DE4313662A1

DE4313662A1 - Verfahren zur Nutzung der im Schachtofen-Gichtgas enthaltenen Energie

Info

Publication number: DE4313662A1
Application number: DE4313662A
Authority: DE
Inventors: Paul Van Dr Ackeren; Karl-Heinz Dr Schmitz
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1993-01-25
Filing date: 1993-04-21
Publication date: 1994-07-28
Anticipated expiration: 2013-04-22
Also published as: DE4313662C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nutzung der im Schachtofen- Gichtgas, insbesondere im Kupolofen-Gichtgas enthaltenen Energie.

Wegen der pyrophoren Eigenschaften des im Schachtofen-Gichtgas enthaltenen Staubes wird dieses in herkömmlicher Weise direkt oder nach Nutzung der fühlbaren Wärme, z. B. in einem Kugelregenkuperator, zur Warmluft- oder Warmwassererzeugung entweder in einem Desintegrator oder in einem Venturiwäscher naß gereinigt oder als Rohgas in einer Brennkammer verbrannt. Dadurch wird insbesondere Heißwind für den Betrieb des Schachtofens erzeugt. Das verbrannte Gichtgas kann anschließend trocken gereinigt werden, weil der Staub nach der Verbrennung nicht mehr pyrophor ist. Die nicht zur Heißwinderzeugung benötigte Wärme wird üblicherweise mit dem Abgas über den Schornstein in die Atmosphäre abgegeben.

Zur besseren Nutzung der Abwärme ist es bereits bekannt, das Gichtgas, wie oben beschrieben, zu reinigen und neben der Erzeugung von Heißwind für den Schachtofen elektrischen Strom in einem nachgeschalteten Dampfkraftwerk zu erzeugen. Eine solche Nutzung ist bspw. in dem Aufsatz von E. Freuntsch und A. Rudolph "Konzeption einer modernen Heißwind-Kupolofenanlage", Zeitschrift (Giesserei 76, 1989, Nr. 10/11, Seiten 328 bis 335 beschrieben.

Da es sich bei Gießerei-Kupolöfen um relativ kleine Einheiten handelt, die bestenfalls Turbinen mit etwa 1.5 bis 3.0 MW zulassen, stellt dies jedoch ein für die Anwendung meist zu teures Verfahren dar. Bei Altanlagen fehlt auch häufig der Platz für eine solche aufwendige Wärmenutzung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein preiswertes und platzsparendes Verfahren in konstruktiv einfacher Bauweise zu schaffen, durch das die im Schachtofengas gebundene Wärme wirtschaftlicher genutzt und die Wärmeabgabe an die Atmosphäre weitgehend vermindert werden kann.

Gelöst wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Schritte gemäß Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 9 offenbart.

Erfindungsgemäß wird das aus dem Schachtofen austretende Gichtgas zunächst in einem Wäscher naß vorgereinigt und gekühlt. Die Naßbehandlung dient der Entpyrophorisierung des Staubes. Die Kühlung ist notwendig, damit der später zu durchlaufende Feinstaubfilter durch die Hitze des Gases nicht beschädigt wird. Danach wird das so vorbehandelte Gichtgas über einen Tropfenabscheider einem Feinstaubfilter zugeführt. Vor Eintritt in den Feinstaubfilter wird dem vorbehandelten Gichtgas ein Teilgasstrom zugemischt, welcher aus staubgereinigtem Gichtgas besteht, das vom Gichtgasstrom nach Austritt aus dem Feinstaubfilter abgezweigt wird, und nach Vorwärmung durch Turbinenabgas, welcher das zu reinigende Gichtgas über den Taupunkt erwärmt. Die dadurch erfolgende Trocknung des Gichtgases ist deshalb notwendig, weil die ansonsten noch nassen Staubpartikel des Gichtgases den Feinstaubfilter zusetzen und somit verstopfen würden. Das so vorbehandelte und erwärmte Gichtgas wird anschließend in dem Feinstaubfilter staubgereinigt und schließlich einer Gasturbine zur weiteren Nutzung zugeführt.

