NL8303704A

NL8303704A - METHOD FOR HEATING TREATMENT AIR FOR INDUSTRIAL PURPOSES

Info

Publication number: NL8303704A
Application number: NL8303704A
Authority: NL
Original assignee: Skf Steel Eng Ab
Priority date: 1983-03-28
Filing date: 1983-10-27
Publication date: 1984-10-16
Also published as: FR2543666B1; FI78808B; NO162260B; SE8301698D0; GB8327156D0; NO162260C; FI833881A; GB2138256B; IT8323429A0; ZA837916B; BE898091A; ES8407356A1; SE435998B; KR840007951A; SE8301698L; GB2138256A; BR8306324A; FI78808C; FI833881A0; FR2543666A1

Description

*-a> . A* -a>. a

Werkwijze voor het verwarmen van behandelingslucht voor industriële doeleinden.Process for heating treatment air for industrial purposes.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het tot een vooraf te bepalen temperatuur verwarmen van behandelingslucht voor indus triële doeleinden.The invention relates to a method for heating treatment air for industrial purposes to a predetermined temperature.

Het verbruik van behandelingsgas, in het bijzonder lucht op hoge 15 temperatuur, is bij vele industriële behandelingen aanzienlijk. Gebruikelijke werkwijzen voor het verwarmen van dergelijke grote hoeveelheden gas, bij voorbeeld het gebruik van warmtewisselaars, vereisen te hoge investeringen, en derhalve is het de laatste jaren gebruikelijker geworden fossiele brandstoffen, zoals steenkool, cokes, 20 aardgas, olie, enz. te verbranden. Zowel vanuit het gezichtspunt van het milieu als vanuit de techniek, geeft een dergelijke verbranding moeilijkheden, te weten voor wat betreft het milieu in hoofdzaak als gevolg van zodoende vrijgemaakte zwavel verontreinigingen, die het zuurraaken en rook- en roetafzettingen tot gevolg hebben, en voor wat 25 betreft de techniek omdat zwavel in bepaalde behandelingen niet toelaatbaar is, zoals verschillende behandelingen voor het vervaardigen van ijzer en staal. Ook is er het kostenaspect, aangezien de prijs van fossiele brandstoffen ongewoon is toegenomen.The consumption of treatment gas, in particular high temperature air, is considerable in many industrial treatments. Conventional methods of heating such large amounts of gas, for example using heat exchangers, require too high investments, and it has therefore become more common in recent years to burn fossil fuels such as coal, coke, natural gas, oil, etc. From both the environmental and the technical point of view, such combustion presents environmental difficulties, mainly due to the sulfur impurities released thereby, resulting in acidification and smoke and soot deposits, and 25 relates to the technique because sulfur is not permissible in certain treatments, such as different treatments for the manufacture of iron and steel. There is also the cost aspect, as the price of fossil fuels has increased unusually.

De voorgaande moeilijkheden hebben natuurlijk vele deskundigen 30 bezig gehouden. Ook bij de vervaardiging van staal is een aantal werkwijzen ontwikkeld voor het verhogen van de temperatuur van blaasgas in een hoogoven met als doel het vergroten van de produktie en het tegelijkertijd verminderen van het cokes verbruik. Bij deze bekende werkwijze wordt het blaasgas geheel of gedeeltelijk geleid door een 35 plasma, opgewekt in een bekende plasma generator met behulp van een 8303704 2 electrische boog. Het voordeel van een plasma generator is de grote mate van doelmatigheid, die vrijwel 90% bereikt, en dat een uiterst hoge temperatuur kan worden bereikt, gewoonlijk boven 3000°C.Of course, the foregoing difficulties have occupied many experts. Also in the manufacture of steel, a number of methods have been developed for increasing the temperature of blowing gas in a blast furnace with the aim of increasing production and at the same time reducing coke consumption. In this known method, the blowing gas is wholly or partly passed through a plasma generated in a known plasma generator using an 8303704 2 electric arc. The advantage of a plasma generator is the high degree of efficiency, which reaches almost 90%, and that an extremely high temperature can be achieved, usually above 3000 ° C.

