NO158980B - Fremgangsmaate og anordning ved oppvarmning av prosessluftfor industrielle formaal. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og en anordning for oppvarming av prosessluft for industrielle formål til en forutbestembar temperatur.

Forbruket av prosessgass, spesielt luft med høyere temperatur, er stort i mange industrielle prosesser. En konven-sjonell varmebehandling av slike store gassvolumer ved hjelp av f. eks. varmevekslere krever altfor store invest-eringer, og man har derfor i den senere tid stadig mer gått over til for denne oppvarming å anvende en forbrenning av fossile brensler såsom kull, koks, naturgass, olje osv. Både miljømessig og utfra prosesstekniske synspunkter er

en slik forbrenning problematisk - miljømessig spesielt ved herav følgende utslipp av svovelforbindelser som gir forsuring av miljøet samt nedsmussing ved røk og sot og prosessteknisktved at svovel ikke må forkomme i visse prosesser, f. eks. i forskjellige jern- og stålfremstillings-prosesser. Dertil kommer også omkostningsaspekter - ettersom prisene for fossilt brensel i den senere tid har steget voldsomt.

De ovenfor omtalte problemer har beskjeftiget mange fagmenn på området. I forbindelse med stålf rems tilling er det også f. eks allerede utviklet en metode for å øke temperaturen i blestgass i en masovn i den hensikt å øke produksjonen og samtidig redusere koksforbruket. Ved denne kjente fremgangsmåte føres blestgassen helt eller delvis gjennom et plasma som frembringes i en plasmagenerator av i og for seg kjent type ved hjelp av en elektrisk lysbue. Fordelen med en plasmagenerator er dens høye virkningsgrad som når nær 90 % og at man kan oppnå meget høy temperatur, normalt over 3 000 C^. I en plasmagass som er frembragt av en plasmagenerator er en del av de foreliggende atomer og molekyler joniserte og disse joniserte partikler er meget reaktive. Når en plasmagass fremstilt av en luftstrøm går over til normale betingelser ved lavere temperatur, erhold-es imidlertid foruten nitrogen og oksygen også nitrogen-oksyder. Nitrogenoksydene er som kjent meget giftige og gir

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og en anordning for oppvarming av prosessluft for industrielle formål til en forutbestembar temperatur.

Forbruket av prosessgass, spesielt luft med høyere temperatur, er stort i mange industrielle prosesser. En konven-sjonell varmebehandling av slike store gassvolumer ved hjelp av f. eks. varmevekslere krever altfor store invest-eringer, og man har derfor i den senere tid stadig mer gått over til for denne oppvarming å anvende en forbrenning av fossile brensler såsom kull, koks, naturgass, olje osv. Både miljømessig og utfra prosesstekniske synspunkter er en slik forbrenning problematisk - miljømessig spesielt ved herav følgende utslipp av svovelforbindelser som gir forsuring av miljøet samt nedsmussing ved røk og sot og prosessteknisktved at svovel ikke må forkomme i visse prosesser, f. eks. i forskjellige jern- og stålfremstillings-prosesser. Dertil kommer også omkostningsaspekter - ettersom prisene for fossilt brensel i den senere tid har steget voldsomt.

De ovenfor omtalte problemer har beskjeftiget mange fagmenn på området. I forbindelse med stålfremstilling er det også ' f. eks allerede utviklet en metode for å øke temperaturen i blestgass i en masovn i den hensikt å øke produksjonen og samtidig redusere koksforbruket. Ved denne kjente fremgangsmåte føres blestgassen helt eller delvis gjennom et plasma som frembringes i en plasmagenerator av i og for seg kjent type ved hjelp av en elektrisk lysbue. Fordelen med en plasmagenerator er dens høye virkningsgrad som når nær 90 % og at man kan oppnå meget høy temperatur, normalt over 3 000 C,. I en plasmagass som er frembragt av en plasmagenerator er en del av de foreliggende atomer og molekyler joniserte og disse joniserte partikler er meget reaktive. Når en plasmagass fremstilt av en luftstrøm går over til normale betingelser ved lavere temperatur, erhold-es imidlertid foruten nitrogen og oksygen også nitrogen-oksyder. Nitrogenoksydene er som kjent meget giftige og gir

Tilsatsmengden av det karbonholdige materiale kan bestemmes nnder hensyn til de rådende materialbalanser når de inn-

og utgående luftvolumer samt temperaturene er kjente.

