DE4136274A1 - Verfahren und vorrichtung zum schutz einer in einer heisswindleitung eines hochofens angeordneten einblasvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 5.

Einblaslanzen, mit denen Kohlenstaub als Ersatzbrennstoff, beispielsweise für stückigen Koks und Heizöl, mittels eines Trägergases in die Heißwindleitung eines Hochofens einge­ blasen wird, werden seit langem bei der Verhüttung von Ei­ senerzen eingesetzt (Stahl und Eisen 110, 1990, S. 35 bis 40). Seit kurzem werden Bemühungen angestellt, durch Ein­ blasen von Sauerstoff oder eines sauerstoffhaltigen Gases zusammen mit dem von einem Trägergas mitgeführten Kohlen­ staub die bislang möglichen maximalen Einblasmengen an Koh­ lenstaub zu erhöhen.

Dies führt in Verbindung mit der etwa 1200°C betragenden Heißwindtemperatur zu einer starken Rückbrandneigung im Mündungsbereich der Einblaslanze.

Aus der US-PS 37 58 090 ist eine Anordnung bekannt, mit der eine in die Heißwindleitung eines Hochofens eingesetzte Einblaslanze zum Einblasen von Brennstoff gekühlt werden kann. Die bekannte Einblaslanze besteht aus einem zentralen Rohr, das zur Zuführung von Heizöl dient. Das zentrale Rohr wird konzentrisch von einem mehrwandigen äußeren Rohr umge­ ben, in dem Sauerstoff zugeführt wird, der zur Zerstäubung und Verbrennung des aus dem zentralen Rohr austretenden Heizöls dient. Zur Kühlung weist das äußere Rohr einen Kühlmittelkanal auf, der über einen Zuführstutzen und einen Abführstutzen eine Kühlmittelzirkulation im äußeren Rohr ermöglicht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Ver­ fahrens verfügbar zu machen, die eine stärkere, den Rück­ brand vermindernde Kühlung der Einblaslanze ermöglichen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gekennzeichnet.

Bei einer Zweirohrlanze erfolgt das Einblasen des Kohlen­ staubs durch den zentralen Kanal und das Einblasen eines Gemisches aus sauerstoffhaltigem Gas und dem Kühlfluid durch einen, den zentralen Kanal umgebenden Ringkanal.

Bei einer Dreirohrlanze wird Kohlenstaub durch den zentra­ len Kanal, sauerstoffhaltiges Gas durch den inneren und das Kühlfluid durch den äußeren Ringkanal eingeblasen. Hier­ durch ist eine voneinander unabhängige Drucksteuerung für das sauerstoffhaltige Gas und das Kühlfluid möglich.

Als besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn als Kühl­ fluid Wasser verwendet wird, das mittels eines Trägergases zerstäubt als Sprühnebel eingeblasen wird. Infolge der Zer­ stäubung des Wassers bilden sich Mikrotropfen, die zumin­ dest teilweise Kontakt mit der zu kühlenden Rohrwandung ha­ ben und aufgrund ihrer Verdampfungsenthalpie einen beson­ ders effektiven Anteil an der Gesamtkühlung liefern, die im übrigen durch einen Wärmeübergang von der Rohrwandung auf das vorbeiströmende Kühlfluid, das aus dem Wasser und dem Trägergas gebildet ist, erfolgt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist durch die Merkmale des Anspruchs 5 gekennzeichnet.

Anhand der nachfolgenden Zeichnungen werden die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Einblasvorrichtung zur Durchführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens, die in eine Heißwindlei­ tung eines Hochofens eingesetzt ist;

Fig. 2 eine Einblaslanze einer gemäß Fig. 1 in eine Heiß­ windleitung eines Hochofens eingesetzten Einblas­ vorrichtung in einem Längsschnitt;

Fig. 3 die Einblaslanze gemäß Fig. 2 in einem Querschnitt längs dem Schnittlinienverlauf III-III in Fig. 2;

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform einer Einblaslanze im Längsschnitt;

Fig. 5 einen Querschnitt der Einblaslanze gemäß Fig. 4 längs dem Schnittlinienverlauf V-V in Fig. 4;

Fig. 6 eine gemäß Fig. 1 in die Heißwindleitung eines Hochofens eingesetzte Einblasvorrichtung mit einer in einer Aufnahmeeinrichtung aufgenommenen Einblas­ lanze.

