EP0319836A1 - Verfahren zum Betrieb eines Einschmelzvergasers und Einschmelzvergaser zu dessen Durchführung - Google Patents

Verfahren zum Betrieb eines Einschmelzvergasers und Einschmelzvergaser zu dessen Durchführung Download PDF

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EP0319836A1
EP0319836A1 EP88119930A EP88119930A EP0319836A1 EP 0319836 A1 EP0319836 A1 EP 0319836A1 EP 88119930 A EP88119930 A EP 88119930A EP 88119930 A EP88119930 A EP 88119930A EP 0319836 A1 EP0319836 A1 EP 0319836A1
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Deutsche Voest Alpine Industrieanlagenbau GmbH
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    • C21—METALLURGY OF IRON
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    • C21—METALLURGY OF IRON
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    • C21B2100/40—Gas purification of exhaust gases to be recirculated or used in other metallurgical processes
    • C21B2100/44—Removing particles, e.g. by scrubbing, dedusting

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and a melter gasifier for carrying it out.
  • a method for the direct production of molten pig iron from lumpy iron ore in which the iron ore is reduced to sponge iron in a reduction shaft furnace by means of a hot reducing gas and is then fed to a melter gasifier.
  • the coal and injected oxygen-containing gas are used to generate the heat and the reducing gas required to melt the sponge iron.
  • a fluidized bed is formed from the coal introduced from above and the oxygen-containing gas blown into the lower part of the carburetor, in which the iron sponge particles, which are also supplied above, are braked and be melted.
  • radial oxygen nozzles distributed at the same height over the circumference of the melting gasifier are provided, which are fed from a ring line.
  • the oxygen nozzles are inevitably water-cooled in order to be able to withstand the high temperatures which prevail inside the melter gasifier, in particular in front of these nozzles. In this area in front of the nozzles, the high temperature converts the fluidized bed into a doughy or liquid mass.
  • cooling water supply for the nozzles fails, the nozzles are inevitably damaged. A failure of the cooling water supply also automatically leads to failure of the entire system, so that there is also the risk that the liquid or pasty fluid bed mass enters the nozzles and clogs them.
  • the inert gas also serves as a cooling medium for the emergency cooling of the nozzles, and together with the water remaining in the nozzles, it solidifies the doughy fluid bed mass on the end faces of the nozzles, thereby additionally protecting the fluid bed mass that has not solidified will.
  • the amount of inert gas required depends on the operating pressure of the melter gasifier at the time of the event triggering the introduction of the inert gas. Since a certain operating pressure can be assigned to each of these events, the amount of inert gas introduced is expediently controlled as a function of the type of event triggering the introduction.
  • the systems according to FIGS. 1 and 2 each contain a direct reduction shaft furnace 1 which is designed in a known manner and to which iron ore and optionally additives are fed from above. Furthermore, reducing gas is introduced via a line 2 into the lower region of the shaft furnace 1, which rises in the latter and reduces the iron ore sinking in countercurrent. The used reducing gas is discharged as blast furnace gas from the upper area of the shaft furnace 1.
  • the iron sponge formed by reducing the iron ore passes through downpipes 3 into a melter gasifier 4, into which a solid coolant carrier, for example coal or coke, is also introduced via a line 5 and an oxygen-containing gas is blown in via nozzles 6.
  • a solid coolant carrier for example coal or coke
  • the rising oxygen-containing gas and the particles of the carbon carrier sinking in the opposite direction form a fluidized bed in the melting gasifier 4, which first slows down the falling iron sponge particles and in which these are then melted by the heat generated during the reaction of the carbon carrier with the oxygen.
  • the molten pig iron collecting at the bottom of the melter gasifier 4 and the liquid slag floating thereon are periodically tapped by means of a tap 7.
  • the gas formed during the reaction of the carbon carrier with the oxygen is led out of the melter gasifier 4 via a line 8 and cleaned in a cyclone 9, before possibly reaching the shaft furnace 1 as a reducing gas through line 2 after cooling to a suitable temperature.