Oppfinnelsen vedrører også en anordning for oppvarming av prosessluft til en forutbestembar temperatur omfattende en plasmagenerator for dannelse av en plasmagass ved hjelp av en elektrisk lysbue, et tilløp for en første dellaftstrøm som skal danne plasmagassen, og et tilløp for en andre del-luftstrøm som skal oppvarmes av plasmagassen.

Denne anordning er hovedsakelig karakterisert ved en innenfor området for plasmagassens utløp fra plasmageneratoren anordnet form, lanser for tilførsel av karbon- og/eller hydrokarbonholdige materialer i plasmagassen og en reaksjonssone umiddelbart etter formen, til det tilløpet for den andre delluftstrøm som skal varmes av plasmagassen bunner ut i reaksjonssonen.

Hensiktsmessig bringes plasmagassen til å rotere i plasmageneratoren for å redusere elektrodeslitasjen. Ifølge en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen er formen for-met med tangentielle innløp for det karbon- og/eller hydrokarbonholdige materialet, idet innløpet er slik rettet at det karbonholdige materialet gis en i forhold til plåsma-gassens rotasjonsretning motsatt rettet rotasjon. Herved oppnås en fullstendig sammenblanding og dermed gunstigere reaksjonsbetingeIser.

Andre karakteristiske trekk ved oppfinnelsen fremgår av

de særegne trekk som er angitt i kravene.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til de vedlagte tegninger som på eksemplifiserende måte viser noen tilpasninger av oppfinnelsen, hvori

fig. 1 viser en skjematisk tegning av en anordning ifølge oppfinnelsen,

fig. 2 viser ett snitt langs linjen II-II i fig. 1 som viser den

vannkjølte formen,

fig. 3 viser en skjematisk tegning av et kulsinterverk med båndrist utstyrt med den ifølge oppfinnelsen fore-slåtte varmluftdannelse og

fig. 4 viser ett snitt langs linjen IV-IV gjennom anordningen ifølge fig. 3.

I fig. 1 vises således skjematisk en plasmagenerator som betegnes med 1. Plasmageneratoren 1 har en tilførsels-ledning 2 for en delluftstrøm som skal oppvarmes. Denne luftstrøm kan også helt eller delvis<1> bestå av for eksempel prosessluft som anvendt tidligere i prosessen, det vil si kjøleluft osv. Ved passasje av den elektriske lysbue som dannes i plasmageneratoren får luften en plasmatilstand og såkalt plasmagass dannes. Umiddelbart etter plasmageneratoren sett i luftstrømmens strømningsretning er det anordnet en vannkjølt form 3 med tilhørende lanser 4 for tilførsel av karbon- og/eller hydrokarbonholdig.. materiale og eventuelt vann for å eliminere nitrogenoksyddannelsen, som ellers nødvendigvis opptrer. Umiddelbart etter formen tilføres den andre delstrømmen av luftvolumet for oppvarming til plasmagassen som har en meget høy temperatur, hvilket skjer gjennom et tilløp 7 som munner ut i det som kan betegnes som en blandings- eller reaksjonssone 8.

I fig. 2 vises et tverrsnitt langs linjen II-II i fig. 1 gjennom formen for tilførsel av karbon- og/eller hydrokarbonholdig materiale til plasmagassen. Som det fremgår av den grovere pilen 5 på tegningen roterer plasmagassen. Lansene 4 er tangentielt anordnete, slik at det tilførte karbon- og/eller hydrokarbonholdige materiale tilføres motsatt rotasjonsretninger ifølge pilen 6. Derved oppnås en kraftig omblanding av det tilsatte materialet i plasmagassen, hvorgjennom nitrogenoksyddannelsen kan holdes på

et absolutt minimum forutsatt at tilstrekkelig mengder av det karbon- og/eller hydrokarbonholdige materialet tilføres.

Eksempler på passende hydrokarbonholdige materialer i denne sammenheng er olje, hydrokarboner, kulloppslemminger, kull-pulver osv.

I fig..3 vises oppfinnelsens tilpasning til et kulsinterverk med båndrist. I det her viste kulsinterverk foreligger et kontinuerlig bånd 11 bestående av et stort antall in-byrdes sammenbundne vogner 12 som ruller på skinner for transport av oglomerert jernmalmslagg, såkalte pellets gjennom en vogn 13. Tilførselen av pellets til vognene 12 skjer kontinuerlig over en rullesikt 14. Vognene 12 passerer i nevnte orden to tørkesoner 15, 16, en forvarmingssone 17, en sintringssone 18 med to ettersintringssoner 18a,

18b samt to kjølesoner 19, 20.. Bunnflatene i disse vogner 12 er laget luftgjennomtrengelig og kan for eksempel være laget gitterformige eller nettformige.