Die Abzweigung des Teilgasstromes vom staubgereinigten Gichtgasstrom erfolgt erfindungsgemäß nach Austritt des Gichtgasstromes aus dem Feinstaubfilter und vor dessen Eintritt in die Gasturbine.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann ein Teilgasstrom des Turbinengases nach dessen Austritt aus der Gasturbine zur Vorwärmung des feingereinigten Gasgemisches vor Eintritt in die Gasturbine abgezweigt werden.

Um das Gichtgas entsprechend über den Taupunkt erwärmen zu können, wird der abgezweigte Teilgasstrom vor dem Zumischen in einem Rekuperator erhitzt. Dies kann erfindungsgemäß durch die Nutzung der Abwärme von der Gasturbine durch einen Teil des Turbinenabgases erfolgen. Jedoch kann es in manchen Fällen bspw. auch von Vorteil sein, wenn der Rekuperator fremdbeheizt wird.

Damit die im Abgas der Gasturbine gespeicherte Wärme optimal genutzt werden kann, wird erfindungsgemäß ein Teil des Abgases nach Nutzung für die Erwärmung des abgezweigten Teilgasstromes im Rekuperator zur Vorwärmung des Schachtofenwindes verwendet.

Sofern erforderlich, kann ein weiterer Teil des Abgases auch zur zusätzlichen Vorheizung des vorgereinigten Gasgemisches vor Eintritt in die Gasturbine genutzt werden.

Erfindungsgemäß wird zur Wärmenutzung eine Gasturbine verwendet. Diese hat vorteilhafterweise eine Leistung von < 2 MW und erreicht in diesem Größenbereich bereits eine Wirkungsgrad von etwa 26%. Dabei kann die Gichtgasdarbietung durch den Einsatz von Zusatzbrennstoff soweit angehoben werden, daß auch bei kleineren Schachtöfen, insbesondere Kupolöfen, eine Gasturbinenleistung < 2 MW erreicht wird. Zusatzbrennstoff ist zum Anfahren der Gesamtanlage und zum Ausgleich von Schwankungen der Gichtgasbearbeitung ohnehin erforderlich.

Die für diese Anwendung notwendige Reinigung des Gichtgases von seinem Staubgehalt erfolgt in dem Feinstaubfilter. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist dieser Feinstaubfilter als laminatbeschichteter Schlauchfilter ausgebildet.

Weitere Ziele, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der beiliegenden Zeichnung. Dabei zeigt die einzige Figur ein Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Nutzung der im Gichtgas eines Kupolofens enthaltenen Energie.

Das in einem Kupolofen 1 anfallende Gichtgas wird direkt - oder bei Öfen mit niedrigem Schacht und entsprechend hohen Gichtgastemperaturen (bis 600°C) nach Nutzung der fühlbaren Wärme - einem einfachen Wäscher 2 zugeführt, in welchem dem im Gichtgas enthaltenen Staub seine pyrophoren Eigenschaften genommen werden. Gleichzeitig wird in dem Wäscher 2 eine Vorreinigung des Gases erreicht.

Dazu wird Frischwasser über einen Schlammabscheider 3 im Gegenstrom zu dem Gichtgas über Düsen 4 in den Wäscher 2 eingebracht. Das mit Staubpartikeln versetzte Wasser wird im unteren Bereich des Wäschers 2 abgezogen und in den Schlammabscheider 3 eingespeist, wo der Schlamm vom Wasser getrennt wird. Der Schlamm wird entsorgt und das Wasser wird erneut in den Wäscher 2 eingeleitet.