In een plasma, opgewekt in een plasma generator, is een aantal 5 atomen en moleculen geïoniseerd, welke geïoniseerde deeltjes bijzonder reaktief zijn. Wanneer een luchtstroming van een plasmagas naar gebruikelijke omstandigheden bij een lage temperatuur verandert, worden echter stikstofoxyden naast stikstof en zuurstof verkregen.In a plasma, generated in a plasma generator, a number of 5 atoms and molecules have been ionized, which ionized particles are particularly reactive. However, when an air flow from a plasma gas changes to usual low temperature conditions, nitrogen oxides in addition to nitrogen and oxygen are obtained.

Zoals algemeen bekend, zijn stikstofoxyden uiterst giftig, en ver-10 oorzaken zij de vorming van salpeterzuur, dat de behandelingsuitrusting kan vernietigen. Bij de bekende werkwijze van het verwarmen van blaas-lucht voor een hoogoven, is de vorming van stikstofoxyden niet in beschouwing genomen, aangezien het opgewekte plasmagas direkt in de hoogoven wordt geblazen, waar de stikstofoxyden automatisch worden af-15 gebroken tijdens de doorgang door de lading in de hoogoven.As is well known, nitrogen oxides are extremely toxic, and cause the formation of nitric acid, which can destroy the treatment equipment. In the known blast air heating method for a blast furnace, the formation of nitrogen oxides has not been considered since the generated plasma gas is blown directly into the blast furnace where the nitrogen oxides are automatically degraded during passage through the charge in the blast furnace.

Het doel van de uitvinding is het opheffen van de hiervoor vermelde tekortkomingen en het verschaffen van een werkwijze voor het verwarmen van behandelingslucht, zonder dat de behandelingslucht verontreinigd raakt en zonder de hiervoor vermelde vorming van stikstof-20 oxyden, welke werkwijze ook het goedkoper verwarmen tot gevolg heeft in vergelijking met het gebruikelijke verwarmen door middel van fossiele brandstoffen.The object of the invention is to overcome the aforementioned shortcomings and to provide a process for heating treatment air, without the treatment air becoming contaminated and without the aforementioned formation of nitrogen oxides, which method also involves heating more cheaply to compared to conventional fossil fuel heating.

Dit is bij de in de aanhef beschreven werkwijze in hoofdzaak bereikt, doordat een gasstroming, die geen vrije stikstof of zuurstof 25 bevat, door een plasma generator wordt geleid en daarin wordt verwarmd tot een hoge temperatuur, en doordat het zodoende gevormde plasmagas wordt gemengd met een stroming van behandelingslucht in zodanige verhoudingen, dat een vooraf te bepalen temperatuur wordt bereikt in de verkregen gasstroming.This has mainly been achieved in the method described in the opening paragraph, in that a gas flow, which does not contain free nitrogen or oxygen, is passed through a plasma generator and heated therein to a high temperature, and in that the plasma gas thus formed is mixed with a flow of treatment air in such proportions that a predetermined temperature is reached in the resulting gas flow.

30 De in de plasma generator verwarmde gasstroming bestaat bij voorkeur uit waterdamp of stoom. Verrassenderwijze is gebleken, dat zelfs geen stikstofoxyden worden gevormd in het menggebied, waar het hete door stoom geproduceerde plasmagas wordt gemengd met lucht.The gas flow heated in the plasma generator preferably consists of water vapor or steam. Surprisingly, it has been found that not even nitrogen oxides are formed in the mixing area, where the hot steam-produced plasma gas is mixed with air.

Volgens een andere voorkeursuitvoeringsvorm, wordt de in de 35 plasma generator gebruikte stoom volledig of gedeeltelijk opgewekt met 8303704 ** ώ 3 behulp van de koelwater verliezen van de plasma generator.According to another preferred embodiment, the steam used in the plasma generator is wholly or partly generated with 8303704 ** ώ 3 using the cooling water losses of the plasma generator.

