EP0140075B1 - Staubeintrag in eine heisse Zone - Google Patents

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EP0140075B1
EP0140075B1 EP84110743A EP84110743A EP0140075B1 EP 0140075 B1 EP0140075 B1 EP 0140075B1 EP 84110743 A EP84110743 A EP 84110743A EP 84110743 A EP84110743 A EP 84110743A EP 0140075 B1 EP0140075 B1 EP 0140075B1
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dust
dust introduction
introduction system
distributor head
discharge openings
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Hans Lüttger
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Ruhrkohle-Carborat GmbH
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B5/00—Making pig-iron in the blast furnace
    • C21B5/001—Injecting additional fuel or reducing agents
    • C21B5/003—Injection of pulverulent coal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23K—FEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
    • F23K3/00—Feeding or distributing of lump or pulverulent fuel to combustion apparatus
    • F23K3/02—Pneumatic feeding arrangements, i.e. by air blast

Definitions

  • the invention relates to dust in a hot zone, in particular in a shaft furnace or coal dust burner for hot water or steam boilers or hot gas generators with a dosage, the dosage consisting of a nozzle conveyor with a distributor head and at least two outlet openings.
  • Dust furnaces are generally suitable for all types of coal and various other types of fuel dust. Dust furnaces are built up to 2500 MW thermal output. Several single burners are interconnected in the large units. The lower limit for the use of dust furnaces is usually given as 60 MW. This limit is essentially economic. An expansion to the areas up to 1 MW is considered possible.
  • coal dust burner Possible uses of the coal dust burner range from the ceramic industry (tunnel furnaces), the metal industry (melting furnaces), to hot gas generators for drying plants, hot air generators, cement rotary kilns, lime rotary and lime shaft furnaces, gypsum plants and boiler plants.
  • All dust burners require a burner. Coal and air are introduced and mixed into the combustion chamber through the burner. Good mixing is an essential prerequisite for fast ignition, stable flame formation and good burnout.
  • the stable ignition of the dust requires the individual coal grain or dust grain to be heated from the burner outlet to the ignition temperature. Heating takes place mainly by mixing primary air and fuel with hot flame gas. In addition, there is also heating by radiation.
  • the flame lengths vary from less than 1 m for small burners to approximately 10 m for rotary kilns.
  • a metering device for coal dust which consists of a nozzle conveyor with a distributor head and at least two outlet openings.
  • the known metering device is composed of a fluidization device and an injector.
  • the object of the invention is therefore to create a trouble-free metering device.
  • the invention is based on the knowledge that different injection points on the cupola furnace require a defined coal dust supply.
  • the coal dust supply does not have to be the same, but must be adapted to the respective coal dust requirement.
  • the coal dust requirement arises u. a. from the heat requirement at the respective furnace location and differs from blow mold to blow mold.
  • trouble-free metering is achieved in that the outlet openings on the distributor head run parallel and are each provided with a single and independently adjustable valve cone, the valve cone also being designed as an injector.
  • the various fuel dust / compressed air flows advantageously open up the possibility of entering the fuel dust at several points in the burner instead of in a single flow at a single point.
  • the ignition and flame behavior of the burner can thus be advantageously influenced over a wide range by arranging the entry openings.
  • the distributor head opens up a simple option for loading all of the inlet openings provided on the furnace.
  • the entry is made on the blast furnace via the blow mold, d. H. the distributor head enables simple and advantageous distribution of the fuel dust onto the blow mold.
  • the distributor head has a maximum of 20 outlet openings. With an additional number of necessary fuel dust / compressed air flows, like them can occur on the blast furnace, a first distributor head is followed by at least one further distributor head. At least two distributor heads are preferably connected downstream, from which the same fuel dust / compressed air streams can be drawn off.
  • the outlet openings run parallel to the inlet flow axis of the distributor head and are provided with an adjustable valve cone. With the help of the valve cone, the opening width of each outlet opening can be changed and the volume flow escaping through the outlet opening can be regulated.
  • outlet openings which are arranged distributed around a circumference around the inlet flow opening.
  • a flow body in the middle between the outlet openings e.g. B. in the form of a cone, which contributes to the distribution of the incoming fuel / compressed air mixture.
  • valve cone as injectors is particularly advantageous. Compressed air and / or even additional fuel dust can be metered in via these injectors, so that with the aid of the injectors there is an individual influence or additional controllability of the individual outlet flows of the distributor head.
