LU85224A1

LU85224A1 - METHOD FOR CONTROLLING THE FLAME TEMPERATURE IN SHAFT OVENS

Info

Publication number: LU85224A1
Application number: LU85224A
Authority: LU
Inventors: Koster Joseph; Schmit Romain
Original assignee: Arbed
Priority date: 1984-02-21
Filing date: 1984-02-21
Publication date: 1985-09-12
Also published as: GB2155603A; BE901748A; DE3502360A1; SE8500453L; GB8502804D0; SE8500453D0; NL8500309A; GB2155603B; FR2559785A1

Description

Verfahren zur Regelung der Flammentemperatur in SchachtöfenProcess for controlling the flame temperature in shaft furnaces

Me Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Flammentem-peratur in Schachtöfen im Verlauf der Rohmetallherstellung.Me invention relates to a method for controlling the flame temperature in shaft furnaces in the course of raw metal production.

55

Die Flammentemperatur in Schachtöfen kann im Prinzip über die Wind— temperatur geregelt werden; man ist bestrebt, eine dem Mö'ller zugeordnete Flammentemperatur meist auf empirischem Wege zu ermitteln und diese dann in einer geeigneten Weise einzustellen.In principle, the flame temperature in shaft furnaces can be regulated via the wind temperature; one endeavors to determine a flame temperature associated with the Mö'ller mostly empirically and then to set it in a suitable manner.

1010th

Es ist bekannt, dass man beim Betreiben von Schachtöfen die Flammentemperatur senken und gleichzeitig den Verbrauch an teuren Reduktionsmitteln merklich herabsetzen kann, indem man billigere Reduktionsmittel zusammen mit dem Heisswind durch die Blasformen in den 15 Ofen einführt. So kann man bspw. in Hochöfen einen gewissen Anteil des Kokses durch feste Brennstoffe wie Braunkohle, Kohle, flüssige Brennstoffe oder gasförmige Brennstoffe ersetzen, wobei das Hochofengas seinen Heizwert behält und u.U. sogar gesteigert wird.It is known that when operating shaft furnaces, the flame temperature can be reduced and at the same time the consumption of expensive reducing agents can be significantly reduced by introducing cheaper reducing agents together with the hot wind through the blow molds into the furnace. For example, in blast furnaces, a certain proportion of the coke can be replaced by solid fuels such as lignite, coal, liquid fuels or gaseous fuels, the blast furnace gas maintaining its calorific value and possibly. is even increased.

20 Es ist auch bekannt, dass die Einführung von Wasserdampf in den Hochofen, die ebenfalls durch die Blasformen erfolgt, einerseits zu einer deutlichen Abkühlung im Flammenbereich führt, wobei Uber die Spaltung der Wassermoleküle Sauerstoff entsteht, der sich mit Koks-ICohlenstoff zu Kohlenmonoxid verbindet und, dass andererseits •"7 25 Wasserstoff entsteht, der wie Kohlenmonoxid ein Reduktionsmittel ist und der den Heizwert des Hochofengases erhöht.20 It is also known that the introduction of steam into the blast furnace, which also takes place through the blow molding, leads on the one hand to a significant cooling in the flame area, whereby the splitting of the water molecules produces oxygen, which combines with coke-carbon to form carbon monoxide and that on the other hand • 7 25 hydrogen is produced which, like carbon monoxide, is a reducing agent and increases the calorific value of the blast furnace gas.

Sei es, dass man dem Schachtofen feste, flüssige oder gasförmige Hilfsmittel zusetzt, so müssen jedenfalls die Blasformen ent- » _ ο — ί.Be it that solid, liquid or gaseous aids are added to the shaft furnace, the blow molds must in any case- »_ ο - ί.

sprechend umgerüstet werden und es müssen verlässliche Quellen für diese Hilfsmittel vorhanden sein. So ist es auch nicht überraschend, dass der apparative Aufwand, sowie die Kosten für die Anschaffung der Hilfsmittel, die erzielten Ersparnisse zum Teil oder auch ganz 5 Aufheben.be converted accordingly and there must be reliable sources for these aids. It is therefore not surprising that the expenditure on equipment, as well as the costs for the purchase of the aids, the savings achieved in part or even entirely.