De uitvinding wordt nader* toegelicht aan de hand van de tekening, waarin: fig. 1 schematisch een uitvoeringsvorm toont van de inrichting, 5 fig. 2 schematisch een met de inrichting uitgeruste installatie voor het vormen van vormstukjes en voorzien van een transportrooster, en fig. 3 een doorsnede is volgens de lijn III-III in fig. 2.The invention is further elucidated with reference to the drawing, in which: fig. 1 schematically shows an embodiment of the device, fig. 2 schematically a plant equipped with the device for forming moldings and provided with a transport grid, and fig. 3 is a sectional view taken on the line III-III in Fig. 2.

Fig. 1 toont dus schematisch een plasma generator 1. De plasma generator 1 is voorzien van een toevoerleiding 2 voor een te verwarmen 10 gasstroming, bij voorkeur bestaande uit waterdamp. Bij het gaan door de electrische boog, geproduceerd in de plasma generator, verkrijgt het gas een plasma toestand, en wordt een zogenoemd "plasmagas" gevormd.Fig. 1 therefore schematically shows a plasma generator 1. The plasma generator 1 is provided with a supply line 2 for a gas flow to be heated, preferably consisting of water vapor. As it passes through the electric arc produced in the plasma generator, the gas acquires a plasma state and a so-called "plasma gas" is formed.

Direkt volgende op de plasma generator, gezien in de stromingsrichting, bevindt zich een met water gekoeld blaasmondstuk 3 met lansen 4 voor 15 de toevoer van aanvullend materiaal. Het luchtvolume, dat moet worden verwarmd, wordt direkt volgende op het blaasmondstuk toegevoegd aan het plasmagas met de uiterst hoge temperatuur, hetgeen wordt uitgevoerd door een inlaat 7, die voert in een zogenoemd meng- of reaktie-gebied 8.Immediately following the plasma generator, viewed in the flow direction, there is a water-cooled blowing nozzle 3 with lances 4 for the supply of additional material. The volume of air to be heated is added immediately after the blowing nozzle to the plasma gas with the extremely high temperature, which is carried out through an inlet 7, which enters a so-called mixing or reaction area 8.

20 De metalen onderdelen van de plasma generator worden met water gekoeld, waarbij ongeveer 15% van de energie-invoer van de plasma generator ontsnapt als koelwater verliezen. Door het zodanig samenstellen van de plasma generator, dat de druk en temperatuur kunnen worden verhoogd, kan het koelwater worden gebruikt voor stoom opwekking in 25 een warmtewisselaar. De druk van de door de plasma generator te voeren stoom moet bij voorkeur 3-4 bar zijn, hetgeen een temperatuur geeft van ongeveer 120°C, en de koelkanalen van de plasma generator moeten dus zijn uitgevoerd om althans deze omstandigheden mogelijk te maken, hetgeen geen moeilijkheden geeft.20 The metal parts of the plasma generator are cooled with water, with about 15% of the energy input of the plasma generator escaping as cooling water losses. By assembling the plasma generator in such a way that the pressure and temperature can be increased, the cooling water can be used for steam generation in a heat exchanger. The pressure of the steam to be passed through the plasma generator should preferably be 3-4 bar, giving a temperature of about 120 ° C, and thus the cooling channels of the plasma generator should be designed to allow at least these conditions, which no difficulties.

30 Fig. 2 toont het gebruik van de inrichting in een installatie voor het vormen van vormstukjes met een transportrooster. In de weergegeven installatie is een transportband 11 zonder einde aanwezig, bestaande uit een groot aantal met elkaar verbonden en op spoorstaven lopende transportwagens 12. De transportwagens zijn bestemd voor het 35 transport van ge-agglomereerde ijzererts concentraten, "vormstukjes", 8303704 4 door een oven 13. De vormstukjes worden doorlopend aan de transportwagens 12 geleverd via een rollenzeef 14. De transportwagens 12 gaan door twee drooggebieden 15, 16, een voorverwarmingsgebied 17, een sintergebied 18 met twee nasintergebieden 18a, 18b, en twee koelge-5 bieden 19, 20 in de genoemde volgorde. De onderkanten van de transportwagens 12 laten lucht door en kunnen in de vorm zijn van roosters of zeven.FIG. 2 shows the use of the device in a molding installation with a transport grid. In the installation shown there is an endless conveyor belt 11, consisting of a large number of transport trolleys 12 connected to each other and running on rails. The transport trolleys are intended for the transport of agglomerated iron ore concentrates, "shaped pieces", 8303704 4 oven 13. The moldings are continuously supplied to the transport trolleys 12 via a roller screen 14. The transport trolleys 12 pass through two drying areas 15, 16, a preheating area 17, a sintering area 18 with two post-sintering areas 18a, 18b, and two cooling areas 19, 20 in the order listed. The undersides of the transport trolleys 12 allow air to pass through and can be in the form of grids or sieves.