  • the adjustable valve cones are optionally realized with an arrangement in the distributor housing which can be displaced in the longitudinal direction and an actuating device. From the valve cones, injectors are created by making openings and applying compressed air and / or fuel dust.
  • the distributor head has a substantially cylindrical shape. It consists of an entry part 6 and a discharge part 7. Both parts 6 and 7 are connected to one another.
  • the entry part 6 is provided with a conical inlet connection 8, to which the feed line 12 of the nozzle conveyor is connected.
  • the discharge part 7 has a centrally arranged flow body in the form of a cone 9. Around the cone 9, outlet openings are arranged on a circumference, which in turn are formed by nozzles 10. The nozzles 10 are arranged evenly distributed and screwed into the discharge part 7. Lines 5 are connected to the nozzles 10 and feed the emerging fuel dust / compressed air mixture to the desired use.
  • valve cones 11 interact with the nozzles 10.
  • the valve cone 11 are slidably arranged in the inlet part 6, in a parallel arrangement to the longitudinal axis 12 of the distributor head.
  • glands 13 ensure adequate sealing.
  • the valve cones 11 are formed in several parts and consist of a tip with a passage opening 14 as well as an adjusting device and a fuel dust and / or compressed air supply.
  • the passage opening 14 is multi-stage, i. H. it is drilled out as far as possible to keep the flow resistance to a minimum. Drilling is done in stages.
  • a sleeve 15 is screwed, which is closed at the end applied to the valve cone 11 and has a plate 16 and a handle 17 for manual adjustment.
  • the sheet 16 has an elongated hole 18 in which the hexagon screw shown sits.
  • the screw is screwed into a ring 19 and serves to lock the sheet 16 in the desired position.
  • the ring 19 is attached to the tube 12.
  • a tube 20 is welded to the sleeve 15 and serves with a rod 21 on the one hand as a guide and on the other hand as a compressed air / fuel dust supply and / or measuring device.
  • the rod 21 is arranged displaceably in the distributor head.
  • a manometer 22 is connected to the tube 20 for the measurement.
  • the air pressure upstream of the valve plug 11 is measured with the pressure gauge 22.
  • the compressed air supply is preferably carried out via a line, not shown, which is connected to the pipe 20 at 23.
  • the diameters of the nozzles 10 are each selected such that a certain negative pressure arises above the nozzle conveyor depending on the material to be transported and the distance from the fuel dust container to the point of use to be bridged by the nozzle conveyor. This preferably applies to the use of the dosing device in coal dust burners.
  • valve cone 11 When using a distributor head, the valve cone 11 is set so that overpressure is displayed on the pressure gauge 22.
  • the speeds in the nozzle conveyor are 10-24m / s, especially for use with coal dust burners.
  • the conveying distance is a maximum of 50 m
  • the conveying capacity is a maximum of 5 tons of fuel dust per hour.
  • the number of injector nozzles is at least 3 and a maximum of 20 per distributor head.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Staubeintrag in eine heisse Zone, insbesondere in einen Schachtofen oder Kohlenstaubbrenner für Warmwasser- oder Dampfkessel oder Heissgaserzeuger mit einer Dosierung, wobei die Dosierung aus einem Düsenförderer mit Verteilerkopf und mindestens zwei Austrittsöffnungen besteht.
  • Staubfeuerungen sind generell für alle Kohlenarten und verschiedenste andere Brennstäube geeignet. Staubfeuerungen werden bis zu 2500 MW thermischer Leistung gebaut. In den grossen Einheiten sind mehrere Einzelbrenner zusammengeschaltet. Die untere Grenze für den Einsatz von Staubfeuerungen wird meist mit 60 MW angegeben. Diese Grenze ist im wesentlichen wirtschaftlich bedingt. Eine Ausdehnung auf die Bereiche bis zu 1 MW wird für möglich gehalten.
  • Einsatzmöglichkeiten der Kohlenstaubbrenner reichen von der keramischen Industrie (Tunnelöfen), der Metallindustrie (Schmelzöfen), über Heissgaserzeuger für Trocknungsanlagen, Heisslufterzeuger, Zementdrehöfen, Kalkdreh- und Kalkschachtöfen, Gipsanlagen bis hin zu Kesselanlagen.
