Vorrichtung vereinfacht die folgende Beziehung gelten.
1200 x 600 + 200 x 60 + 200 x Q = (600 + 200 + Q)X 700.
Der Durchsatz (Jbeträgt dann annähernd 340 NmVmin. Unter der obigen Bedingung beträgt die fühlbare Wärme des zum Vorwärmen des Schrotts benutzten Abgases (spezifische Wärme: 0,34 kcal/C NmVmin):
340 X 0,34 x 700 X
60
860
= 5646 kWh .
Unter der Annahme, daß die Menge des vorgewärmten Schrotts 601 beträgt, entspricht dieser Wert in
ungefähr = 94 kWh/t. Wenn der Vorwärm-Wir-
kungsgrad (die zum Vorwärmen benutzte Wärmemenge im Verhältnis zu der insgesamt zugeführten Wärmemenge) 0,3 beträgt, ergibt sich eine Ersparnis an .?> elektrischer Leistung von 94x0,3, ungefähr = 30 kWh.
F i g. 2 veranschaulicht eine Abwandlung des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels der Erfindung. Gemäß Figur ist der Anschluß der Rückführungsleitung 7 an die erste Leitung 3 in einem mittleren in Längsabschnitt des Knies 13 vorgesehen, und der Lufteinlaß 11 ist in der Nähe dieses Anschlusses angebracht. Die Rückführungsleitung 7 ist mit dem Mittelabschnitt des Knies 13 über eine weitere verschiebbare Muffe 24 verbunden. J5
In Fig. 3 —5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist zur Steuerung der durch den Lufteinlaß 11 zugeführten Frischluftmenge eine Einspritzdüse 25 an dem Anschluß der Rückführungsleitung 7 an die erste Leitung 3 <*o angebracht. Durch die Einspritzdüse 25 wird das von dem Chargier-Behälter 2 kommende Abgas derart in die erste Leitung 3 geleitet, daß es den Luftstrom schneidet und die Frischluft mitreißt.
Die Einspritzdüse 25 umfaßt eine Haube 16, die die über die wassergekühlte Leitung 15 schiebbare und in axialer Richtung bewegliche Muffe 14 abdeckt. Die Haube 16 weist die Form eines zu der wassergekühlten Leitung 15 koaxialen Hohlzylinders auf. Ein Ende der Rückführungsleitung 7 ist an einen äußeren Umfangsab- so schnitt der Haube 16 angeschlossen. Das mit dem Lichtbogen-Ofen ί verbundene Knie 13 weisi an seinem freien Ende einen Flansch 26 auf. An dem dem Knie 13 axial gegenüberliegenden Ende der Haube 16 ist diese mit einem Gasauslaß 27 in Form einer Ringdüse versehen, die radial nach innen auf den Flansch 26 gerichtet ist Die Frischluft gelangt durch den Zwischenraum zwischen dem Flansch 26 und dem Gaseinlaß 27 und weiter durch den Lufteinlaß 11 in die wassergekühlte Leitung 15. innerhalb des Anschlußbereichs zwischen der Rückführungsleitung 7 und der Haube 16 sind zwei Strömungsplatten 28 angebracht, durch die das von dem Chargier-Behälter kommende und durch die Rückführungsleitung in die Haube 16 strömende Abgas gleichförmig über den Umfang der Haube 16 verteilt wird. Das Gas gelangt auf diese Weise in einer gleichförmigen Verteilung zu dem Gasauslaß 27.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die durch den Zwischenraum zwischen dem Flansch 26 und dem Gasauslaß 27 und durch den LufleinlaS ίί in die wassergekühlte Leitung 15 strömende Frischluft durch den aus dem Gasauslaß 27 austretenden Gasstrahl derart gesteuert, daß die zugeführte Frischluftmenge in etwa dem für eine vollständige Verbrennung erforderlichen Mindestwert entspricht. Zugleich wird die Frischluft intensiv mit dem von dem Chargier-Behälter 2 kommenden Abgas vermischt. Da nur eine erforderliche Mindestmenge an Frischluft von niedriger Temperatur (ca. 25°C) eingelassen wird, kann die Temperatur am Einlaß des Behälters 2 auf einen Wert von etwa 500 —600°C gehalten werden. An der Stelle, an der das zum Vorwärmen benutzte Abgas und das von dem Ofen 1 erzeugte primäre Abgas miteinander vermischt und verbrannt werden, beträgt die Temperatur 600 —8000C, so daß beim Vorwärmen des Schrotts freigesetzte gasförmige Kohlenwasserstoffe, die zur Bildung von Geruchsstoffen oder weißem Rauch oder Dampf führen könnten, vollständig verbrannt und somit wirksam beseitigt werden.