Das auf diese Weise vorbehandelte Gichtgas wird über einen Tropfenabscheider 5 einem Feinstaubfilter 6 zugeführt. Vor Eintritt in den Filter 6 wird dem Gichtgas ein Teilgasstrom zugemischt, welcher aus staubgereinigtem Gichtgas besteht, das vom Gichtgasstrom nach Austritt aus dem Feinstaubfilter 6 abgezweigt wird, und welcher das vorbehandelte Gichtgas über dessen Taupunkt erwärmt. Hierzu genügt eine Temperaturanhebung von 20-30°C auf etwa 40-50°C. Das so erwärmte Gichtgasgemisch wird in dem Feinstaubfilter 6 auf Gasturbinenreinheit (< 0,1 mg Staub/m³) feingereinigt. Dazu werden im Filter 6 mit PTFE- Laminat beschichtete Filterschläuche eingesetzt, die den geforderten extrem geringen Reingasstaubgehalt gewährleisten. Eine von Zeit zu Zeit erforderliche Abreinigung der Schläuche kann im Pulse-Jet- Verfahren z. B. mit Erdgas oder mit Turbinengas erfolgen.

Nachdem das Gasgemisch im Feinstaubfilter 6 gereinigt worden ist, wird es einer Gasturbine 7 zugeführt. In der Gasturbine 7 wird das gereinigte Gichtgas zur Erzeugung von elektrischer Energie genutzt. Ein Teilstrom des aus dem Feinstaubfilter 6 austretenden gereinigten Gichtgases wird direkt hinter dem Filteraustritt 8 abgezweigt und über ein Gebläse 9 einem Rekuperator 10 zugeführt. In dem Rekuperator 10 wird der Teilgasstrom auf die erforderliche Temperatur gebracht, um nach Zumischung zum vorbehandelten Gichtgas das so entstehende Gasgemisch vor Eintritt in den Feinstaubfilter 6 über den Taupunkt zu erwärmen.

Für die Beheizung des Rekuperators 10 wird das heiße Abgas der Gasturbine 7 verwendet. Zusätzlich dazu dient das Turbinengas der Heißwinderzeugung für den Kupolofen 1, der ggf. bereits mit der fühlbaren Wärme des Kupolofen-Gichtgases in einer ersten Stufe vorgewärmt worden ist.

Bezugszeichenliste

1 Kupolofen
2 Wäscher
3 Schlammabscheider
4 Düsen
5 Tropfenabscheider
6 Feinstaubfilter
7 Gasturbine
8 Filteraustritt
9 Gebläse
10 Rekuperator

Claims

1. Verfahren zur Nutzung der im Schachtofen-Gichtgas enthaltenen Energie, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) das Gichtgas wird nach Austritt aus dem Schachtofen (1) in einem Wäscher (2) naß vorgereinigt und gekühlt;
b) das vorbehandelte Gichtgas wird über einen Tropfenabscheider (5) einem Feinstaubfilter (6) zugeführt;
c) vor Eintritt in den Feinstaubfilter (6) wird dem vorbehandelten Gichtgas ein Teilgasstrom zugemischt, welcher aus staubgereinigtem Gichtgas besteht, das vom Gichtgasstrom nach Austritt aus dem Feinstaubfilter (6) abgezweigt wird, und welcher das zu reinigende Gichtgas über den Taupunkt erwärmt;
d) der abgezweigte Teilgasstrom wird vor dem Zumischen in einem Rekuperator (10) erwärmt;
e) das erwärmte Gasgemisch wird in dem Feinstaubfilter (6) staubgereinigt; und
f) das staubgereinigte Gasgemisch wird nach Austritt aus dem Feinstaubfilter (6) einer Gasturbine (7) zugeführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilgasstrom des Abgases nach dessen Austritt aus der Gasturbine abgezweigt und dem Rekuperator (10) zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rekuperator (10) fremdbeheizt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Abgases der Gasturbine (7) nach Nutzung für die Erwärmung des abgezweigten Teilgasstromes im Rekuperator (10) zur Vorwärmung des Schachtofenwindes verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Abgases der Gasturbine (7) abgezweigt und zur zusätzlichen Vorheizung des feingereinigten Gasgemisches vor Eintritt in die Gasturbine (7) genutzt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feinreinigung des Gichtgases in einem als Schlauchfilter ausgebildeten Feinstaubfilter (6) erfolgt.