  • Alle Staubfeuerungen benötigen einen Brenner. Durch den Brenner werden Kohle und Luft in den Brennraum eingeführt und gemischt. Die gute Durchmischung ist eine wesentliche Voraussetzung für schnelle Zündung, stabile Flammenbildung und guten Ausbrand. Die stabile Zündung des Staubes erfordert eine Aufheizung des einzelnen Kohlekorns bzw. Staubkorns vom Brenneraustritt an auf Zündtemperatur. Die Aufheizung erfolgt hauptsächlich durch Vermischen von Primärluft und Brennstoff mit heissem Flammengas. Daneben erfolgt auch Aufheizung durch Strahlung.
  • Die Flammenlängen schwanken zwischen weniger als 1 m bei kleinen Brennern bis hin zu annähernd 10 m bei Drehrohröfen.
  • Die Regelung von Staubbrennern erfordert eine Änderung der Stoffströme. Entscheidend für die Regelbarkeit ist in jedem Fall die Staubdosierung. Als Dosieranlage sind Schnecken bekannt, die aus einem Behälter kontinuierlich Brennstaub abziehen und diesen zu einer Eintragöffnung befördern, durch die der Brennstaub drucklos in den Feuerraum fallen kann. Daneben sind Dosiereinrichtungen für Kohlenstaub bekannt, die druckluftbetrieben sind. Die Kohlenstaubpartikel fallen in die Druckluftleitung und werden von der Druckluft in den Feuerraum mitgerissen. Insbesondere die druckluftbetriebene Einblasanlage verursacht Betriebsstörungen. Die Betriebsstörungen resultieren zumeist aus unerwünschten Verschiebungen des Verhältnisses Kohlenstaub zu Sauerstoff der Druckluft sowie aus unkontrollierten Druckverlusten bei Verringerung der Leistung. In «Stahl und Eisen», 103 (1983), Nr. 13, Seite 650, ist deshalb vorgeschlagen worden, die Dosiereinrichtung mit einer Zellenradschleuse zu versehen, deren Drehzahl stufenlos der Druckluft angepasst wird. Gleichwohl sind derartige Anlagen nicht frei von Betriebsstörungen.
  • Aus der US-PS 42 50 816 ist eine Dosiereinrichtung für Kohlenstaub bekannt, die aus einem Düsenförderer mit Verteilerkopf und mindestens zwei Austrittsöffnungen besteht. Die bekannte Dosiereinrichtung setzt sich zusammen aus einer Fluidisierungseinrichtung und einem Injektor.
  • Dies ist eine gebräuchliche Technologie. Diese Technologie hat in jüngerer Vergangenheit vorzugsweise bei Schachtöfen Anwendung gefunden. Schachtöfen sind z. B. Hochöfen oder Kupolöfen. Dort dient die Kohlenstaubdosierung dazu, einen gewissen Anteil der Koksmenge durch Kohlenstaub zu substituieren. Jedoch konnte z. B. an Kupolöfen mit allen bekannten Dosiereinrichtungen kein befriedigender Kohlenstaubeintrag erreicht werden. Alle bekannten Geräte zeigten erhebliche Betriebsschwierigkeiten an den Kupolöfen. Zum Teil entstanden örtliche Überhitzungen, zum Teil wurde der Ofen kaltgeblasen. Bei Tonschachtöfen (Kupolöfen, in denen Ton gebrannt wird) ist es zu vielen Fehlbränden gekommen.
  • Zusätzlich haben alle Dosiereinrichtungen mehr oder weniger Betriebsschwierigkeiten gezeigt. Der Förderstrom war gestört. Zum Teil kam es sogar zu Unterbrechungen.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine störungsfreie Dosiereinrichtung zu schaffen. Dabei liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass verschiedene Einblasstellen am Kupolofen einer definierten Kohlenstaubzuführung bedürfen. Die Kohlenstaubzuführung muss nicht gleich, sondern dem jeweiligen Kohlenstaubbedarf angepasst sein. Der Kohlenstaubbedarf ergibt sich u. a. aus dem Wärmebedarf an der jeweiligen Ofenstelle und ist von Blasform zu Blasform unterschiedlich.