Som prosessluft til kulsinterverket kan det for eksempel anvendes kjøleluft fra en annen del av prosessen. Luften føres inn ved hjelp av en kjølevifte 21, hvor denne luften først blåses inn i kjølesonene 19, 20. En mindre del av luften strømmer gjennom den siste kjølesonen 20, mates ved hjelp av en tørkeluftvifte 22 til den første feørkesonen 15 for å strømme oppad gjennom sjiktet av pellets i vognene og gjennom en utsugningsvifte 23 ut i en skorsten 24.

Den største delen av den innsugede luft ledes opp i et

rør eller kappe 25, hvoretter den strømmer nedigjennom kanaler 25a, 25b til brennere 26 henholdsvis 27 anordnet i forvarmingssonen 17 og i sintringssonen 18. En formåls-tjenlig fordeling kan være 4 par brennere i forvarmingssonen og 7 par brennere i sintringssonen.

En liten del av kjøleluften bringes til å strømme nedigjennom vognene i den andre ettersintringssonen 18b, slik at sintringsprosessen fullføres også i de nederste pel-letssjiktene i vognene.

Under sintringssonene 18a, 18b er det anordnet en restitu-eringsvifte 28, fra hvilken luften mates gjennom en led-ning 29 til den andre tørkesonen 16 for etter passasje gjennom vognene som er fylt med pellets og sammen med luften fra sintringssonen blåses det ut gjennom skorstenen ved hjelp av en avgassvifte.

Ved tilpasning av teknikken som foreslås ifølge oppfinnelsen til et slikt kulsinterverk erstattes gjerne 6 av brennerpar i sintringssonen med plasmageneratorer utformet ifølge fig. 1 og 2, hvorved den nødvendige oppvarming av luften oppnås uten nitrogenoksydannelse.

Den atomiseringsluft som normalt anvendes for oljebrennere utgjør en tilstrekkelig luftmengde ved anvendelse av plasmageneratoren som er foreslått ifølge oppfinnelsen. Noen ytterligere prosessteknisk forandring så som instal-lering av ytterligere vifter og kompressorer kreves derfor ikke hvis kulsinterverkets prosessluftoppvarming skjer på den måte som er foreslått ifølge oppfinnelsen. Det eneste som kreves er således en installasjon av plasmabrennere som er foreslått ifølge oppfinnelsen med tilhørende elektrisk utstyr og tilbehør.

I fig. 4 vises et tverrsnitt gjennom anordningen i fig. 3 langs linjen IV - IV som går gjennom sintringssonen. Herav fremgår at vognene 12 med hjul 31 går på skinner 32. Den til 900°C oppvarmede luft strømmer fra kappen 25 ned gjennom kanalene 25a og 25b til området for brennerne hvor den varmes opp for senere å gå inn i ovnsområdet 33 og ned gjennom vognene som er fylt med pellets. I fig. 4 vises anordningen med plasmageneratorer utformet ifølge oppfinnelsen som vist i fig. 1. Anleggets funksjon vil fremgå klarere i forbindelse med det nedenfor gitte utførelses-eksempel.

Man skal legge merke til at den beskrevne tilpasning av oppfinnelsen bare er en av mange tenkelige tekniske tilpasninger som kan utføres takket være at problemet med nitrogenoksyddannelsen nå er løst på en tilfredsstillende måte.

Oppfinnelsen skal nå belyses ytterligere ved et utførelses-eksempel i forbindelse med det kulsinterverk som er vist skjematisk i fig. 3 og 4.

Eksempel

produksjonen i kulsinterverket antas å komme opp i 420 tonn pellets/time. Tidligere anvendt luft i prosessen med en temperatur på ca. 900°C anvendes som inngangsluft. For selve sintringsprosessen kreves som kjent en temperatur på ca. 1300°C. Imidlertid må innkomne pellets ikke utsettes for en sprangvis økning av temperaturen til 1300°C. Derfor er anordningen slik utformet, hvilket også fremgår av oven-nevnte detaljere beskrivelse, at man i en første tørkesone anvender en tørkeluft som har en temperatur på ca. 250°C, hvoretter lufttemperaturen sakte økes i forvarmingssoner. Etter sintringssonen er det anordnet ettervarmingssoner, hvilket er nødvendig for at også de pellets som ligger nederst skal rekke å sintre. Således er det foran i selve sintringssonen grunn til å erstatte tidligere anvendte oljebrennere med plasmageneratorene som er foreslått ifølge oppfinnelsen.