  • the nozzles 6 arranged at equal intervals over the circumference of the melter gasifier 4 are connected to a ring line 10, to which the oxygen-containing gas is supplied via a line 11.
  • a control valve 12 and a flow rate measuring device 13 are located in this line 11. The supplied amount of oxygen-containing gas is thus measured by the measuring device 13 and adjusted using the control valve 12.
  • An inert gas in particular nitrogen, can be fed into the line 11 through a line 14 which opens into the line 11.
  • a control valve 15 and a flow rate measuring device 16 are also used.
  • control valve 12 for the oxygen-containing gas is automatically closed and the control valve 15 is opened for the inert gas when the flow rate determined by the measuring device 13 falls below a predetermined value, so that this now instead of the oxygen-containing gas by Nozzles 6 flows into the melter 4.
  • the inert gas can simultaneously act as a cooling medium for the nozzles and protect them from damage due to excessive thermal stress if the cooling water supply to them fails.
  • the decrease in the supply of the oxygen-containing gas can have various reasons. It can take place suddenly when a fault occurs, or it can be carried out continuously when the plant is shut down according to plan.
  • the supply of the inert gas is preferably controlled as a function of time, in such a way that first the maximum amount of gas for the respective event is passed through the nozzles 6 and then a controlled throttling takes place via the control valve 15.
  • the initial amount of the inert gas depends on the type of event triggering the supply of this gas or on the Operating pressure prevailing in the melter gasifier 4 at the time of this event.
  • another line 17 also opens into the line 14 for the supply of inert gas, in which a control valve 18 is inserted.
  • the inert gas can thus be supplied via two parallel lines, with a larger amount of gas being supplied via line 14 than via line 17.
  • the control valves 15 and 18 are controlled in such a way that at the start of feeding in inert gas both Fittings are opened and after a predetermined period of time the control valve 15 is closed, so that only a relatively small amount of inert gas is supplied via line 17.
  • This training has the advantage that the control valve 15 does not require continuous control, but can be designed as a simple open-close valve. This also leads to greater plant security.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betrieb eines Einschmelzvergasers (4) beschrieben, in dem eisenerzhaltige Einsatzstoffe oder aus diesen durch Direktreduktion erhaltener Eisenschwamm durch Zugabe von Kohlenstoffträgern und Zufuhr eines sauerstoffhaltigen Gases über Sauerstoffdüsen (6) in einem hierdurch errichteten Fließbett geschmolzen und zu flüssigem Roheisen oder Stahlvormaterial (fertig) reduziert werden. Bei einem Ausfall oder einer Absenkung der Sauerstoffzufuhr unter eine vorgegebene Menge sowie bei einem Ausfall der Wasserkühlung der Sauerstoffdüsen wird zu deren Schutz die etwa noch vorhandene Sauerstoffzufuhr unterbunden und stattdessen ein inertes Gas über die Sauerstoffdüsen in den Einschmelzvergaser eingeleitet. Hierdurch wird vermieden, daß flüssige Fließbettmasse in die Sauerstoffdüsen eintritt und in diesen erstarrt. Im Falle des Ausfalls der Wasserkühlung der Sauerstoffdüsen dient das inerte Gas zugleich als Kühlmedium.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Einschmelz­vergaser zu dessen Durchführung.
