DE3723137C1 - Vorrichtung zur Beschickung eines Einschmelzvergasers mit Vergasungsmitteln und Eisenschwamm - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Anpruchs 1.

Derartige Vorrichtungen sind bereits bekannt (DE-PS 30 34 539). Dort ist der Direktreduktions-Schachtofen im Abstand über und fluchtet zu dem Einschmelzver­ gaser angeordnet. Im unteren Bereich des Schacht­ ofens sind in waagerechter Anordnung senkrecht durch die Umfangswandung desselben geführt eine Mehr­ zahl von sternartig angeordneten Austragsvorrich­ tungen in Form von Schneckenförderern vorgesehen, die den Eisenschwamm über zugehörige Fallrohre aus diesem Bereich des Schachtofens austragen, von wo er über die Fallrohre unmittelbar in den Einschmelz­ vergaser abgegeben wird. Hierfür enden die Fallrohre im Topbereich des Einschmelzvergasers zentrisch um dessen Mittelachse und im Abstand hiervon und zueinander angeordnet. Unmittelbar neben den Ein­ laßstutzen dieser Verbindungsleitungen befinden sich dort auch die Einlaßöffnungen für das Vergasungs­ mittel, vorzugsweise Kohle, sowie gleichfalls die Auslässe für das Reduktionsgas bzw. das den Ein­ schmelzvergaser verlassende Rohgas.

Durch die Fallrohre ist der Einschmelzvergaser direkt mit dem Reduktions-Schachtofen verbunden. Auf diesem Wege gelangt neben dem unentstaubten Vergasergas eine große Staubmenge in den Reduktions-Schachtofen. Um die Staubmenge zu reduzieren und die daraus resultierenden Probleme zu begrenzen, wird der Eintritt des Reduktionsgases zum Reduktions- Schachtofen mindestens 2 m oberhalb der Förder­ schnecken eingebracht, wobei die Schüttung in diesem Bereich als Gassperre dient. Dadurch ist die Höhe des Reduktions-Schachtofens ca. 2 m größer als unbedingt erforderlich.

Dadurch, daß die Förderschnecken in ihrer radialen Anordnung in die senkrecht verlaufenden Wandungs­ abschnitte im unteren Bereich des Reduktions- Schachtofens einmünden, ergibt sich zwischen der hierdurch definierten Ebene innerhalb des Ofenschachtes und seinem darunterliegenden Ofenboden ein Totraum, aus dem heraus der Eisen­ schwamm nicht gefördert wird, also in unwirt­ schaftlicher Weise am Verfahrensablauf nicht teilnimmt. Dieser Totraum vergrößert zwangs­ läufig auch den Abstand zwischen dem Schacht­ ofen und dem darunter angeordneten Einschmelz­ vergaser, und verlängert so die Verbindungs­ leitungen zwischen den Austragsenden der För­ derschnecken und dem Einschmelzvergaser. Diese nicht unerhebliche Länge der Verbindungsleitungen bzw. Fallrohre (ca. 10 m bei einer Anlage von 300 000 t/Jahr) zwischen Schachtofen und Ver­ gaser kann für die Bewegung des Eisenschwamms durch diese Fallrohre hindurch zu undefinier­ ten Bedingungen führen, da einerseits die Eisen­ partikel vom Austragsende der Förderschnecken un­ mittelbar an die Ofenwandung des Schachtofens an­ schließend bis zum Einlaßende der Fallrohre in den Vergaser praktisch im freien Fall (bei geringeren Fördermengen) beschleunigt werden können, um dann mit bereits großer Geschwindig­ keit in den Einschmelzvergaser und in dessen unteres Kohlefließbett einzudringen, während es andererseits bei größeren Fördemengen durch die Schneckenförderer infolge des im Gegenstrom zur Bewegungsrichtung der Eisenpartikel durch die Verbindungsleitungen strömenden heißen Re­ duktionsgases zum Zusammenbacken der Eisenpar­ tikel bereits in der Verbindungsleitung kommen kann. Auch hat sich herausgestellt, daß eine gleichmäßige Verteilung und Vermischung der Beschickung des Einschmelzvergasers zwischen Vergasungsmitteln und heißem Eisenschwamm im Bereich des Kohlefließbettes bei dieser An­ ordnung nicht gewährleistet ist oder zumindest nicht ausreichend befriedigend sichergestellt werden kann. Diese Inhomogenität in der Be­ schickung macht sich insbesondere in der Verga­ sermitte nachteilig bemerkbar.