Koellucht uit een of ander deel van de behandeling kan worden gebruikt als behandelingslucht voor de installatie voor het vormen 10 van vormstukjes. De lucht wordt geleverd door een koelventilator 21, in welk geval de lucht eerst in de koelgebieden 19, 20 wordt geblazen. Een kleine hoeveelheid lucht stroomt door het laatste koelgebied 20, wordt door een luchtdroogventilator 22 toegevoerd aan het eerste drooggebied 15 om naar boven te stromen door de laag vormstukjes in de 15 transportwagens en door een afvoerventilator 23 naar een schoorsteen 24.Cooling air from some part of the treatment can be used as treatment air for the molding plant. The air is supplied by a cooling fan 21, in which case the air is first blown into the cooling areas 19, 20. A small amount of air flows through the last cooling area 20, is supplied by an air drying fan 22 to the first drying area 15 to flow upwards through the layer of moldings in the transport wagons and through a discharge fan 23 to a chimney 24.

Het merendeel van de ingezogen lucht wordt naar boven geleid in een pijp of kap 25, waarna de lucht naar beneden stroomt door kanalen 1 25a, 25b naar branders 26, 26, die zijn aangebracht in respectievelijk 20 het voorverwarmingsgebied 17 en het sintergebied 18. Ee n geschikte verdeling kan vier paren branders zijn in het voorverwarmingsgebied, en zeven paren branders in het sintergebied.Most of the air drawn in is led upwards in a pipe or hood 25, after which the air flows down through channels 1 25a, 25b to burners 26, 26, which are arranged in the preheating area 17 and the sintering area 18, respectively. One suitable distribution can be four pairs of burners in the preheating region, and seven pairs of burners in the sinter region.

Een kleine hoeveelheid van de koellucht wordt gedwongen naar beneden te stromen door de transportwagens in het nasintergebied 18b, zo-25 dat de sinterbehandeling zelfs wordt voltooid in de onderste lagen vormstukjes in de transportwagens.A small amount of the cooling air is forced to flow down through the transport carts in the after-sintering region 18b, so that the sintering treatment is even completed in the bottom layers of moldings in the transport carts.

Een terugwinventilarot 28 is aangebracht onder de sintergebieden 18a, 18b, waarbij de lucht dan wordt geleverd door een pijp 29 aan het tweede drooggebied, en dan na de doorgang door de met vormstukjes 30 gevulde transportwagens naar buiten wordt geblazen door de schoorsteen samen met de lucht uit het sintergebied.A recovery fan rot 28 is provided under the sintering areas 18a, 18b, the air then being supplied through a pipe 29 to the second drying area, and then blown out through the flue after the passage through the molded carts along with the air from the sinter area.

Bij toepassing van de onderhavige werkwijze in een dergelijke installatie voor het vormen van vormstukjes, worden zes van de brander-paren in het sintergebied bij voorkeur vervangen door plasma genera-35 toren volgens fig. 1. De noodzakelijke verwarming van de lucht wordt 8303704 5 dus bereikt zonder de vorming van stikstofoxyden.When using the present method in such a molding plant, six of the burner pairs in the sinter region are preferably replaced by plasma generators according to Fig. 1. The necessary air heating is thus 8303704. achieved without the formation of nitrogen oxides.

