NL8303704A - Werkwijze voor het verwarmen van behandelingslucht voor industriele doeleinden. - Google Patents

Description

*-a> . A

Werkwijze voor het verwarmen van behandelingslucht voor industriële doeleinden.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het tot een vooraf te bepalen temperatuur verwarmen van behandelingslucht voor indus triële doeleinden.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Voorbeeld

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Het is duidelijk, dat veranderen en verbeteringen kunnen worden 35 aangebracht zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

8303704

Claims (6)

1. Werkwijze voor het tot een vooraf te bepalen temperatuur verwarmen van behandelingslucht voor industriële doeleinden, met het kenmerk, dat een gasstroming zonder vrije stikstof of zuurstof door 5 een plasma generator wordt geleid en daarin wordt verwarmd tot een hoge temperatuur, waarbij het zodoende gevormde plasmagas in zodanige verhoudingen wordt gemengd met een stroming van behandelingslucht, dat een vooraf te bepalen temperatuur in de verkregen gasstroming wordt bereikt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de in de plasma generator verwarmde gasstroming bestaat uit waterdamp.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de in de plasma generator te verwarmen stoom geheel of gedeeltelijk wordt geproduceerd met behulp van de koelwater verliezen van de plasma generator.

4. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het in de plasma generator geproduceerde plasmagas direkt volgende op de plasma generator wordt gemengd met de stroming van behandelingslucht.

5. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het 20 kenmerk, dat de in de plasma generator verwarmde gasstroraing ongeveer 10% uitmaakt van de behandelingsluchtstroming.

6. Werkwijze in hoofdzaak zoals in de beschrijving beschreven en in de tekening weergegeven. 8303704