Dadurch, daß im Topbereich des Einschmelzver­ gasers die Auslässe für das Rohgas unmittelbar neben den Einlässen für das Vergasungsmittel einerseits und dem Eisenschwamm andererseits liegen, ist die Staubentwicklung unmittelbar an den Reduktionsgasauslässen besonders hoch und entsprechend hoch auch die Belastung des Rohgases mit Feinstaub. Dadurch, daß die Aus­ tragsvorrichtungen in Förderrichtung des Eisen­ schwammes vor den Fallrohren, zwischen dem Schachtofen und dem Einschmelzvergaser, nämlich unmittelbar in den seitlichen Wandungen des Ofens angeordnet sind, ergibt sich eine volu­ menmäßige Zwangssteuerung der durch die Fall­ rohre hindurchtretenden Eisenschwammenge, was zu erheblichen Verschleißerscheinungen der Fall­ rohre führt. Letztlich begrenzen sich auch die Förderleistungen der Förderschnecken hier­ durch, wie auch durch die Tatsache, daß diese nur einseitig gelagert sind, so daß allein auch hierdurch eine Begrenzung der Größe und der Effektivität der Gesamtanlage gegeben ist.

Hier setzt die vorliegende Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiter zu verbessern, daß die durch die erhebliche Länge der Verbindungsleitungen zwischen Schacht­ ofen und Vergaser und die Art ihrer Anschlüsse im unteren Bereich des Schachtofens wie auch im Top­ bereich des Vergasers sich, wie vorstehend be­ schrieben, ergebenden Nachteile vermieden werden.

Die Lösung dieser Aufgabe wird bei der Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 gege­ benen Merkmale erreicht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieser Aufgabenlösung ergeben sich aus den Unter­ ansprüchen.

Dadurch, daß die Verbindungsleitungen für den Aus­ trag des Eisenschwamms aus dem Direktreduktions- Schachtofen in dessen untersten Bodenbereich senkrecht einmünden, kann das bisher durch den Schneckenaustrag in seitlicher Richtung als unver­ meidlich angesehene Totvolumen für den Eisenschwamm im Schachtofen vollständig vermieden und der Schachtofen zumindest um diesen Betrag näher am Einschmelzvergaser in Stellung gebracht werden. Die Länge der Verbindungsleitungen verkürzt sich damit nicht unerheblich, und es besteht eine größere, den Bedürfnissen vorteilhafter anpaß­ bare Variationsmöglichkeit für die direkte Füh­ rung der Verbindungsleitungen zwischen Schacht­ ofen und Vergaser mit der Möglichkeit einer gleich­ mäßigeren Verteilung und Vermischung der dem Ein­ schmelzvergaser zugeführten Möllerung insbesondere auch bezogen auf die Vergasermitte.

Die nahe um die Längsachse des Einschmelzvergasers konzentrierten und damit praktisch zusammengefaßten Einlässe für die Vergasungsmittel einerseits und den heißen Eisenschwamm andererseits führen dazu, daß der Staubanteil, der vorwiegend im Eingabe­ bereich des Kohle- bzw. Koksstaubs anfällt, von dem eintretenden Eisenschwamm gewissermaßen adsor­ biert und mitgerissen wird, wodurch die Stauban­ reicherung, insbesondere im Topbereich des Ein­ schmelzvergasers, erheblich reduziert werden kann. Der Staubanteil, der mit dem Rohgas durch die Gas­ auslässe im Einschmelzvergaser abgeführt wird, ver­ ringert sich demgegenüber noch weiter, da der Ab­ stand zwischen den Reduktionsgasauslässen und den zentrisch zusammengefaßten Einlaßöffnungen für die Vergasungsmittel und den heißen Eisenschwamm bei der gewählten Anordnung wesentlich weiter aus­ einander liegen, als das bei der bekannten Vor­ richtung der Fall sein konnte.

