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Vorrichtung zum Verteilen von Staubkohle
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Be schreibun Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum
Verteilen von Staubkohle beispielsweise auf die Blasdüsen eines Hochofens.
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Fig. 1 der Zeichnung zeigt eine herkömmliche Anlage für das Einblasen
von Staubkohle, wie sie z.B. in der US-PS 4 027 920 beschrieben ist. Diese Anlage
umfaßt: eine Kohlevorratsanlage 4 mit einem Förderband 1, einem Kohlebunker 2 und
einem Zubringer 3, Eine über den Zubringer 3 kontinuierlich mit Rohkohle gespeiste
Kohlenmühle 7, welche die Kohle mahlt, die gemahlene Kohle trocknet und sie ueber
eine Rohrleitung 6 austrägt, während sie von einem Lufterhitzer 5 aus mit unter
hohem Druck stehender Heißluft gespeist wird, eine Abscheideranordnung 10 mit einem
Zyklonabscheider 8 und einem Beutelfilter 9 zum Abscheiden der über die Rohrleitung
6 zugeführten Staubkohle, einen jeweils über eine Drehzellenschleuse 11, 12, eine
Umschaltschleuse 13, 14 und eine Leitung 15, 16 mit dem Zyklonabscheider 8 bzw.
dem Beutelfilter 9 verbundenen Lagerbehälter 17 für die Aufnahme der Staubkohle,
drei über eine gemeinsame Verteilerschleuse 18 und drei jeweils eine Schaltschleuse
19, 20, 21 enthaltende Beitungen 22 mit dem Lagerbehälter 17 verbundene, in vorbestimmte
Reihenfolge mit der Staubkohle beschickbare Zwischenbehälter23a, 23b, 23c, in deren
oberes Ende nach Beschickung mit einer vorbestimmten Menge Staubkohle ein inertes
Gas eingeleitet wird, um die Staubkohle unter einem vorbestimmten Druck zu halten,
und in deren unteres Ende ein inertes Gas einführbar ist, um die Staubkohle durch
einen Bodenauslaß hindurch auszutragen, und ein über Zweigleitungen 24a, 24b, 24c
jeweils mit einer Absperrschleuse 25a, 25b bzw. 25c, eine daran angeschlossene
Dispeigiervorrichtung
26 und eine von dieser ausgehende Hauptleitung 27 mit den Zwischenbehälters 23a,
23b, 23c verbundener Verteiler 32. Die Dispergiervorrichtung 26 dient dazu, einen
vom jeweiligen Zwischenbehälter 23 aus zugeführten, mit Staubkohle befrachteten
Gasstrom mit von einem Lufterhitzer 33 aus zugeführter Heißluft zu verdünnen. Der
Verteiler 32 ist über jeweils eine Verteilerleitung 28 mit allen in der Seitenwand
eines Hochofens 29 angeordneten Blasdüsen 30 verbunden. Jede Blasdüse 30 enthält
ein Mundstück 31 zum Einblasen der Staubkohle in den Hochofen.
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Der Verteiler 32 ist im einzelnen in Fig. 2 dargestellt.
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Er hat ein zylindrisch/trichterförmiges Gehäuse D1 mit einer im Boden
geformten Mittelöffnung, an welcher ein die Hauptleitung 27 darstellendes, gerades
Rohr D2 zum Einblasen des mit der Staubkohle befrachteten Gasstroms angeschlossen
ist. Der Gasstrom beauschlagt den Mittelpunkt der Innenfläche einer kreisförmigen
oberen Wand D3 und wird dadurch radial zerteilt, so daß er entlang der Innenfläche
der Umfangswand D4 abwärts strömt. Die Umfangswand D4 ist von einer derjenigen der
Blasdüsen des Hochofens entsprechenden Anzahl von in gleiches Umfangsabständen angeordneten
Öffnungen D5 durchsetzt, welche über jeweils ein einer Verteilerleitung 28 entsprechendes
Rohr D6 mit den ihnen zugeordneten Blasdüsen strömungsverbunden sind. Gegebenenfalls
enthält der Verteiler zusätzlich ein koaxial mit dem Gehäuse D1 in diesem angeordnetes
Steigrohr D7, welches den Gasstrom auf den Mittelpunkt der Innenfläche der oberen
Wand D3 ausrichtet und damit eine gleichmäßige radiale Aufteilung desselben gewährleistet.