* ' Die Aufgabe der Erfindung bestand darin, ein Verfahren zu entwickeln das eine Regelung der Flammentemperatur im Schachtofen erlaubt, die unter Verwendung eines allgemein verfügbaren, billigen Hilfsmittels 10 und unter Inanspruchnahme eines Minimums an apparativem sowie an energiebezogenem Aufwand erfolgt und das obendrein gestattet, den Heizwert des Schachtofengases zu erhöhen.* 'The object of the invention was to develop a method that allows control of the flame temperature in the shaft furnace, which is carried out using a generally available, inexpensive tool 10 and using a minimum of equipment and energy-related effort and which also allows To increase the calorific value of the shaft furnace gas.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass man die 15 Flammentemperatur über den Gehalt an Feuchtigkeit der Frischluft regelt, die in den Winderhitzer eingeblasen wird, wobei einem erhöhten Feuchtigkeitsgehalt eine erniedrigte Flaramentemperatur sowie ein erhöhter Gehalt an Wasserstoff im Ofenabgas entsprechen. Diese Feuchtigkeit gelangt im Endeffekt als überhitzter Wasserdampf in den 20 Schhatofen; ein weiteres Merkmal des erfindungsgemMssen Verfahrens besteht darin, dass man den benötigten Wasserdampf ausschliesslich mit Hilfe systemeigener Energie herstellt. Dies kann erfolgen indem man sich der latenten Wärme der Frischluft bedient, die in den Winderhitzer eingeblasen und durch die Arbeit eines Verdichters auf mehr 25 als 100°C erhitzt wird.This object is achieved according to the invention in that the flame temperature is regulated via the moisture content of the fresh air which is blown into the hot-air heater, an increased moisture content corresponding to a reduced flame temperature and an increased hydrogen content in the furnace exhaust gas. In the end, this moisture reaches the heated oven as superheated steam; Another feature of the method according to the invention is that the water vapor required is produced exclusively with the aid of the system's own energy. This can be done by using the latent heat of the fresh air, which is blown into the hot air heater and heated to more than 25 ° C by the work of a compressor.

Das erfindungsgemässe Verfahren bringt mehrere Vorteile mit sich: irThe method according to the invention has several advantages: ir

Moderne Schachtöfen werden im Gegendruckverfahren betrieben, so dass 30 die Frischluft auf Drucke oberhalb des Betriebsdrucks verdichtet werden muss, wobei sie erhitzt wird. Ein erster Vorteil besteht darin, dass es überraschenderweise nicht ungünstig, sondern ausgesprochen günstig ist, die dem Winderhitzer zugeführte heisse .Frischluft zu kühlen. Der Grund hierfür liegt in der Tatsache, dass 35 diedem Winderhitzer Uber die Frischluft zugeführte Wärme nur ira unteren Teil des Winderhitzers wirkt, d.h. dass das Tragegestell der Mauerung thermisch beansprucht wird. Beim Umschalten des - 3 -Modern shaft furnaces are operated in the back pressure process, so that the fresh air must be compressed to pressures above the operating pressure, whereby it is heated. A first advantage is that it is surprisingly not unfavorable, but extremely cheap, to cool the hot fresh air supplied to the hot air heater. The reason for this lies in the fact that the heat supplied to the fan heater via the fresh air only acts on the lower part of the fan heater, i.e. that the support frame of the wall is thermally stressed. When switching the - 3 -

Winderhitzers von der Blasphase auf die Heizphase, geht diese Wärme ohnehin verloren, indem sie mit der Abluft durch den Kamin abzieht.Winderhitzers from the blowing phase to the heating phase, this heat is lost anyway by pulling through the chimney with the exhaust air.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass es erfin-5 dungsgemäss genügt, in die Frischwindleitung, anschliessend an den Verdichter eine kontrollierte Menge Wasser einzudüsen um zu er-- reichen, dass dieses im Flammenbereich des Schachtofens zu Sauer stoff und zu Wasserstoff zerlegt wird. Dies heisst, dass man auf die Zuhilfenahme eines aufwendigen Dampferzeugers verzichten kann, da 10 die zum Betreiben des Verfahrens benötigte Einrichtung auf einen regelbaren Wasserzerstäuber mit Pumpe beschränkt ist.Another advantage of the method is that, according to the invention, it is sufficient to inject a controlled amount of water into the fresh wind line, then to the compressor, so that it is broken down into oxygen and hydrogen in the flame area of the shaft furnace . This means that the use of a complex steam generator can be dispensed with, since the device required to operate the method is limited to a controllable water atomizer with a pump.