Dadurch, daß die Förderschnecken nicht mehr unmittel­ bar am Direktreduktions-Schachtofen und damit in Be­ bewegungsrichtung des heißen Eisenschwammens vor den Fallrohren angeordnet sind, sondern am Ende dieser Verbindungsleitungen unmittelbar vor dem Eintritt des Eisenschwamms in den Einschmelzvergaser, wird die Belastung der Fallrohre, wie auch des Reduk­ tionsaggregates mit dem vorerwähnten Feinstaub noch zusätzlich herabgesetzt, da dieser Staub bereits am Anfang in den Schneckengängen der Austrags­ vorrichtung abgeschieden und von dort unmittel­ bar auf kürzestem Wege jeweils sofort in den Vergaser zurückbefördert wird. Der Reduktions- Schachtofen wird um ca. 2 m kürzer, da die Staub- und Gassperre zwischen Förderschnecken und Gasein­ tritt nicht mehr erforderlich ist. Die sich durch das Hindurchziehen des heißen Eisenschwammes durch die Verbindungsleitungen ergebende geringe Sinkgeschwin­ digkeit in diesen Rohren, von ca. 0,003 m bei 4 Fallrohren mit einem lichten Durchmesser von 0,8 m, führt zu einer starken Herabsetzung der bisher be­ obachteten Verschleißerscheinung dieser Fallrohre. Die kürzeren und/oder im Durchmesser geringer aus­ geführte Förderschnecken werden weniger Energie be­ nötigen, was einen weiteren Vorteil dieser Anord­ nung mit sich bringt.

Verringerung der Bauhöhe der Gesamtanlage, Ver­ kleinerung des Schachtofenvolumens, geringere Reparaturanfälligkeit und sicherere Arbeitsweise der Förderschnecken führen zu wirtschaftlicherer Arbeitsweise bei verringeten Investitionen.

Anhand der Zeichnung, die zwei bevor­ zugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Längsschnitt schematisiert und teilweise wieder­ gibt, soll die vorliegende Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch eine er­ findungsgemäße Vorrichtung, bei der die Einlässe für das Ver­ gasungsmittel und den heißen Eisenschwamm in einen Kuppel­ aufsatz einmünden und

Fig. 2 eine Darstellung gemäß Fig. 1, bei der anstelle des Kuppelauf­ satzes kurze zusätzliche Rohr­ stutzen vorgesehen sind, die die Schneckenförderer mit dem Inneren des Einschmelzvergasers in dessen Topbereich verbinden.

Der Direktreduktions-Schachtofen ist in der schema­ tisierten Zeichnung, nur in bezug auf seinen unteren Bodenbereich angedeutet, während der Einschmelzver­ gaser 2 auf die Darstellung seines obersten Behäl­ terbereiches beschränkt ist. Die im wesentlichen senkrecht zwischen dem Direktreduktions-Schachtofen 1 und dem Einschmelzvergaser 2 angeordneten Verbin­ dungsleitungen 4, münden direkt im waagerecht oder leicht gewölbt ausgebildeten Boden des Schacht­ ofens. Von den Verbindungsleitungen 4 sind in der Schnittdarstellung jeweils nur zwei wiedergege­ ben, in bekannter Weise ist jedoch eine Mehrzahl solcher Fallrohre im Abstand zueinander entlang eines Kreisringes, dessen Mittelpunkt die Längs­ achse des Schachtofens bildet, angeordnet. Unab­ hängig vom Abstand der Auslässe 8 für den Eisen­ schwamm von dieser Mittelachse enden die Ver­ bindungsleitungen 4 jeweils entfernt von den senkrechten Seitenwandungen des Schachtofens, und mit ihrem dem Auslaß 8 entfernt liegenden Ende im Einlaßbereich einer zugehörigen Austrags­ vorrichtung 7 in Form einer Förderschnecke für jede Verbindungsleitung 4. Die Förderschnecken sind sternartig, bezogen auf die Längsachse des Schachtofens 1 bzw. des Einschmelzvergasers 2, in radialer Richtung waagerecht angeordnet und verbinden die Fallrohre vom Schachtofen hin zu Einlässen 9 in den Einschmelzvergaser 2.