  • Aus der DE-PS 30 34 539 ist ein Verfahren zur direkten Erzeugung von flüssigem Roheisen aus stückigem Eisenerz bekannt, bei dem das Eisen­erz in einem Reduktionsschachtofen mittels eines heißen Reduktionsgases zu Eisenschwamm reduziert und dann einem Einschmelzvergaser zugeführt wird. In diesem werden aus eingebrachter Kohle und eingeblasenem sauerstoffhaltigem Gas die zum Schmelzen des Eisenschwamms erforderliche Wärme und das Reduktionsgas erzeugt. Aus der von oben eingebrachten Kohle und dem im unteren Teil des Vergasers eingeblasenen sauerstoffhaltigen Gas wird ein Fließbett gebildet, in dem die ebenfalls oben zugeführten Eisenschwammpartikel abgebremst und aufgeschmolzen werden. Zum Einblasen des sauerstoffhaltigen Gases sind in gleicher Höhe über den Umfang des Einschmelzvergasers ver­teilte, radiale Sauerstoffdüsen vorgesehen, die aus einer Ringleitung gespeist werden. Die Sauerstoffdüsen sind zwangsläufig wasser­gekühlt, um den hohen Temperaturen, die im Inneren des Einschmelzvergasers insbesondere vor diesen Düsen herrschen, standhalten zu können. In diesem Bereich vor den Düsen wird das Fließbett durch die hohen Temperaturen in eine teigige bzw. flüssige Masse umgewandelt.
  • Tritt ein plötzlicher Ausfall der Zuführung des sauerstoffhaltigen Gases ein, dann wird diese teigige bzw. flüssige Masse nach außen in die wassergekühlten Düsen hineingedrückt und erstarrt in diesen. Wenn dann der Einschmelz­vergaser wieder in Betrieb genommen wird, kann das sauerstoffhaltige Gas wegen der Ver­stopfung der Düsen nicht mehr oder nur in begrenzter Menge wieder eingeblasen werden.
  • Entsprechende Probleme ergeben sich auch bei einer planmäßigen Außerbetriebsetzung des Ein­schmelzvergasers mit einer langsamen Absenkung des Betriebsdruckes und Reduzierung der Menge des sauerstoffhaltigen Gases. Bei Unterschreiten eine bestimmten Menge ist der Fluß dieses Gases durch alle Düsen nicht mehr gewährleistet. Die teigige bzw. flüssige Masse im Innern des Einschmelzvergasers dringt dann zumindest in einen Teil der Sauerstoffdüsen ein und erstarrt wegen der Wasserkühlung in diesen. Bei der Wiederinbetriebnahme des Einschmelzvergasers strömt wegen der entstandenen Düsenverstopfungen das sauerstoffhaltige Gas in kleinen Mengen unkontrolliert durch die Kanäle zwischen den kalten Düsenansätzen und der Ausmauerung des Vergasers. An den heißen Stellen kommt es zu einer Entzündung und unkontrollierten Verbrennung, wobei sich die Flamme auch gegen die Ausmauerung und sogar gegen den Panzer des Vergbasers richten kann, so daß Schäden an diesen unvermeidbar sind.
  • Bei einem Ausfall der Kühlwasserzuführung für die Düsen treten zwangsläufig Schäden an den Düsen auf. Ein Ausfall der Kühlwasserzuführung führt auch automatisch zum Ausfall der gesamten Anlage, so daß ebenfalls die Gefahr besteht, daß die flüssige bzw. teigige Fließbettmasse in die Düsen eintritt und diese verstopft.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, im Falle der vorgenannten Störungen oder auch planmäßigen Veränderungen beim Betrieb eines Einschmelzvergasers Verstopfungen der Sauerstoff­düsen durch Eindringen und nachfolgendes Er­starren von Fließbettmaterial zu verhindern und auch für den Fall des Ausfalls der Kühlwasser­zuführung zu den Düsen eine zu deren Beschädigung führende thermische Belastung zu vermeiden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie bevorzugte Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Dadurch, daß zum Schutz der Sauerstoffdüsen bei einem Ausfall oder einer Absenkung der Sauerstoffzufuhr unter eine vorgegebene Menge sowie bei einem Ausfall der Wasserkühlung der Sauerstoffdüsen die etwa noch vorhandene Sauerstoffzufuhr unterbunden und stattdessen ein inertes Gas über die Sauerstoffdüsen in den Einschmelzvergaser eingeleitet wird, kann sichergestellt werden, daß der freie Durchgang durch die Düsen auch bei Eintritt eines Störungsfalls oder bei einer Still­setzung des Einschmelzvergasers aufrechterhalten wird, so daß bei einer erneuten Inbetrieb­setzung das sauerstoffhaltige Gas kontrolliert weider zugeführt werden und die Reaktion zwischen diesem Gas und dem Kohlenstoffträger planmäßig ablaufen kann. Beim Ausfall der Kühlwasserzuführung dient das inerte Gas gleich­zeitig als Kühlmedium für die Notkühlung der Düsen und es bringt zusammen mit dem in den Düsen verbliebenen Wasser die teigige Fließ­bettmasse an den Stirnflächen der Düsen zum Erstarren, wodurch die Düsen zusätzlich vor einem Eindringen noch nicht erstarrter Fließ­bettmasse geschützt werden.