Ein weiterer Voteil beruht auf der Möglichkeit, im Winderhitzer selbst die hohe Temperatur einzustellen, die sich für das Wärrae-15 trägermaterial eignet. So ist es bekannt, dass Winderhitzer mit einer Ausmauerung aus Silikat-Steinen auf hohen Temperaturen gefahren werden müssen. Dies bringt selbstverständlich entsprechend hohe Windtemperaturen mit sich. Will der Hochofenbetreiber jedoch aus bestimmten Gründen die Flammentemperatur im Hochofen senken, bspw. 20 wegen einer unumgänglichen Aenderung in der Möller-Zusammensetzung, so kann er dies tun, ohne nennenswerte Kosten auf sich zu nehmen, indem er gemäss der Erfindung den Feuchtigkeitsgehalt der Frischluft erhöht.Another advantage is based on the possibility of setting the high temperature in the hot-blast heater itself, which is suitable for the heat carrier material. It is known, for example, that hot air heaters with a brick made of silicate stones have to be operated at high temperatures. Of course, this entails correspondingly high wind temperatures. However, if the blast furnace operator wants to lower the flame temperature in the blast furnace for certain reasons, e.g. 20 due to an inevitable change in the Möller composition, he can do this without incurring any significant costs by increasing the moisture content of the fresh air according to the invention .

25 Die bei der Anwendung des Verfahrens resultierende Erhöhung des Hochofengas-Heizwertes stellt einen zusätzlichen Vorteil dar. So konnte der Anmelder beobachten, dass der Wasserstoffgehalt des Hoch-ofengases bei einer Frischluft-Feuchtigkeit von lOg/Nnr rund 0,6 % beträgt, wobei dieser Wert auf etwa 1,2% steigt, wenn man die Luft-30 Feuchtigkeit auf 20g/Nm^ erhöht.25 The increase in the blast furnace gas calorific value resulting from the application of the method represents an additional advantage. Thus, the applicant was able to observe that the hydrogen content of the blast furnace gas with a fresh air humidity of 10 g / no. Is around 0.6%, whereby this Value increases to about 1.2% when the air-30 humidity is increased to 20g / Nm ^.

Ferner wurde beobachtet, dass das Eindüsen von Wasser in die Frisch-*; luftleitung mit einem regelmässigerera Ofengang d.h. mit Druckabfall verbunden ist, der den Stromverbrauch des Verdichtermotors senkt.It was also observed that the injection of water into the fresh *; air duct with a regular furnace cycle i.e. is associated with a pressure drop that lowers the power consumption of the compressor motor.

3535

Allerdings wird darauf hingewiesen, dass das einzudüsende Wasser vorzugsweise entraineralisiert sein soll. In der Tat könnten Kallcab- - 4 - lagerungen auf der Winderhitzerausmauerung zu Schwierigkeiten führen, indem im feuerfesten Material eine Schmelzpunkterniedrigung auftreten könnte.However, it is pointed out that the water to be injected should preferably be de-mineralized. In fact, Kallcab - 4 - storage on the hot-water heater brickwork could lead to difficulties in that a melting point lowering could occur in the refractory material.

5 Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Beispiels näher erläutert, wobei die5 The invention is explained in more detail below using an example, the

Fig. 1 schematisch eine mögliche Ausgestaltung des Erfindungs-gedankens darstellt.Fig. 1 shows schematically a possible embodiment of the inventive concept.

1010th

Der Schachtofen 5 ist über eine mit einem Schieber V3 versehenen Leitung 6 mit einem Winderhitzer 1 verbunden. Dieser beinhaltet im wesentlichen ein Traggestell 11 sowie Hitzespeicherelemente 10. Der Winderhitzer 1 ist ausserdem über eine mit einem Schieber VI ver-15 sehene Leitung 8 mit einem Kamin 3 sowie über eine mit einem Schieber V2 versehene Leitung 7 mit einem Verdichter 4 verbunden. Während der Aufheizphase des Winderhitzers sind die Schieber V3 und V2 geschlossen, Schieber VI ist geöffnet und ein Brenner 2 wird mit Gas G und Luft A gespeist.The shaft furnace 5 is connected to a hot air heater 1 via a line 6 provided with a slide V3. This essentially includes a support frame 11 and heat storage elements 10. The wind heater 1 is also connected to a chimney 3 via a line 8 provided with a slide VI and a line 7 provided with a slide V2 to a compressor 4. During the heating phase of the hot water heater, the slide valves V3 and V2 are closed, slide valve VI is open and a burner 2 is fed with gas G and air A.