Die Mindestlänge der Verbindungsleitungen 4 sollte so gewählt werden, daß die von ihnen aufgenom­ mene Eisenschwamm-Schüttsäule der Druckdifferenz zwischen dem Schachtofen und dem Vergaser stand­ hält, d. h. als Sperrorgan zwischen diesen dient. Diese Mindestlänge sollte mindestens 2 m betragen. Weiterhin sollte der Innendurchmesser der Verbindungs­ leitungen 4 so bemessen sein, daß Brückenbildungen durch den Eisenschwamm mit Sicherheit ausgeschlos­ sen sind. Es werden daher vorzugsweise Innendurch­ messer von mindestens 0,5 m, z. B. 0,8 m verwendet.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist auf den Top­ bereich des Einschmelzvergasers 2, also den oberen Abschluß desselben, zentrisch zur und in Richtung der genannten Längsachse ein Kuppelaufsatz 5 vorge­ sehen, der eine glockenartige Erweiterung des Ein­ schmelzvergasers an dieser Stelle vorgibt. Wiederum hierzu mittig und senkrecht auf den Kuppelaufsatz 5 führt in diesen, in der dargestellten Weise, die Einlaßöffnung 3 für das Vergasungsmittel, also Kohle, Koks oder dgl., während die Einlässe 9, die unmittelbar die Austragsöffnungen der Schneckenför­ derer 7 bilden, senkrecht hierzu stehen und damit in den Bereich der zylindrischen Seitenwand des Kuppel­ aufsatzes 5 münden. In bezug auf den Kuppelaufsatz 5 und damit die Einlaßöffnungen 9 und 3 relativ weit entfernt befindet sich im Topbereich der Einschmelz­ vergaserwandung die wiederum kreisbogenförmige An­ ordnung der Auslässe 6 für das Roh- bzw. Reduk­ tionsgas.

Die Eintrittsgeschwindigkeit des Eisenschwamms in den Einschmelzvergaser 2 wird durch die seitliche Einbringung desselben unmittelbar durch die Schnec­ kenförderer 7, d. h. allein durch deren Austrag be­ stimmt, wobei die Sinkgeschwindigkeit des Eisen­ schwamms innerhalb der Fallrohre 4 hierfür keine Rolle mehr spielt. Die mittige innerhalb des Kuppel­ aufsatzes 5 zusammengefaßte Zugabe sowohl des Ver­ gasungsmittels über die Einlaßöffnung 3 als auch des heißen Eisenschwamms über die Austragsvor­ richtung 7 konzentriert die Staubbildung von Kohle, Koks oder dgl. innerhalb dieses Kuppelaufsatzes 5, der dann zwangsläufig durch den Eisenschwamm weiter in den Innenraum des Einschmelzvergasers mitgerissen wird. Der Eisenschwamm fällt zusammen mit dem Vergasungsmittel weitgehend zentrisch in das Kohlefließbett oder auch ein Festbett des Ein­ schmelzvergasers 1, von wo aus automatisch eine weit­ gehend homogene Teilung erfolgt. Vom zentrischen Fallbereich der Kohle und des Eisenschwammes, zwar noch im Topbereich des Einschmelzvergasers ange­ ordnet, aber ausreichend entfernt, liegen die ein staubarmes Rohgas aus dem Innenraum des Vergasers ausbringenden Auslässe 6.

Für den Fall, daß der waagerechte Querschnitt des Einschmelzvergasers nicht wie allgemein üblich rund ausgebildet ist, sondern oval oder eine andere Formgebung besitzt, können mehrere solcher Kuppel­ aufsätze 5 im Topbereich einer solchen Vergaserform angeordnet werden.