  • Nach der Erfindung wird eine störungsfreie Dosierung dadurch erreicht, dass die Austrittsöffnungen am Verteilerkopf parallel verlaufen und jeweils mit einem einzelnen und unabhängig verstellbaren Ventilkegel versehen sind, wobei die Ventilkegel zugleich als Injektor ausgebildet sind. Vorteilhafterweise öffnet sich mit den verschiedenen Brennstaub-/Druckluftströmungen die Möglichkeit, den Brennstaub - statt in einer einzigen Strömung an einer einzigen Stelle - an mehreren Stellen des Brenners in diesen einzutragen. Damit kann das Zünd- und Flammenverhalten des Brenners über die Anordnung der Eintragsöffnungen in weiten Bereichen vorteilhaft beeinflusst werden.
  • Bei unmittelbarer Eintragung des Brennstaubes in eine heisse Zone wie beispielsweise einen Hochofen eröffnet der Verteilerkopf eine einfache Möglichkeit zur Beschickung aller am Ofen vorgesehenen Eintragöffnungen. Die Eintragung erfolgt an den Hochöfen über die Blasform, d. h. der Verteilerkopf ermöglicht eine einfache und vorteilhafte Verteilung des Brennstaubes auf die Blasform.
  • In weiterer Ausbildung der Erfindung besitzt deren Verteilerkopf höchstens 20 Austrittsöffnungen. Bei einer darüber hinausgehenden Zahl notwendiger Brennstaub-/Druckluftströmen, wie sie am Hochofen anfallen können, ist einem ersten Verteilerkopf mindestens ein weiterer Verteilerkopf nachgeschaltet. Vorzugsweise sind mindestens zwei Verteilerköpfe nachgeschaltet, aus denen gleiche Brennstaub-/Druckluftströme abgezogen werden können.
  • Für die Aufteilung des Brennstaub-/Druckluftgemisches in den Verteilerköpfen ist es von Vorteil, dass die Austrittsöffnungen zur Einlaufströmungsachse des Verteilerkopfes parallel verlaufen und mit einem verstellbaren Ventilkegel versehen sind. Mit Hilfe des Ventilkegels kann die Öffnungsweite jeder Austrittsöffnung verändert und darüber der durch die Austrittsöffnung entweichende Mengenstrom geregelt werden.
  • Besonders günstige Strömungsverhältnisse ergeben sich bei Austrittsöffnungen, die auf einem Kreisumfang verteilt um die Einlaufströmungsöffnung herum angeordnet sind. Wahlweise ist dann mittig zwischen den Austrittsöffnungen noch ein Strömungskörper, z. B. in Form eines Kegels, vorgesehen, der zur Aufteilung des anströmenden Brennstaub-/Druckluftgemisches beiträgt.
  • Von besonderem Vorteil ist die erfindungsgemässe Ausbildung der Ventilkegel als Injektoren. Über diese Injektoren lässt sich zusätzlich Druckluft und/oder sogar zusätzlich Brennstaub eindosieren, so dass mit Hilfe der Injektoren eine individuelle Beeinflussung bzw. zusätzliche Regelbarkeit der einzelnen Austrittsströmungen des Verteilerkopfes gegeben ist. Konstruktiv werden die verstellbaren Ventilkegel wahlweise dadurch mit einer in Längsrichtung verschiebbaren Anordnung im Verteilergehäuse und einer Stelleinrichtung verwirklicht. Aus den Ventilkegeln entstehen durch die Anbringung von Durchtrittsöffnungen und die Beaufschlagung mit Druckluft und/oder Brennstaub Injektoren.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
  • Im Ausführungsbeispiel hat der Verteilerkopf eine im wesentlichen zylindrische Form. Er besteht aus einem Eintragteil 6 und einem Austragteil 7. Beide Teile 6 und 7 sind miteinander verbunden. Der Eintragteil 6 ist mit einem konischen Eintrittsstutzen 8 versehen, an den die Zuführungsleitung 12 des Düsenförderers angeschlossen ist.
  • Der Austragteil 7 besitzt einen zentrisch angeordneten Strömungskörper in Form eines Kegels 9. Um den Kegel 9 herum sind auf einem Kreisumfang Austrittsöffnungen angeordnet, die wiederum durch Düsen 10 gebildet werden. Die Düsen 10 sind gleichmässig verteilt angeordnet und im Austragteil 7 verschraubt. An die Düsen 10 sind Leitungen 5 angeschlossen, die das austretende Brennstaub-/Druckluftgemisch dem gewünschten Verwendungszweck zuführen.