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Die wesentliche Aufgabe des Verteilers 32 besteht darin, einen mit
Staubkohle befrachteten Gasstrom gleichmäßig auf eine Anzahl verteilerleitungen
und über diese etwa auf die Blasdiisen eines Hochofens zu verteilen, um damit eine
gleichmäßige und stetige Temperatursteuerung entlang
dem Umfang
des Hochofens zu gewährleisten.
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Es ist indes äußerst schwierig, die inneren Konturen des Gehäuses
des Verteilers sowie die waagerechte Aufstellung desselben derart genau einzuhalten,
daß eine gleichmäßige Verteilung des mit der Staubkohle befrachteten Gasstroms auf
längere Dauer erzielbar ist. Selbst wenn anfänglich bei einem Probelauf befriedigende
Ergebnisse erhalten werden, treten während des praktischen Betriebs des Verteilers
verschiedene Faktoren auf, welche eine gleichmäBige Verteilung nach kurzer Zeit
beeinträchtigen können Zu diesen Faktoren gehören Änderungen des an der Austritts
seite der Blasdüsen im Hochofen herrschenden Drucks, Verformungen der Übergänge
zwischen der Innenfläche des Verteilers und den Verteilerleitungen z.B. durch von
der Staubkohle verursachten Abrieb, Verformungen des Verteilers oder eine Verlagerung
desselben aus der waagerechten Ausrichtung aufgrund von vom Hochofen oder diesem
zugeordneten Einrichtungen darauf übertragenen Erschütterungen oder thermischen
Belastungen. Aus diesen Gründen ist es praktisch nicht möglich, einen gleichmäßigen
Betrieb der mit der Staubkohle gespeisten Anlage über längere Zeit aufrecht zu erhalten.
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Auf der Suche nach einer Lösung für diese Probleme wurde umfangreiche
Versuche angestellt, um die Verteilung der Staubkohle in einem vom Umfangsrand der
oberen Wand D3 des Verteilergehäuses Dl entlang der Umfangswand D4 abwärts strömenden
Gas strom zu ermitteln. Der für die Untersuchungen verwendete Verteiler D1 hatte
einen Innendurchmesser von 635 mm und enthielt ein Steigrohr D7 mit einem Innendurchmesser
von 57 mm. Die Konzentration der Staubkohle in dem Gasstrom wurde an vier Stellen
I, II, III und IV ermittelt, deren Abstand zur Innenfläche der Umfangswand D4 5mm
bzw. 40 mm bzw. 150 mm bzw. 200 mm betrug. Die gemessene Konzentration der Staubkohle
betrug dabei am Punkt I 288,0 kg/m3, am Punkt II 9,0 kg/m3, am Punkt III 0,2 kg/m3
und am Punkt IV 3,0 kg/m3. Es ergab
sich somitLalso eine erhebliche
Variation der Sonsentration der Staubkohle im Gas strom von einem der vier Stellen
zur anderen.
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Aus diesen Untersuchungen ergab sich die Erkenntnis, daß es möglich
sein müsse, eine beträchtlich gleichmäßigere Verteilung der Staubkohle etwa innerhalb
eines Hochofens dadurch zu erzielen, daß der mit der Staubkohle befrac-htete Gas
strom an während des Betriebs des Hochofens variierbaren Stellen des Durchmessers
des Verteilers aus diesem auszuleiten.