Fig. 1 zeigt eine Einblasvorrichtung 10 mit einer Einblas­ lanze 11 und einer Aufnahmeeinrichtung 12 zur Aufnahme der Einblaslanze 11 in einer Außenwandung 13 einer Heißwindlei­ tung 14.

Die Heißwindleitung 14 dient der Zuführung von etwa 1200°C heißer Luft in den Innenraum eines hier nicht näher darge­ stellten Hochofens. Die Heißwindleitung 14 mündet in eine wassergekühlte Windform 15, die von einem wassergekühlten Windformeinsatz 16 aufgenommen wird. Der Windformeinsatz 16 ist in eine Wandung 17 des Hochofens eingesetzt.

Die Einblasvorrichtung 10 dient zum Einblasen von Kohlen­ staub in die Heißwindleitung 14 des Hochofens. Der aus der Einblaslanze 11 in den Heißwind austretende Kohlenstaub wird durch den Heißwind erhitzt und spätestens bei Eintritt in den Hochofen gezündet.

Die Fig. 2 und 3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der Einblaslanze 11. Sie besteht aus einem zentralen Innenrohr 18, zu dem ein Außenrohr 19 konzentrisch angeordnet ist. Das Innenrohr 18 bildet einen zentralen Kanal 20 und das Außenrohr 19 durch eine radiale Beabstandung zum Innenrohr 18 einen Ringkanal 21 (Fig. 3). Das Innenrohr 18 ist mit einem Einlaß 22 zur Zuführung eines Gemisches aus einem Trägergas und Kohlenstaub versehen. Das Außenrohr 19 weist zwei durch eine Scheidewand 23 voneinander getrennte Ein­ lässe 24, 25 auf, wobei der zu einem geschlossenen Rohrende 26 hin gelegene Einlaß 24 zur Zuführung von Wasser und der benachbarte Einlaß 25 zur Zuführung von Sauerstoff dient.

Die in den Fig. 2 und 3 dargestellte Einblaslanze 11 kann zur Durchführung des an sich bekannten Verfahrens verwendet werden, durch das zentrale Innenrohr 18 mittels eines Trä­ gergases Kohlenstaub einzublasen und zur besseren Verbren­ nung des Kohlenstaubs durch den Ringkanal 21 Sauerstoff zu­ zuführen.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nun dem im Ring­ kanal 21 geführten Sauerstoff Wasser durch den Einlaß 24 hinzugegeben, so daß das Wasser durch den an der Scheide­ wand 23 vorbeiströmenden Sauerstoff mitgerissen und unter Bildung feiner Mikrotropfen zerstäubt wird. Der auf diese Weise gebildete Sprühnebel aus Sauerstoff und Wasser dient sowohl zur Verbrennung des aus dem Kanal 20 austretenden Kohlenstaubs als auch zur Kühlung der Rohrwandungen des In­ nenrohrs 18 und des Außenrohrs 19 einschließlich des Aus­ trittsquerschnitts 27 der Einblaslanze 11, der, wie in Fig. 1 dargestellt, dem Heißwindstrom in der Heißwindleitung 14 ausgesetzt ist.

Bei der erläuterten Verfahrensvariante des erfindungsge­ mäßen Verfahrens dient somit der Sauerstoff nicht nur der besseren Verbrennung des Kohlenstaubs, sondern auch als Trägergas für das zerstäubte Wasser.