  • Mit den Düsen 10 wirken die Ventilkegel 11 zusammen. Die Ventilkegel 11 sind verschiebbar im Eintrittsteil 6 angeordnet, und zwar in paralleler Anordnung zur Längsachse 12 des Verteilerkopfes. Dabei gewährleisten Stopfbuchsen 13 eine ausreichende Abdichtung.
  • Die Ventilkegel 11 sind mehrteilig ausgebildet und bestehen aus einer Spitze mit einer Durchtrittsöffnung 14 sowie einer Verstelleinrichtung und einer Brennstaub- und/oder Druckluftzuführung. Die Durchtrittsöffnung 14 ist mehrstufig, d. h. sie ist so weit wie möglich aufgebohrt, um die Strömungswiderstände minimal zu halten. Das Aufbohren erfolgt stufenweise.
  • Mit dem Ventilkegel 11 ist eine Hülse 15 verschraubt, die an dem dem Ventilkegel 11 angewandten Ende verschlossen ist und zur Handverstellung ein Blech 16 und einen Griff 17 aufweist. Das Blech 16 besitzt ein Langloch 18, in dem die dargestellte Sechskantschraube sitzt. Die Schraube ist in einem Ring 19 verschraubt und dient zur Arretierung des Blechs 16 in der jeweils gewünschten Stellung. Der Ring 19 ist an dem Rohr 12 befestigt.
  • Mit der Hülse 15 ist ein Rohr 20 verschweisst, das mit einer Stange 21 einerseits als Führung und andererseits als Druckluft-/Brennstaubzuführung und/oder Messeinrichtung dient. Die Stange 21 ist im Verteilerkopf verschiebbar angeordnet.
  • Der Messung ist ein Manometer 22 an das Rohr 20 angeschlossen. Mit dem Manometer 22 wird der Luftdruck vor dem Ventilkegel 11 gemessen.
  • Die Druckluftzuführung erfolgt vorzugsweise über eine nicht dargestellte Leitung, die bei 23 an das Rohr 20 angeschlossen ist.
  • Im Ausführungsbeispiel sind die Durchmesser der Düsen 10 jeweils so gewählt, dass in Abhängigkeit von dem zu transportierenden Material und der mit dem Düsenförderer zu überbrückende Entfernung vom Brennstaubbehälter zur Einsatzstelle ein bestimmter Unterdruck oberhalb des Düsenförderers entsteht. Das gilt vorzugsweise für den Einsatz der Dosiervorrichtung bei Kohlenstaubbrennern.
  • Beim Einsatz eines Verteilerkopfes werden die Ventilkegel 11 so eingestellt, dass Überdruck am Manometer 22 angezeigt wird.
  • Die Geschwindigkeiten im Düsenförderer betragen insbesondere für den Einsatz bei Kohlenstaubbrennern 10-24m/s. Die Förderentfernung ist in dem Ausführungsbeispiel maximal 50 m, die Förderleistung beträgt maximal 5t Brennstaub pro Stunde. Die Zahl der Injektordüsen ist im Ausführungsbeispiel mindestens 3 und maximal 20 je Verteilerkopf.

Claims (6)

1. Staubeintrag in eine heisse Zone, insbesondere in einen Schachtofen oder Kohlenstaubbrenner für Warmwasser- oder Dampfkessel oder Heissgaserzeuger mit einer Dosierung, wobei die Dosierung aus einem Düsenförderer mit Verteilerkopf und mindestens zwei Austrittsöffnungen (10) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen (10) parallel verlaufen und jeweils mit einem einzelnen und unabhängig verstellbaren Ventilkegel (11) versehen sind, wobei die Ventilkegel (11) zugleich als Injektor ausgebildet sind.
2. Staubeintrag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass höchstens 20 Austrittsöffnungen (10) in jedem Verteilerkopf vorgesehen sind.
3. Staubeintrag nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass einem Verteilerkopf mindestens ein weiterer nachgeschaltet ist.
4. Staubeintrag nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen (10) auf einem Kreisumfang angeordnet sind.
5. Staubeintrag nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkegel (11) in Längsrichtung verschiebbar im Verteilergehäuse angeordnet und mit einer Stelleinrichtung versehen ist.
6. Staubeintrag nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkegel (11) eine Durchtrittsöffnung (14) und eine Druckluftzuführung (20) aufweist.
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EP0140075A3 EP0140075A3 (en) 1985-09-25
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DE3337972A1 (de) 1985-05-09
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