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Demgemäß schafft die Erfindung eine Vorrichtung zum Verteilen von
in einem Gasstrom getragener Staubkohle, welche in der Lage ist, die Staubkohle
über daran angeschlossene Verteilerleitungen äußerst gleichmäßig etwa auf die Blasdüsen
eines Hochofens zu verteilen, um damit eine gleichmäßige Wärmeverteilung entlang
dem Umfang des Hochofens und dadurch einen wirtschaftlichen Betriebs desselben zu
erzielen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung geht aus von der vorstehend anhand
von Fig. 2 Beschriebenen und ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß in
jede Verteilerleitung ein Rohrstutzen eingesetzt ist, welcher mit seinem freien
Ende in das Gehäuse des Verteilers hineinragt und in Richtung des Durchmessers des
Gehäuses verschibelich in der jeweiligen Verteilerleitung geführt ist.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus. der
folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung. Es zeigen: Fig. 1 eine schematisierte
Darstellung einer herkömmlichen Anlage für die Speisung der Blasdüsen eines Hochofens
mit Staubkohle, Fig. 2 eine schematisierte Axialschnittansicht eines in
der-Anlage
nach Fig. 1 verwendeten Verteilers, Fig. 3 eine Axialschnittansicht eines Verteilers
in einer Ausführungsform der Erfindung, Fig. 4 eine grafische Darstellung der Verteilung
von Staubkohle auf die Blasdüsen eines Hochofens bei Verwendung einer erfindungsgemen
Vorrichtung im Vergleich zur Verwendung einer bekannten Vorrichtung, Fig. 5 eine
grafische Darstellung der Beziehungen zwischen der herausragenden Länge der Rohrstutzen
in einer vorrichtung gemäß der Erfindung und der mengenmäßigen Verteilung der Staubkohle,
Fig. 6 eine schematisierte Schnittansicht eines Teils der Vorrichtung in einer anderen
Ausführungsform der Erfindung, Fig. 7 eine schematisierte Darstellung einer Anordnung
zum Steuern der vorstreckbaren Rohrstutzen in einer Vorrichtung gemäR Fig. 6 und
Fig. 8 eine Fig. 7 entsprechende Darstellung einer Steueranordnung in einer anderen
Ausführungsform.
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Eine in einer Ausführungsform der Erfindung in Fig. 3 dargestellte
Verteilervorrichtung hat ein zylindrisch/ /trichterförmiges Gehäuse 52 mit einer
an einer Bodenöffnung angeschlossenen Leitung 50 für den Eintrag eines mit Staubkohle
befrachteten Gasstroms in Richtung des Pfeils 51. Das Gehäuse 52 hat eine kreisförmige
obere Wand 53 und eine zylindrische Umfangswand 54. Der aufwärts strömende, mit
der Staubkohle befrachtete Gasstrom beaufschlagt den Mittelpunkt der Innenfläche
53a der oberen Wand 53 und wird dadurch radial aufgeteilt, so daß die Staubkohle
dann entlang der Innenfläche 54a der Um-
fangswand 54 abwärts strömt.
In einer bestimmten Höhe unterhalb der oberen Wand 53 ist die Umfangswand von einer
kreisförmigen Reihe von in gegenseitigen abständen angeordneten oeffnungen durchsetzt,
an denen jeweils das eine Ende einer Verteilerleitung 55 ngeschlossen ist.
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Gemäß einem besonderen Merkmal der Erfindung ist in jede Verteilerleitung
55 ein Rohrstutzen 57 eingesetzt, dessen freies Ende radial in das Gehäuse 52 hineinragt.
Die sich entlang der Innenfläche der Umfangswand 54 abwärts bewegende Staubkohle
strömt durch die Rohrstutzen 57 hindurch in die jeweiligen Verteilerleitungen 55,
wie in Fig. 3 durch Pfeile angedeutet.
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Da die Konzentration der Staubkohle im Gasstrom in Radialrichtung
des Verteilers, wie vorstehend bereits angedeutet, gewissen Änderungen unterliegt,
ist es zur Erzielung einer gleichmäßigen Verteilung der Staubkohle notwendig, die
Menge der in die einzelnen Verteilerleitungen 55 einströmenden Menge der Staubkohle
zu korrigieren bzw. auszugleichen. Zu diesem Zweck sind die Rohrstutzen 57 axialverschieblich,
d.h. also in bezug auf das Gehäuse 52 radial bewegbar in den Verteilerleitungen
55 geführt, so daß ihre in das Gehäuse 52 hineinragende Länge je nach Bedarf einstellbar
ist.