20 Während der Blasphase hingegen ist der Brenner 2 nicht in Betrieb, der Schieber VI ist geschlossen und die Schieber V2 und V3 sind geöffnet. Der Verdichter 4 bläst dann Frischluft in den Winderhitzer 1 hinein wo diese aufgeheizt wird bevor sie in den Schachtofen 5 ge-25 langt. Ein Messgerät 16 überwacht die Flammentemperatur im Schachtofen 5 und ist, unter Zwischenschaltung eines Wandlers, mit einem Rechner 9 verbunden. Dieser vergleicht die Temperaturmesswerte mit vorbestimmten Sollwerten und betätigt dementsprechend den Regelschieber 14, so dass die Menge Wasser, welche zum Einstellen der ge-30 wünschten Flammentemperatur benötigt wird, von einem Behälter 13 mit kalkfreiem Wasser in eine in der Leitung 7 angeordnete Zerstäuber-Düse 15 gelangt. Da die aus dem Verdichter 4 austretende Luft eine Temperatur von z.B. 170°C aufweist, gelangt ein Gemisch aus Luft und .Wasserdampf in den Winderhitzer 1.20 During the blowing phase, however, the burner 2 is not in operation, the slide VI is closed and the slide V2 and V3 are open. The compressor 4 then blows fresh air into the hot air heater 1 where it is heated before it reaches the shaft furnace 5. A measuring device 16 monitors the flame temperature in the shaft furnace 5 and, with the interposition of a converter, is connected to a computer 9. This compares the temperature measurement values with predetermined target values and actuates the control slide 14 accordingly, so that the amount of water required to set the desired flame temperature is transferred from a container 13 with lime-free water into an atomizer nozzle 15 arranged in the line 7 reached. Since the air emerging from the compressor 4 has a temperature of e.g. 170 ° C, a mixture of air and water vapor enters the hot air heater 1.

3535

Statt das Wasser der Frischluft nach deren Verdichtung zuzuführen, kann man natürlich auch die Feuchtigkeit der vom Verdichter an- gesaugten Luft erhöhen. Ausserdem besteht die Möglichkeil Frischluft statt Wasser, Wasserdampf zusetzen, wobei es sich i lieh anbietet (siehe Vorteile der Erfindung) Wasser mittels s; ^^B eigener Energie, beispielsweise einem Wärmeaustauscher ii 5 Leitung 7, zu verdampfen. Erfindungswesentlich ist, dass der ' tigkeitsgehalt der Frischluft, bevor sie in den Winderhitz j^^B * * langt, auf einen Sollwert abgestellt wird.Instead of supplying the water to the fresh air after it has been compressed, you can of course also increase the humidity of the air drawn in by the compressor. In addition, there is the possibility of adding fresh air instead of water to water vapor, where it lends itself (see advantages of the invention) water by means of s; ^^ B to evaporate its own energy, for example a heat exchanger ii 5 line 7. It is essential to the invention that the activity content of the fresh air, before it reaches the heat of wind ^ ^ B * *, is set to a target value.

" Die Regelung kann, wie im Ausführungsbeispiel beschrieben, 10 Ueberwachung der Flammentemperatur und mittels eines Rechner tinuierlich vorgenommen werden. Es besteht aber auch die Mö H keit, die Feuchtigkeit der bspw. von einem Kompressor anges"As described in the exemplary embodiment, the control can be carried out continuously by monitoring the flame temperature and by means of a computer. However, there is also the possibility of controlling the humidity of a compressor, for example

Luft zu Überwachen und mittels (für jeden Schachtofen zu t H mende) Eichkurven, die Feuchtigkeit der Luft auf den b B 15 bringen, welche zur gewünschten Flammentemperatur führt.Monitor the air and use calibration curves (for each shaft furnace) to bring the humidity of the air to the B B 15, which leads to the desired flame temperature.

1 ¥ i » *1 ¥ i »*

Claims

1. A method for regulating the flame temperature in shaft furnaces which are supplied with hot air via hot air heaters, characterized in that the regulation is carried out by controlling the moisture content of the fresh air which is blown into the hot air heater.

2. The method according to claim 1, characterized in that 10 monitors the flame temperature in the shaft furnace, compares it with a target value and, depending on this, loads the fresh air with a more or less large amount of water.

3. The method according to claim 1, characterized in that 15 monitors the moisture content of the fresh air and brings it by supplying controlled amounts of atomized water to an empirically determined target value, which leads to the desired flame temperature.

4. The method according to claims 2 or 3, characterized in that the fresh air is loaded with water after a compression phase.

5. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that to reduce the flame temperature and at the same time to increase the hydrogen content in the shaft furnace exhaust gas, the fresh air is supplied with an increased amount of atomized water.

6. The method according to claim 1, characterized in that the fresh air is loaded with water vapor, in particular native energy is used to evaporate the water.