Die Fig. 4 und 5 zeigen eine Einblaslanze 28 zur Durch­ führung einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens. Die Einblaslanze 28 besteht aus einem zentralen Innenrohr 29, einem Mittelrohr 30 und einem Außenrohr 31. Das Innenrohr 29 und das Mittelrohr 30 sowie das Außenrohr 31 sind konzentrisch und mit radial voneinander beabstande­ ten Rohrwandungen angeordnet. Das Innenrohr 29 bildet einen zentralen Kanal 32; das Innenrohr 29 und das Mittelrohr 30 einen inneren Ringkanal 33; das Mittelrohr 30 und das Au­ ßenrohr 31 einen äußeren Ringkanal 34. Das Innenrohr 29 weist an seinem geschlossenen Rohrende 35 einen Einlaß 36 zur Zuführung eines Gemisches aus einem Trägergas und Koh­ lenstaub auf. Das Mittelrohr 30 weist im Bereich seines ge­ schlossenen Rohrendes 37 einen Einlaß 38 zur Zuführung von Sauerstoff auf. Das Außenrohr 31 weist schließlich im Be­ reich seines geschlossenen Rohrendes 39 einen unmittelbar am Rohrende angeordneten Einlaß 40 zur Zuführung von Wasser und einen hierzu benachbarten, durch eine Scheidewand 41 abgeteilten Einlaß 42 zur Zuführung von Luft als Trägergas auf.

Bei dieser Einblaslanze wird durch den zentralen Kanal 32 Kohlenstaub, suspendiert in einem Trägergas, durch den in­ neren Ringkanal 33 Sauerstoff und durch den äußeren Ringka­ nal 34 ein Sprühnebel aus Wasser mit Luft als Trägergas eingeblasen.

Die getrennte Zuführung des Kühlfluids und des Sauerstoffs ermöglicht eine voneinander unabhängige Steuerung der Aus­ trittsmengen dieser Medien.

Fig. 6 zeigt die Einblasvorrichtung 10 mit der Aufnahmeein­ richtung 12 zur Aufnahme der Einblaslanze 11 beziehungswei­ se 28.

Die Aufnahmeeinrichtung 12 weist einen Anschlußbereich 44 auf, mit dem sie in eine Anschlußöffnung 45 der Außenwan­ dung 13 der Heißwindleitung 14 eingesetzt ist. Die Einblas­ lanze 11 bzw. 28 ist in ihrer Längsrichtung in die Aufnah­ meeinrichtung 12 einschiebbar und wird im eingeschobenen Zustand in zwei Aufnahmebohrungen 46, 47 der Aufnahmeein­ richtung 12 gehalten. Hierbei ist die Einblaslanze 11, 28 unter spitzem Winkel zur Heißwindströmung in der Heißwind­ leitung 14 ausgerichtet. Die Austrittsöffnung 27, 43 der Einblaslanze 11, 28 befindet sich dabei etwa im Bereich der Strömungsmittellinie der Heißwindströmung.

An den Anschlußbereich 44 der Aufnahmeeinrichtung 12 schließt sich ein der Kontur der Außenwandung 13 der Heiß­ windleitung 14 angepaßter Gehäuseteil 48 an. Der Gehäuse­ teil 48 weist eine Verschließeinrichtung 49 auf, die für einen selbsttätigen Verschluß der Aufnahmebohrung 46 nach Herausnahme der Einblaslanze 11, 28 aus der Aufnahmeein­ richtung 12 sorgt.

Die Verschließeinrichtung 49 besteht aus einem deckelarti­ gen Schließteil 50, das in einer Führungsnut 51 im wesent­ lichen parallel zur Außenwandung 13 der Heißwindleitung 14 verschiebbar geführt ist. Zwischen einem als Anschlag 52 ausgebildeten Nutgrund und einem dem Anschlag 52 zugewand­ ten Endbereich 53 des Schließteils 50 ist eine Druckfeder 54 angeordnet. Der dem Endbereich 53 des Schließteils 50 gegenüberliegend angeordnete Endbereich des Schließteils 50 ist als Schließkante 55 ausgebildet. In Verschieberichtung des Schließteils 50 gesehen ist im Gehäuseteil 48 eine kor­ respondierend zur Schließkante 55 ausgebildete Schließaus­ nehmung 56 angeordnet.

Fig. 6 zeigt die Verschließeinrichtung 49 in geöffnetem Zu­ stand, wobei die Schließkante 55 des Schließteils 50 von der Schließausnehmung 56 durch die Einblaslanze 11, 28 ge­ trennt ist. Hierbei liegt das Schließteil 50 seitlich an der Einblaslanze 11, 28 federgestützt an. Nach Herausnahme der Einblaslanze 11, 28 aus der Aufnahmeeinrichtung 12 wird das Schließteil 50 infolge der durch die Druckfeder 54 wir­ kenden Kraft bis zur Anlage der Schließkante 55 in der Schließausnehmung 56 verschoben, wodurch die Aufnahmeboh­ rung 46 der Aufnahmeeinrichtung 12 verschlossen und ein et­ waiges Austreten von Gasen aus der Heißwindleitung 14 ver­ hindert ist.