Het volume van de verstuivingslucht, gewoonlijk gebruikt voor de oliebranders, is voldoende voor gebruik in de plasma generatoren. Enige andere omvorming van de behandeling, zoals het installeren van aanvul-5 lende ventilatoren of compressoren, is derhalve nodig indien de be-handelingslucht voor de installatie voor het vormen van vormstukjes met de onderhavige werkwijze wordt verwarmd. Het enige, dat nodig is, is het monteren van de onderhavige plasma branders met hun electrische uitrusting en toebehoren, en verbinding met een waterdamp- of andere 10 gasbron.The atomizing air volume commonly used for the oil burners is sufficient for use in the plasma generators. Some other transformation of the treatment, such as the installation of additional fans or compressors, is therefore necessary if the treatment air for the molding plant is heated by the present method. All that is required is to assemble the subject plasma burners with their electrical equipment and accessories, and connect to a water vapor or other gas source.

Fig. 3 toont een doorsnede van de installatie volgens fig. 2 volgens de lijn III-III van het sintergebied. Te zien is, dat de transportwagens 12 met wielen 31 op spoorstaven 32 lopen. De tot 900°C verwarmde lucht stroomt vanuit de kap 25 naar beneden door de kanalen 15 25a en 25b naar het gebied van de branders, waar de lucht wordt verwarmd, gaat het ovengebied 33 binnen en gaat naar beneden door de met vormstukjes gevulde transportwagens. Fig. 3 toont de inrichting, onder gebruikmaking van de plasma generatoren volgens fig. 1. De werking van de installatie wordt duidelijker in samenhang met het onderstaand be-20 schreven voorbeeld.Fig. 3 is a sectional view of the plant of FIG. 2 taken along line III-III of the sintering region. It can be seen that the transport wagons 12 with wheels 31 run on rails 32. The air heated to 900 ° C flows down from the hood 25 through the channels 15a and 25b to the area of the burners, where the air is heated, enters the oven area 33 and descends through the carts filled with moldings. Fig. 3 shows the device using the plasma generators of FIG. 1. The operation of the installation becomes more apparent in connection with the example described below.

Op te merken is, dat de toepassing van de beschreven werkwijze slechts een van de vele technische toepassingen is, die kan worden verwezenlijkt dankzij het op bevredigende wijze zijn opgelost van het vraagstuk van de vorming van stikstofoxyden.It is to be noted that the application of the described process is only one of many technical applications that can be achieved by satisfactorily solving the problem of nitrogen oxides formation.

25 De uitvinding wordt nader toegelicht door middel van een voor beeld in samenhang met de schematisch in de fig. 2 en 3 weergegeven installatie voor het vormen van vormstukjes.The invention is further elucidated by means of an example in connection with the installation for molding moldings schematically shown in Figures 2 and 3.

VoorbeeldExample

De produktie in de installatie wordt aangenomen op 420 ton vorm-30 stukjes/h. Vroeger in de behandeling gebruikte lucht met een temperatuur van ongeveer 900°C, wordt in eerste instantie gebruikt. Zoals bekend, is een temperatuur van ongeveer 1300°C nodig voor de feitelijke sinterbehandeling. Binnenkomende vormstukjes mogen echter niet worden onderworpen aan een plotselinge temperatuursverhoging tot 1300°C. De 35 inrichting is dus, zoals duidelijk uit de voorgaande gedetailleerde 8303704 J' 6 * * beschrijving, zodanig ontworpen, dat drooglucht met een temperatuur van ongeveer 250°C wordt gebruikt in een eerste drooggebied, waarbij de luchttemperatuur geleidelijk wordt verhoogd in voorverwarmingsge-bieden. Naverwarmingsgebieden zijn aangebracht volgende op het sinter-5 gebied, zodat zelfs de onderste vormstukjes tijd hebben om te worden gesinterd. Het is dus in het feitelijke sintergebied, dat de noodzaak aanwezig is de vroegere oliebranders te vervangen door de onderhavige plasma generatoren.The production in the installation is assumed to be 420 tons of mold-30 pieces / h. Air previously used in the treatment at a temperature of about 900 ° C is initially used. As is known, a temperature of about 1300 ° C is required for the actual sintering treatment. However, incoming moldings should not be subject to a sudden temperature increase to 1300 ° C. Thus, as evident from the foregoing detailed 8303704 J '6 * * description, the device is designed such that drying air with a temperature of about 250 ° C is used in a first drying area, gradually increasing the air temperature in preheating areas. . Post-heating areas are provided following the sinter-5 area, so that even the bottom moldings have time to be sintered. Thus, it is in the actual sintering region that there is a need to replace the former oil burners with the present plasma generators.