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Für das Einstellen der hervorstehenden Länge der Rohrstutzen 57 gibt
es verschiedene, nachstehend anhand von Beispielen erläuterte Möglichkeiten: (1)
Eine Möglichkeit besteht darin, die Beziehungen zwischen der hervorstehenden Länge
der Rohrstutzen und der Menge der in die jeweilige Verteilerleitung 55 einströmenden
Staubkohle oder zwischen der hervorstehenden Länge und dem Verteilungsverhältnis,
d.h. dem Verhältnis zwischen der Soll-Verteilung der Staubkohle zur Ist-Verteilung
derselben vor der Verwendung der Rohrstutzen 57 zu bestimmen und die hervorstehende
Lange dann in Übereinstimmung mit der Menge der Staubkohle oder mit dem Vertei-
lungsverhältnis
einzustellen.
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(2) Eine zweite Nöglichkeit besteht darin, die Differenz zwischen
der tatsächlich in die einzelnen Verteilerleitungen 55 eintretenden Menge der Staubkohle
und einer vorbestimmten Sollmenge zu bestimmen und die hervorstehende Länge der
Rohrstutzen 57 so einzustellen, daß diese Differenz gegen Null tendiert, (3) eine
weitere Möglichkeit besteht darin, die Differenz zwischen dem vor dem Austritt sende
jeder Verteilerleitung 55 etwa in einem Hochofen herrschenden Druck und dem im Verteilergehäuse
52 herrschenden Druck sowie die Abweichung dieser Differenz von einem vorbestimmten
Sollwert zu bestimmen und die hervorstehende Länge in Abhängigkeit von der Beziehung
zwischen dieser Abweichung und einer durch praktische Betriebs erfahrung bekannten
ouantitativen Änderung der Verteilung der Staubkohle so einzustellen, daß die Abweichung
gegen Null tendiet.
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(4) Schließlich können auch zwei oder mehr der vorstehend unter (1)
bis (3) genannten Möglichkeiten miteinander kombiniert werden. Dabei kann die hervorstehende
Länge der Rohrstutzen einmalig von Hand eingestellt oder je nach Bedarf fortlaufend
automatisch verstellt werden.
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Bei einer einmaligen Einstellung der hervorstehenden Länge der Rohrstutzen
57 von Rand kann die gewählte Einstellung mittels einer Feststelleinrichtung gesichert
werden. Für das Einstellen der hervorstehenden Länge, sei es von Hand oder automatisch,
kann ein Antrieb, z.B.
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ein Motor oder ein über ein Magnetventil betätigbarer Druckmittelzylinder,
verwendet werden, welcher direkt oder über geeignete Übertragungseinrichtungen,
z.B. einen Schneckentrieb, einen Zahnstangentrieb oder ein Schubgetriebe, mit dem
Rohrstutzen 57 verbunden ist.
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In der Ausführungsform nach Fig. 3 ist jeder Rohrstutzen 57 mittels
eines Verriegelungsstifts 58 an der åeweiligen e Leitung 55 befestigt. Die hervorstehende
Länge ergibt sich für jeden Rohrstutzen 57 aus den grafisch in Fig. 4 und 5 dargestellten
Daten. In Fig. 4 bezeichnet die gestrichelte Linie Y die Verteilung Pi (wij) der
Staubkohle auf die achtunddreißig Blasdüsen eines Hochofens bei Verwendung von Verteilerleitungen
ohne die verstellbaren Rohrstutzen.
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Die um den äußeren Kreis in Fig. 4 herum aufgetragenen Zahlen entsprechen
den Nummern der einzelnen Blasdüsen.
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In Fig. 5 bezeichnet eine Gerade A die Beziehlmgen zwischen der Lage
des inneren Endes eines Rohrstutzens (t - e und dem Verteilungsverhältnis (1/Pi).
Anhand der Geraden A läßt sich die hervorstehende Länge e0 eines Rohrstutzens 57
derart bestimmten, daß für die dem Rohrstutzen zugeordnete Verteilerleitung ein
Verteilungsverhältnis Pi von 1 gilt. Die Verteilung der Staubkohle mittels einer
Vorrichtung, in welcher die hervorstehende Länge der Rohrstutzen wie vorstehend
angegeben ermittelt und eingestellt wurde, ist in Fig. 4 durch die ausgezogene Linie
Z dargestellt. Daraus ist zu ersehen, daß der Pi-Wert für sämtliche die achtunddreißig
Blasdüsen mit Staubkohle speisenden Verteilerleitungen im wesentlichen gleich 1
ist.