Med nevnte produksjonskapasitet kreves en effekttilførsel på 39MW, tilsvarende 3,4 tonn olje/time for oppvarming av ca. 70 000 Nm<3> luft/time.

Plasmagassen som dannes i plasmabrenneren skal ifølge oppfinnelsen således blandes med tilstrekkelige mengder karbon-og/eller hydrokarbonholdig materiale for at man skal unngå nitrogenoksyddannelse ved at forholdet CO+H2/C02+H20 etter reaksjonen skal være større enn 0,1. Herved har det vist seg at ca. 25 % av den tilførte varme stammer fra det karbon- og/eller hydrokarbonholdige materialet og de øvrige 75 % av den tilførte varme er basert på elektrisk energi.

Båndovnsverket i utførelseseksemplet har 11 brennerpar hvorav 7 i sintringssonen. Ved denne tilpasning av oppfinnelsen byttes fortrinnsvis de 6 siste brennerpar ut mot parvis koplede plasmabrennere. Normalt er den atomiseringsluft som allerede tidligere er innført for olje-forbrenningen også tilstrekkelig for forsyning av plasmageneratorene med luft. Den første delluftstrømmen som passerer plasmabrennerene for å danne plasmagass, utgjør som regel bare ca. 10 % av den endelige erholdte prosessluft som anvendes for sintringen. Denne første delluftstrøm kan meget gjerne ha vanlig romtemperatur som inngangs-temperatur.

En forutsetning for en vellykket prosessutvikling ved slike investeringskrevende anlegg som kulsinterverk er gjerne at eventuelle forbedringer kan oppnås med minst mulig ingrep i det bestående anlegg. Disse krav oppfylles i foreliggende tilfelle hvor oljebrenneraggregatet bare behøver erstattes med plasmageneratorene sammen med elektrisk utstyr for deres elektrisitetstilførsel og visse mindre tilsatser.

Energibehovet ved anvendelse av plasmabrennere og oljebrennere er hovedsakelig det samme. Plasmabrennernes virkningsgrad er imidlertid høyere enn virkningsgraden for oljebrennerne. Det vesentlige i sammenhengen er likevel at fossile brennstoffer, for hvilke prisene har steget meget raskt, ved oppfinnelsen kan erstattes med den vesent-lig billigere elektriske energi.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte ved oppvarming av prosessluft for industrielle formål til en forutbestemt temperatur, karakterisert ved at en første delluftstrøm føres gjennom en plasmagenerator og derved oppvarmes til høy temperatur og at den således dannede plasmagass som inne-holder ionisert nitrogen og oksygen for å unngå nitrogenoksyddannelse blandes med karbon- og/eller hydrokarbonholdig materiale i en slik mengde at når det karbon- og/ eller hydrokarbonholdige materiale har reagert med plasmagassen kommer forholdet CO+H2/C02+H20 opp i minst 0,1, hvoretter den således oppvarmede plasmagass med sitt inn-hold av karbon- og/eller hydrokarbonholdige materiale i nær tilslutning til karbontilførselen blandes med en andre delluftstrøm i et slikt forhold at en forutbestembar temperatur oppnås i den endelige luftblanding.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvorved , plasmagassen bringes til å rotere ved utgangen fra plasmageneratoren, karakterisert ved at det karbon- og/eller hydrokarbonholdige materiale injiseres i plasmagassen på en slik måte at nevnte tilsats-materiale får en rotasjonsretning som er motsatt rettet plasmagassens rotasjonsretning.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1-2, karakterisert ved at den andre delluftstrømmen innføres i en reaksjonssone som dannes umiddelbart etter det område hvor karbon- og/eller hydrokarbonholdig materiale injiseres i plasmagassen.

4. Anordning ved oppvarming av prosessluft til en forutbe-stemmbar temperatur ved hjelp av fremgangsmåten ifølge krav 1, omfattende en plasmagenerator (1) for dannelse av en plasmagass ved hjelp av en elektrisk lysbue, et tilløp (2) for en første delluftstrøm som skal danne plasmagassen, et tilløp (7) for en andre delluftstrøm som skal oppvarmes av plasmagassen, karakterisert ved en form (3) anordnet innenfor området for plasmagassens utløp fra plasmageneratoren, lanser (4) for tilførsel av karbon- og/eller hydrokarbonholdig materiale i plasmagassen, og en reaksjonssone (8) umiddelbart etter formen (3), idet tilløpet (7) for den andre delluftstrøm som skal oppvarmes av plasmagassen munner ut i reaksjonssonen (8).

5. Anordning ifølge krav 4, karakterisert ved at lansene (4) munner ut i det vesentlige tangentielt i formen (3).