De energie, nodig voor het vermelde produktievermogen is 39 MW, 10 overeenkomende met 3,4 ton olie/h voor het verwarmen van ongeveer 70000 Nm3 lucht/h.The energy required for the stated production capacity is 39 MW, corresponding to 3.4 tons of oil / h for heating about 70,000 Nm3 of air / h.

De oveninstallatie met transporteur heeft bij het voorbeeld elf paren branders, waarvan er zeven zich in het sintergebied bevinden. Bij deze toepassing, zijn de zes laatste paren branders bij voorkeur 15 vervangen door zes plasma generatoren, die in paren zijn verbonden.For example, the furnace installation with conveyor has eleven pairs of burners, seven of which are located in the sintering region. In this application, the last six pairs of burners are preferably replaced by six plasma generators connected in pairs.

Het gasvolume, dat door de plasma generatoren gaat voor het produceren van het plasmagas, vormt in het algemeen slechts ongeveer 10% van het volume van de behandelingslucht, die uiteindelijk wordt gebruikt voor het sinteren. De uitgangstemperatuur van deze gasstroming is derhalve 20 niet kritisch.The volume of gas that passes through the plasma generators to produce the plasma gas generally only constitutes about 10% of the volume of the treatment air, which is ultimately used for sintering. The starting temperature of this gas flow is therefore not critical.

Een voorwaarde voor een goede behandelingsontwikkeling in installaties, die grote investeringssommen vereisen, zoals een installatie voor het vormen van vormstukjes, is natuurlijk dat verbeteringen kunnen worden bereikt bij een minimale verstoring van de bestaande 25 uitrusting. Aan deze eis wordt in het onderhavige geval voldaan, omdat alleen de oliebrandereenheden moeten worden vervangen door plasma generatoren met een electrische uitrusting voor hun energietoevoer, en bepaalde ondergeschikte toebehoren.Of course, a prerequisite for good treatment development in installations requiring large investment sums, such as a molding plant, is that improvements can be achieved with minimal disruption to existing equipment. This requirement is met in the present case, since only the oil burner units need to be replaced by plasma generators with electrical equipment for their energy supply, and certain minor accessories.

De energiebehoefte voor plasma generatoren en oliebranders·is 30 nagenoeg gelijk. De doelmatigheid van de plasmabranders is echter groter dan die van de oliebranders. De belangrijke faktor is echter, dat fossiele brandstof, waarvan de kosten uiterst snel toenemen, kan worden vervangen door electriciteit, die aanzienlijk goedkoper is.The energy requirement for plasma generators and oil burners is almost the same. However, the efficiency of the plasma burners is greater than that of the oil burners. However, the important factor is that fossil fuel, the cost of which is increasing extremely rapidly, can be replaced by electricity, which is considerably cheaper.

Het is duidelijk, dat veranderen en verbeteringen kunnen worden 35 aangebracht zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.It is clear that changes and improvements can be made without departing from the scope of the invention.

83037048303704

Claims

Method for heating treatment air for industrial purposes to a predetermined temperature, characterized in that a gas flow without free nitrogen or oxygen is passed through a plasma generator and heated therein to a high temperature, the thus formed plasma gas is mixed in proportions with a flow of treatment air to achieve a predetermined temperature in the resulting gas flow.

A method according to claim 1, characterized in that the gas flow heated in the plasma generator consists of water vapor.

Method according to claim 1, characterized in that the steam to be heated in the plasma generator is wholly or partly produced with the aid of the cooling water losses of the plasma generator.

A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the plasma gas produced in the plasma generator is mixed immediately after the plasma generator with the flow of treatment air.

5. A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the gas radiation heated in the plasma generator constitutes about 10% of the treatment air flow.

6. Method substantially as described in the description and shown in the drawing. 8303704