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Die Vorrichtung nach Fig. 3 enthält ferner ein koaxial mit der Zuleitung
50 im Gehäuse 52 angeordnetes Steigrohr 59, welches dazu dient, den mit Staubkohle
befrachteten Gasstrom 51 von der Leitung 50 aus auf den Mittelpunkt der Innenfläche
der oberen Wand 53 zu lenken. Damit bewirkt das Steigrohr 59 eine gleichmäßigere
Verteilung der Staubkohle auf die Verteilerleitungen 55, es kann jedoch auch weggelassen
werden.
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Die in ausgedehnten Untersuchungen ermittelten Auswirkungen der in
das Verteilergehäuse hineinragenden Rohrstutzen sind im einzelnen aus Fig. 5 zu
erkennen. In dieser Figur entspricht die Ordinate dem Verteilungsverhältnis
1/Pi,
wobei 1 die Sollverteilun£ und Pi die~Istverteilung (wird) ohne Verwendung der Rohrstutzen
57 darstellt. Die Abszisse zeigt die zur Erzielung der Sollverteilung (1) erforderliche
hervorstehende Länge e in Bezug auf die mittlere hervorstehende Linse £ der Rohrstutzen
57. In der die Verteilung Pi ausdrückenden Formel bedeutet w die mittlere Soll-Strömungsgeschwindigkeit
åeo Staubkohle (in kg/h) in den Verteilerleitungen, und wi bedeutet die Ist-Sbromungsgeschw:i
ndigkeit der Staubkohle in den Leitungen. Entsprechend der Geraden A läßt sich die
hervorstehende Länge C0 für jeden Rohrstutzen 57 bestimmen, indem man die Verteilung
Pi für jede Leitung 55 vor der Verwendung des Rohrstutzens 57 mißt, daraus das Verteilungsverhältnis
(1/Pi) berechnet, die Differenz zwischen der hervorstehenden Länge e des Rohrstutzens
57 und der mittleren hervorstehenden Länge e der Rohrstutzen bestimmt und die mittlere
hervorstehende Länge e (mm) zu der ermittelten Differenz d (Q-e) addiert.
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Fig. 6 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung mit einem axialverschieblich
in einer Verteilerleitung 55 geführten Rohrstutzen 57' und einer Einrichtungen 66
zum Bewegen des Rohrstutzens 57' in Axialrichtung. Die Einstellung der hervorstehenden
Länge des Rohrstutzens 57' kann entsprechend der grafischen Darstellung in Fig.
5 von Hand erfolgen, oder auch automatisch unter Verwendung einer nachstehend anhand
von Fig. 7 oder 8 erläuterten Steueranordnung.
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Ein Innerhalb der Verteilerleitung 55 geführtes Teil des Rohrstutzens
57' ist mit einem Außengewinde a sowie mit einer Führungsnase b versehen. Die Leitung
55 hat eine ihre Wandung durchsetzende Öffnung 55a und eine Führungsnut 55b in der
inneren Wandfläche. Die Führungsnut 55b erstreckt sich in Längsrichtung der Leitung
55 und ist zusammen mit der Öffnung 55a nahe dem an der Umfangswand 54 des Gehäuses
52 angeschlossenen Einlaßende der Leitung 55 angeordnet. Die Stelleinrichtung 66
weist ein Ritzel c
auf, welches sich durch die Öffnung 55a hindurch
in Eingriff mit dem Gewinde a befindet, und hat einen nahe der Öffnung 55a an der
Leitung 55 befestigten Motor d, dessen Abtriebswelle mit dem Ritzel c verbunden
ist. Die Führungsnase b ist verschieblich in der Füilrungsnut 55b geführt.