Da das Abgas, das den Chargier-Behälter 2 bereits durchlaufen hat, bei minimaler Frischluftzufuhr wiederverwendet werden kann, zeichnet sich die oben beschriebene Vorrichtung durch eine hohe Aufnahmekapazität für das von dem Ofen 1 freigesetzte primäre Abgas aus, so daß durch die Wärmerückgewinnung der Betrieb des Lichtbogen-Ofens 1 nicht beeinträchtigt wird.
Wenn der vorzuwärmende Schrott eine hohe Qualität aufweist, d. h. wenn er frei von verbrennbaren Bestandteilen, wie öl oder Gummi, ist, können die Drosseln 20, 23 in der Rückführungsleitung 7 und der Hauptleitung 21 geschlossen und die Drosseln 22, 19 in der Vorwärm-Leitung 17 und der Ausgangsleitung 6 geöffnet werden, so daß die gesamte Menge der von dem Lichtbogen-Ofen 1 freigesetzten Abgase zu dem Chargier-Behälter 2 geleitet wird, und eine wirksame Wärmerückgewinnung ermöglicht wird, ohne daß es zu einer nennenswerten sekundären Umweltverschmutzungkommt.
In Fig.6 ist die Zusammensetzung der Abgase nach dem Vorwärmen des Schrotts für den Fall eines 50-t-Lichtbogen-Ofen grafisch dargestellt. Es ist erkennbar, daß das Gas einen O2-Anteil von wenigstens 16% aufweist und daher recht gut für die Verbrennung geeignet ist. Bei einer Rückführung des Abgases zu der ersten Leitung 3 kann das Gas daher anstatt oder zusammen mit Frischluft zugeführt werden, um eine wirksame Verbrennung der verbrennbaren Bestandteile des Abgases zu gewährleisten.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zur Verwertung von Abgasen eines Lichtbogen-Ofens mit einer ersten Leitung zum Zuführen heiller Abgase aus dem Lichtbogen-Ofen zu einem mil Schrott gefüllten Chargier-Behälter, gekennzeichnet durch eine an einer Position an der Außenseite der Vorrichtung an den Chargier-Behiilter (2) angeschlossene Abgas-Leitung (5) zur Ableitung der Abgase aus dem Behälter (2), eine an die Abgas-Leitung (5) angeschlossene Ausgangsleitung (6) zur Abgabe eines Teils der Abgase an die Atmosphäre, eine Rückführungsleitur.g (7) zur Rückführung von Abgasen aus der Abgas-Leitung (5) zu der ersten Leitung (3), die ein mit einem Deckel (12) des Lichtbogen-Ofens (1) verbundenes Knie (13) und eine mit Hilfe einer verschiebbaren Muffe (14) mit dem Knie verbindbare wassergekühlte Leilung (15) umfaßt, und einen im Jo Bereich der Hinmündung der Rückführungsleitung (7) in die ersie Leitung (3) durch einen Zwischenraum zwischen dem Knie (13) und der wassergekühlten Leitung (15) gebildeten Lufteinlaß (11) zur Zufuhr von Frischluft für die Verbrennung der zum Vorwärmen des Schrotts benutzten Abgase.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Einmündung der Rückführungsleitung (7) in die erste Leitung (3) eine Düse (25) zur Erzeugung einer gerichteten Strömung des zurück- )o geführten Abgases derart angebracht ist, daß die Abgas-Strömung zur Steuerung der Frischluftzufuhr eine auf den Lufteinlaß (11) gerichtete Luftströmung kreuzt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß liie Einmündung der Rückführungsleitung (7) in die erste Leitung (3) sich in einem mittleren Längsabschnitt des Knies (13) befindet.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Wärmespeicher (18) in der ersten Leitung (3), zwischen der wassergekühlten Leitung (15) und einer zu dem Behälter (2) führenden Leilung(17).
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher (18) über eine *5 Hauptleitung (21) mit der Ausgangslcitung (6) verbunden ist und daß die Ausgangsleitung (6), die Rückführungsleitung (7), die zu dem Behälter (2) führende Leitung (17) und die Hauptleitung (21) jeweils mit einer verstellbaren Drossel (19, 20, 22, 23) zur Steuerung des Gasdurchsatzes versehen sind.
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