  • Die erforderliche Menge inerten Gases ist vom Betriebsdruck des Einschmelzvergasers zum Zeitpunkt des die Einleitung des inerten Gases auslösenden Ereignisses abhängig. Da jedem dieser Ereignisse ein bestimmter Betriebsdruck zuge­ordnet werden kann, wird zweckmäßig die Menge des eingeleiteten inerten Gases in Abhängigkeit von der Art des die Einleitung auslösenden Ereignisses gesteuert.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Anlage zur Herstellung von Roheisen gemäß einer ersten Ausführungsform und
    • Fig. 2 in schematischer Darstellung eine Anlage zur Herstellung von Roheisen gemäß einer zweiten Ausführungsform.
  • Die Anlagen nach den Fig. 1 und 2 enthalten jeweils einen in bekannter Weise ausgebildeten Direkt­reduktionsschachtofen 1, dem von oben Eisenerz und gegebenenfalls Zuschlagstoffe zugeführt werden. Weiterhin wird über eine Leitung 2 Reduktions­gas in den unteren Bereich des Schachtofens 1 eingeleitet, das in diesem aufsteigt und das im Gegenstrom herabsinkende Eisenerz reduziert. Das verbrauchte Reduktionsgas wird als Gichtgas aus dem oberen Bereich des Schachtofens 1 abge­führt.
  • Der durch Reduktion des Eisenerzes entstandene Eisenschwamm gelangt über Fallrohre 3 in einen Einschmelzvergaser 4, in den außerdem über eine Leitung 5 ein fester Khlenstoffträger, zum Beispiel Kohle oder Koks, eingebracht und über Düsen 6 ein sauerstoffhaltiges Gas eingeblasen werden. Die Fallrohre 3 und die Leitung 5 münden in den oberen Bereich und die Düsen 6 in den unteren Bereich des Einschmelzvergasers 4.
  • Das aufsteigende sauerstoffhaltige Gas und die in entgegengesetzter Richtung absinkenden Teil­chen des Kohlenstoffträgers bilden im Ein­schmelzvergaser 4 ein Fließbett, das die herab­fallenden Eisenschwammteilchen zunächst abbremst und in dem diese dann durch die bei der Reaktion des Kohlenstoffträgers mit dem Sauer­stoff entstehende Wärme geschmolzen werden. Das sich am Boden des Einschmelzvergasers 4 sammelnde flüssige Roheisen und die auf diesem schwimmende flüssige Schlacke werden über einen Abstich 7 periodisch abgestochen.
  • Das bei der Reaktion des Kohlenstoffträgers mit dem Sauerstoff entstehende Gas wird über eine Leitung 8aus dem Einschmelzvergaser 4 herausge­führt und in einem Zyklon 9 gereinigt, bevor es gegebenenfalls nach Abkühlung auf eine ge­eignete Temperatur durch die Leitung 2 als Reduktions­gas in den Schachtofen 1 gelangt.
  • Die in gleichmäßigen Abständen über den Umfang des Einschmelzvergasers 4 in gleicher Höhe ange­orrdneten Düsen 6 sind mit einer Ringleitung 10 verbunden, der das sauerstoffhaltige Gas über eine Leitung 11 zugeführt wird. In dieser Leitung 11 befinden sich eine Regelarmatur 12 und eine Durchflußmengen-Meßeinrichtung 13. Die zugeführte Menge des sauerstoffhaltigen Gases wird somit von der Meßeinrichtung 13 gemessen und mit Hilfe der Regelarmatur 12 eingestellt.