In der Ausführungsform nach Fig. 2 wird auf einen Kuppelaufsatz verzichtet, wobei unter Beibe­ haltung der senkrechten Auslässe 8 im Boden des Direktreduktions-Schachtofens 1 für die Verbin­ dungsleitungen 4 deren den Auslässen 8 ent­ gegengesetztes Ende in radial zur Längsachse und waagerecht angeordneten Austragsvorrichtungen 7 mündet. Die als Schneckenförderer ausgebildeten Austragsvorrichtungen 7 entsprechen ansonsten in Anordnung und Ausführung denjenigen nach Fig. 1. Die Austragsenden der Schneckenförderer nach der Ausbildung gemäß Fig. 2 münden in kurze abge­ winkelte, jedoch im wesentlichen senkrechte Vorstutzen 10 ein, die über eine sehr kurze Distanz in den Innenraum des Einschmelzvergasers 1 ein­ münden. Mittig zu den im zentrischen Topbereich des Einschmelzvergasers auf einem Kreis angeord­ neten Rohrstutzen 10 befindet sich fluchtend und in Richtung der Längsachse des Einschmelzvergasers 2 bzw. des Direktreduktions-Schachtofens 1 die Ein­ laßöffnung 3 für das Vergasungsmittel. Auch hier kann die Anordnung wieder so getroffen werden, daß der Abstand zwischen der Einlaßöffnung 3 und den um diese herum angeordneten Einlässen der Rohr­ stutzen 10 klein gegenüber dem Abstand zu den Auslässen 6 für das Roh- bzw. Reduktionsgas ist. Damit ergeben sich äquivalente Vorteile zu der Ausführungsform gemäß Fig. 1. Auch hier vermindert sich insbesondere durch starke Zugabe des Eisen­ schwammes über die Schneckenförderer die Eintritts­ geschwindigkeit in den Vergaser, was zu längeren Verweilzeiten des Eisenschwammes in der heißen aus Koks- und/oder Kohlestücken gebildeten Wirbelschicht im Vergaser führt. Für den Fall, daß ein Festbett­ vergaser zur Anwendung kommt, gilt dieses ent­ sprechend, was letztlich ein besseres Aufschmel­ zen des Eisenschwamms sicherstellt.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Beschickung eines Ein­ schmelzvergasers von oben mit Vergasungsmitteln und Eisen­ schwamm, der aus einem oberhalb des Einschmelzverga­ sers angeordneten Direktreduktions-Schachtofen ausge­ tragen wird, bestehend aus Ein- und Auslässen im unteren Teil des Schachtofens und im oberen Bereich des Vergasers, aus wenigstens einem zentrisch zur Längsachse des Schachtofens und/oder des Vergasers verlaufenden Austragsrohr zwischen dem Schacht­ ofen und dem Vergaser, und aus senkrecht zur Längs­ achse in Austragsrichtung hinter dem Austragsrohr angeordneten Austragsorganen für den Eisenschwamm, dadurch gekennzeichnet,
daß die Austragsrohre (4) für den Austrag des Eisenschwamms aus dem Direkt­ reduktions-Schachtofen (1) in einen unteren, im wesentlichen waagrecht verlaufenden Boden des Schacht­ ofens wenigstens annähernd senkrecht einmünden,
daß die Austragsvorrichtungen (7) an den Einlässen (9, 10) in den Einschmelzvergaser angeordnet sind, und
daß der Einlaß (3) für das Vergasungsmittel in der Längsachse des Einschmelzvergasers (2) unmittelbar benachbart zu den Einlässen (9, 10) liegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in den Einschmelzvergaser (2) die Einlässe (9) für den Eisenschwamm und die mittige Einlaßöffnung (3) für das Vergasungsmittel inner­ halb eines Kuppelaufsatzes (5) des Einschmelzvergasers (2) einmünden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einlässe (9) senkrecht zur Längsachse des Vergasers (2) und der Einlaß (3) zentrisch in der Längsachse des Einschmelz­ vergasers und damit auch des Kuppelaufsatzes (5) einmünden.

4. Vorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den senkrecht zur Längsachse des Vergasers (2) verlaufenden Einlässe (9) Austragsvorrich­ tungen (7) enden, in deren von den Einlässen (9) entfernt liegenden Abschnitten die Verbindungs­ leitungen (4) einmünden.

5. Vorrichtung nach Anpruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen dem Austragsende der am Ende der Verbindungsleitungen (4) vorgesehenen Austragsvorrichtungen (7) und dem Einlaß (9) in den Einschmelzvergaser (2) im wesentlichen senkrecht verlaufende kurze Rohrstutzen (10) an­ geordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungs­ leitungen (4) als Sperrorgane dienend eine solche Mindestlänge besitzen, daß die von ihnen aufgenommene Eisenschwammsäule die Druckdifferenz zwischen Direktreduktions-Schachtofen (1) und Einschmelzvergaser (2) ausgleicht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verbindungsleitungen (4) eine Mindestlänge von 2 m besitzen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ bindungsleitungen (4) eine eine Brückenbildung durch den Eisenschwamm ausschließende lichte Weite haben.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verbindungsleitungen (4) einen lichten Durchmesser von mindestens 0,5 m aufweisen.