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Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung für die automatische
Einstellung der hervorstehenden Länge der Rohrstutzen. Zu dieser Anordnung gehören:
ein Paar Drucksensoren 60, 61 zum Ermitteln des Drucks in einem Blasrohr eines Hochofens,
in welchem der Auslaß jeweils einer Verteilerleitung 55 mündet, bzw. des im Gehäuse
52 des Verteilers 56 herrschenden Drucks, eine erste Vergleichseinrichtung 62, welche
die von den Sensoren 60 und 61 ermittelten Drücke Pl und P2 mit ein ander vergleicht
und ihre Differenz A Pa bestimmt, eine zweite Vergleichseinrichtung 63, welche die
Druckdifferenz A Pa mit einer vorbestimmten Soll-Druckdifferenz A PO für die Erzielung
einer gewünschten Strömungsgeschwindigkeit der Staubkohle miteinander vergleicht
und die sich daraus ergebende Differenz fl P ( Pa - A PO) bestimmt, ein erster Prozessor
64 für die Berechnung des der Differenz A P entsprechenden Verteilungsverhältnisses
1/P'i in Übereinstimmung mit einer zuvor gespeicherten Beziehung zwischen der Differenz
2 P und dem Verteilungsverhältnis 1/P'i (d.h. dem Verhältnis der Soll-Verteilung
der Staubkohle bei der Soll-Druckdifferenz A PO zur Verteilung der Staubkohle bei
der Differenz Ä ein zweiter Prozessor 65 zum Bestimmen der hervorstehenden Länge
t0 des Rohrstutzens 57 auf der Basis des Verteilungsverhältnisses 1/P'i in Übereinstimmung
mit einer zuvor gespeicherten Beziehung zwischen dem Verteilungsverhältnis 1/P'i
und der hervorstehenden Länge C0 des Rohrstutzens 57', bei welcher das Verteilungsverhältnis
gleich 1 ist, und eine Steuereinheit 67, welche ein Signal an die Stell-
einrichtung
66 sendet, um den Rohrstutzen 57' so zU verstellen, daß dieser um die vom zweiten
Prozessor 65 ermittelte Länge #0 hervorsteht.
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Durch die Einstellung der hervorstehenden Länge des Rohrstutzens 57'
wird die gewünschte Verteilung selbsttätig wieder hergestellt, selbst wenn aufgrund
von Druckdifferenzen zwischen der Blasdüse und dem Gehäuse 52 des Verteilers zwischenzeitliche
Abweichungen auftreten.
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Fig. 8 zeigt eine andere Anordnung für die automatische Einstellung
der hervorstehenden Länge der Rohrstutzen und damit zum Wiederherstellen der gewünschten
Strömungsgeschwindigkeit der Staubkohle in den einzelnen Verteilerleitungen. Zu
dieser Anordnung nach Fig. 8 gehören jeweils ein Strömungsmesser 70 zum Messen der
Strömungsgeschwindigkeit der Staubkohle an jeder Verteilerleiting 55, eine Vergleichseinrichtung
71 zum Vergleichen der durch den Strömungsmesser 70 ermittelten Strömungsgeschwindig
keit Qa mit einer vorbestimmten Soll-Strömungsgeschwin digkeit Qo und zum Berechnen
der sich daraus ergebenden Differenz S Q und eine Steuereinheit 72, welche ein Signal
an die Stelleinrichtung 66 abgibt, um den Rohrstutzen 57', je nachdem, ob eine negative
oder eine positive Differenz A Q vorliegt, soweit zurückzuziehen bzw. vorzustrecken,
daß die Differenz A Q = O wird. Die Stellung des Rohrstutzens 57', aus welcher er
zurückgezogen oder vorgestreckt wird, entspricht dem Punkt 0 auf der Abszisse in
Fig. 5.
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Wie man aus vorstehender Beschreibung erkennt, gewährleistet die erfindungsgemäße
Vorrichtung, welche insbesondere durch die Verwendung von relativ zu dem zylindrischen
Verteilergehäuse in Radialrichtung desselben bewegbaren Rohrstutzen gekennzeichnet
ist, eine gleichmäßige Verteilung von Staubkohle etwa auf die Blasdüsen eines Hochofens
und damit eine gleichmäßige Wärmeverteilung entlang
dem Umfang
des Hochofens selbst bei zeitweiligen Xnderungen der Verteilung oder der Strömungsgeschwindigkeit
der Staubkohle etwa aufgrund von unterschiedlichen Druckverlusten in den einzelnen
Verteilerleitungen, einer Verlagerung des Verteilergehäuses aus seiner waagerechten
Aufstellung, Verlagerung oder Verformung von Verteilerleitungen oder aus anderen
Gründen.
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