  • Durch eine Leitung 14, die in die Leitung 11 mündet, kann inertes Gas, inbesondere Stickstoff, in die Leitung 11 eingespeist werden. In die Leitung 14 sind ebenfalls eine Regelarmatur 15 und eine Durchflußmengen-Meßeinrichtung 16 eingesetzt.
  • Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 wird beim Unterschreiten der von der Meßeinrichtung 13 ermittelten Durchflußmenge unterhalb einen vorgegebenen Wert die Regelarmatur 12 für das sauerstoffhaltige Gas automatisch geschlossen und die Regelarmatur 15 für das inerte Gas geöffnet, so daß nun dieses anstelle des sauer­stoffhaltigen Gases durch die Düsen 6 in den Einschmelzvergaser 4 strömt. Durch das Ein­blasen des inerten Gases wird vermieden, daß die Düsenöffnungen durch eindringende flüssige und dann erstarrende Fließbettmasse verstopft werden. Das inerte Gas kann gleichzeitig als Kühlmedium für die Düsen wirksam sein und diese vor Schäden durch zu hohe thermische Belastung schützen, wenn die Kühlwasserzuführung zu diesen ausfällt.
  • Die Abnahme der Zuführung deds sauerstoffhaltigen Gases kann verschiedene Gründe haben Sie kann schlagartig erfolgen, wenn ein Störungsfall eintritt, oder auch stetig durchgeführt werden, wenn die Anlage planmäßig stillgesetzt wird.
  • Die Zuführung des inerten Gases wird vorzugsweise zeitabhängig gesteuert, derart, daß zunächst die für das jeweilige Ereignis maximale Gasmenge durch die Düsen 6 geleitet wird und dann über die Reglearmatur 15 eine gesteuerte Drosselung erfolgt. Die anfängliche Menge des inerten Gases ist abhängig von der Art des die Zuführung dieses Gases auslösenden Ereignisses bzw. von dem zum Zeitpunkt dieses Ereignisses herrschenden Betriebsdruck im Einschmelzvergaser 4. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, diese Menge nach einer allmählichen Absenkung des Betriebs­druckes und der Sauerstoffzufuhr bei der plan­mäßigen Abstellung des Einschmelzvergasers auf etwa 15%, bei störungsbedingter plötzlicher Unterbrechung der Sauerstoffzufuhr bei normalem Betriebsdruck auf etwa 25% und bei Ausfall der Wasserkühlung, bei der das inerte Gas zu­sätzlich eine Kühlfunktion übernehmen muß auf etwa 30% der Normalmenge des sauerstoff­haltigen Gases einzustellen.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 mündet in die Leitung 14 eine weitere Leitung 17 eben­falls zur Zuführung von inertem Gas, in die eine Regelarmatur 18 eingesetzt ist. Das inerte Gas kann somit über zwei parallele Leitungen ge­liefert werden, wobei ber die Leitung 14 eine größere Menge Gases zugeführt wird als über die Leitung 17. Die Steuerung der Regelarmaturen 15 und 18 erfolgt in der Weise, daß zu Beginn einer Einspeisung von inertem Gas beide Armaturen geöffnet werden und nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne die Regelarmatur 15 geschlossen wird, so daß nur noch eine relativ kleine Menge inerten Gases über die Leitung 17 zugeführt wird. Diese Ausbildung hat den Vorteil, daß die Regel­armatur 15 keiner stetigen Regelung bedarf, sondern als einfache Auf-Zu-Armatur ausgestaltet sein kann. Dies führt auch zu einer größeren Sicherheit der Anlage.
  • Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß bei Anwendung des vorliegenden Verfahrens bei einem Ausfall oder einem Außerbetriebsetzen der Anlage alle Düsenöffnungen freigehalten werden, daß die kanalartigen Verbindungen zwischen den Düsenöffnungen und der heißen Fließbettmasse aufrechterhalten werden und daß bei Ausfall der Kühlwasserzuführung keine Schäden an den Sauerstoffdüsen auftreten.

Claims (8)

1. Verfahren zum Betrieb eines Einschmelzvergasers, in dem eisenerzhaltige Einsatzstoffe oder aus diesen durch Direktreduktion erhaltener Eisenschwamm durch Zugabe von Kohlenstoffträgern und Zufuhr eines sauer­stoffhaltigen Gases über Sauerstoffdüsen in einem hier­durch errichteten Fließbett geschmolzen und zu flüssigem Roheisen oder Stahlvormaterial reduziert werden, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schutz der Sauerstoffdüsen (6) bei einem Ausfall oder einer Absenkung der Sauerstoffzufuhr unter eine vor­gegebene Menge sowie bei einem Ausfall der Wasser­kühlung der Sauerstoffdüsen (6) die etwa noch vor­handene Sauerstoffzufuhr unterbunden und stattdessen ein inertes Gas über die Sauerstoffdüsen (6) in den Einschmelzvergaser (4) eingeleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einleitung des inerten Gases nach einer bestimmten Zeitspanne reduziert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­net, daß die Menge des eingeleiteten inerten Gases in Abhängigkeit von der Art die Einleitung auslösenden Ereignisses gesteuert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Abstellen des Einschmelzvergasers nach all­mählicher Absenkung des Betriebsdruckes und der Sauer­stoffzufuhr die Menge des inerten Gases auf etwa 15%, bei Unterbrechung der Sauerstoffzufuhr bei normalem Betriebsdruck auf etwa 25% und bei Ausfall der Wasser­kühlung auf etwa 30% der Normalmenge des sauerstoff­haltigen Gases eingestellt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als inertes Gas Stickstoff verwen­det wird.
6. Einschmelzvergaser mit einer Zugabevorrichtung für die Zugabe von Kohlenstoffträgern und Düsen für die Zufuhr eines sauerstoffhaltigen Gases und einem Fließbett zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem zur Zuführung des sauerstoffhaltigen Gases eine Ringleitung vorgesehen ist, aus der die Sauerstoffdüsen gespeist werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringleitung (10) sowohl mit einer Zuführungslei­tung (11) für sauerstoffhaltiges Gas als auch mit einer Zuführungsleitung (14) für inertes Gas verbunden ist und daß in beiden Zuführungsleitungen (11, 14) Durchflußregelarmaturen (12, 15) angeordnet sind.
7. Einschmelzvergaser nach Anspruch 6, dadurch gekenn­zeichnet, daß in der Zuführungsleitung (11) für sauer­stoffhaltiges Gas eine Mengenmeßvorrichtung (13) ange­ordnet ist und daß die Durchflußregelarmaturen (12, 15) in Abhängigkeit von der gemessenen Menge sauer­stoffhaltiges Gases steuerbar sind, derart, daß bei einem vorgegebenen Abfall der gemessenen Menge sauer­stoffhaltigen Gases die Durchflußregelarmatur (12) für das sauerstoffhaltige Gas geschlossen und die Durch­flußregelarmatur (15) für das inerte Gas geöffnet wer­den.
8. Einschmelzvergaser nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge­kennzeichnet, daß die Zuführungsleitung für inertes Gas aus zwei parallelen Leitungen (14, 17) für unter­schiedliche Zuführungsmengen besteht, die jeweils mit einer eigenen Durchflußregelarmatur (15, 18) versehen sind, und daß zu Beginn des Einleitens des inerten Gases zunächst beide Durchflußregelarmaturen (15, 18) und nach einer vorgegebenen Zeitspanne nur noch die Durchflußregelarmatur (18) in der Leitung (17) mit der geringeren Zuführungsmenge feöffnet sind.
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