Zum Öffnen der Verschließeinrichtung 49 wird die Einblas­ lanze 11, 28 mit ihren Austrittsöffnungen 27, 43 gegen die Schließkante 55 des Schließteils 50 geschoben, so daß - un­ ter Ausnutzung des Keileffekts, da die Schließkante 55 und die Längswandung der Einblaslanze 11, 28 einen spitzen Win­ kel untereinander einschließen - das Schließteil 50 gegen die Wirkung der Druckfeder 54 in Richtung auf den Anschlag 52 verschoben wird und die Einblaslanze 11, 28 in eine be­ triebsbereite Position in der Aufnahmeeinrichtung 12 ge­ bracht werden kann.

Claims (7)

1. Verfahren zum Kühlen einer in eine Heißwindleitung (14) eines Hochofens ragenden Einblaslanze (11, 28) aus we­ nigstens zwei radial im Abstand voneinander angeordneten, konzentrischen Rohren (18, 19; 29, 30, 31), mit einem zen­ tralen Kanal (20; 32) und wenigstens einem Ringkanal (21; 33, 34), wobei durch verschiedene Kanäle Brennstoff und ein sauerstoffhaltiges Gas, vorzugsweise Sauerstoff, zugeführt werden, und ein Kanal ein Kühlfluid führt, dadurch ge­ kennzeichnet, daß durch einen der Kanäle feinkörniger fester Brennstoff, insbesondere Kohlenstaub, eingeblasen und einem weiteren, an der Austrittsseite der Einblaslanze offenen Kanal (21; 34) ein Sprühnebel aus Was­ ser mittels eines Trägergases zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Einsatz einer Zweirohrlanze (11) durch den zentralen Kanal (20) Kohlenstaub eingeblasen und dem, den zentralen Kanal umgebenden Ringkanal (21) ein Sprühnebel aus Wasser mittels eines sauerstoffhaltigen Ga­ ses als Trägergas zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Einsatz einer Dreirohrlanze (28) durch den zentralen Kanal (32) Kohlenstaub und durch den, den zentralen Kanal (32) umgebenden inneren Ringkanal (33) sauerstoffhaltiges Gas eingeblasen wird, und daß dem, den inneren Rinkanal (33) umgebenden äußeren Ringkanal (34) ein Sprühnebel aus Wasser mittels eines Trägergases zugeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß dem Sprühnebel beim Durchströmen des Kanals (21; 34) ein Drall versetzt wird.

5. Einblasvorrichtung mit einer in eine Heißwindlei­ tung (14) eines Hochofens ragenden Einblaslanze (11, 28) aus wenigstens zwei, radial im Abstand voneinander angeord­ neten, konzentrischen Rohren (18, 19; 29, 30, 31), die ei­ nen zentralen Kanal (20; 32) und wenigstens einen Ringkanal (21; 33, 34) begrenzen, von denen einer einen Einlaß (22,; 36) für feinkörnigen festen Brennstoff, insbesondere Koh­ lenstaub und einer einen Einlaß (24/25; 40/42) für ein Kühlfluid aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (21, 34) für das Kühlfluid an der Austritts­ seite der Einblaslanze (11, 28) offen ist und an der Ein­ trittsseite als Sprüheinrichtung mit einem Wassereinlaß (24; 40) und einem Trägergaseinlaß (25; 42) ausgebildet ist.

6. Einblasvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Einblaslanze (11, 28) auswechselbar in einer Aufnahmeeinrichtung (12) in einer Außenwandung (13) der Heißwindleitung (14) angeordnet ist.

7. Einblasvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeeinrichtung (12) mit einer die Außenwandung (13) der Heißwindleitung (14) bei Herausnahme der Einblaslanze (11, 28) selbsttätig verschließenden Verschließeinrichtung (49) versehen ist.