PL184215B1

PL184215B1 - Sposób i urządzenie do zawracania rozdrobnionej fazy stałej wynoszonej z gazem nośnym ze zbiornika reaktora

Info

Publication number: PL184215B1
Application number: PL97333248A
Authority: PL
Inventors: Josef Stockinger; Rainer W. Kastner; Herbert Mayr; Herbert Lassnig; Hado Heckmann; Kurt Wieder; Johannes Schenk
Original assignee: Voest Alpine Ind Anlagen
Priority date: 1996-10-30
Filing date: 1997-10-24
Publication date: 2002-09-30
Also published as: UA47498C2; RU2183677C2; TR199900949T2; AU722599B2; CN1235644A; EP0953057A1; TW446571B; SK284449B6; CA2270225A1; KR20000048982A; AT404255B; AU5120898A; BR9712609A; WO1998018969A1; SK36699A3; CA2270225C; CZ294682B6; JP2001504548A; DE59704696D1; JP4323570B2

Abstract

1 . Sposób zawracania rozdrobnionej fazy stalej, takiej jak czastki wegla i zelaza, z reaktora za pomoca gazu nosnego do tego re- aktora, przy czym faze stala oddziela sie i osta- tecznie zawraca za pomoca gazu nosnego przy utrzymaniu róznicy cisnienia pomiedzy miejscem oddzielania fazy stalej a miejscem zawracania do reaktora i nastepnie na wlocie do reaktora co najmniej czesciowo zgazowuje sie i/lub spala sie ja przy doprowadzeniu tlenu, znamienny tym, ze oddzielona faze stala za pomoca gazu wytlaczajacego pod dzialaniem iniektora zasysa sie bezposrednio i w sposób ciagly z miejsca oddzielania, przyspiesza sie i zawraca do reaktora. FIG . 2 PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do zawracania rozdrobnionej fazy stałej, takiej jak cząstki węgla i żelaza za pomocągazu nośnego ze zbiornika reaktora, szczególnie z pieca do stapiania i zgazowania, z miej sca wylotu zbiornika reaktora do miej sca powrotu do zbiornika reaktora, przy czym fazę stałą oddziela się w oddzielaczu fazy stałej, zwłaszcza w oddzielaczu cyklonowym i następnie zawraca się za pomocągazu zasilającego poprzez utrzymywanie różni184 215 cy ciśnienia pomiędzy oddzielaczem fazy stałej i miejscem powrotu do zbiornika reaktora, a następnie przy zasilaniu tlenem częściowo zgazowuje się i/lub spala.

Z europejskiego opisu patentowego nr EP-A-0 493 752 jest znany opisany na wstępie sposób, w którym gorące pyły z pieca do stapiania i zgazowania oddziela się w gorącym oddzielaczu cyklonowym i zawraca się poprzez palnik do zbiornika reaktora. Dla pokonania różnicy ciśnienia pomiędzy gorącym oddzielaczem cyklonowym i piecem do stapiania i zgazowania, zawracanie prowadzi się przez układ śluz, z kilkoma zbiornikami usytuowanymi każdorazowo pomiędzy dwoma śluzami.

Odprowadzany z pieca do stapiania i zgazowania gaz redukujący o temperaturze około 1050°C niesie ze sobą znaczne ilości fazy stałej w postaci pyłu. Obciążenie pyłem wynosi około 150 g/m³ gazu redukującego. Temperatura gazu redukującego bezpośrednio po wyjściu z pieca do stapiania i zgazowania zostaje obniżona do około 850°C przez dodanie gazu chłodzącego, zwykle gazu chłodzącego takiego samego rodzaju. W gorącym oddzielaczu cyklonowym oddziela się w sposób ciągły fazę stałą, składającą się głównie z mieszaniny cząstek węgla i żelaza. Z tego względu, że faza stała ma silne własności ścierające, znany układ śluz jest nie tylko bardzo drogi ze względów konstrukcyjnych, ale jest także narażony na szybkie zużycie. Transport fazy stałej do iniektora odbywa się w sposób przerywany, to znaczy partiami względnie okresowo, a więc nie jest zapewniona ciągła praca palnika pyłowego a efektywność palnika pyłowego jest niska. Przy napełnianiu zbiornika faza stała może się osadzać co może prowadzić do zablokowania strumienia pyłu.

Sposób zawracania wynoszonej ze zbiornika reaktora drobnoziarnistej fazy stałej za pomocą gazu nośnego jest znany z europejskiego opisu patentowego nr EP-B-0 278 287. W tym przypadku fazę stałą doprowadzoną do oddzielacza fazy stałej kieruje się do zasobnika zbiorczego i tam magazynuje. Zasobnik zbiorczy służy tu jako zbiornik wyrównawczy, z którego za pomocą gorącego gazu odlotowego, wychodzącego bezpośrednio ze zbiornika reaktora, zawraca się pobraną fazę stałą poprzez iniektor bezpośrednio do zbiornika reaktora. W zasobniku zbiorczym może dojść do osadzania się fazy stałej, a tym samym do zablokowania strumienia fazy stałej, powodującego narosty przez częściowe stopienie fazy stałej, spowodowanego szczególnie gorącym, pobranym bezpośrednio ze zbiornika reaktora gazem nośnym. W tym znanym sposobie iniektor uchodzi bezpośrednio do zbiornika reaktora.

Wynalazek ma na celu wyeliminowanie wymienionych wad i trudności oraz opracowanie sposobu zawracania fazy stałej i urządzenia do jego realizacji, które umożliwią zawracanie bez zmiennego i przemiennego termicznie obciążania narażonych nań części urządzenia, a tym samym bez obciążenia powodującego ich uszkodzenia, przy czym zawracanie powinno przebiegać w sposób ciągły i kontrolowany, a występowanie różnicy ciśnienia pomiędzy wylotem z zasobnika fazy stałej i zbiornikiem reaktora zostaje bezproblemowo zapewnione. Oprócz tego powinien być zagwarantowany ciągły, wolny od zakłóceń i w wysokim stopniu bezpieczny, przepływ fazy stałej.

Istota wynalazku odnośnie sposobu polega na tym, że oddzieloną fazę stałą za pomocą gazu wytłaczającego pod działaniem iniektora zasysa się bezpośrednio i w sposób ciągły z miejsca oddzielania, przyśpiesza się i zawraca do reaktora. Przepływ gazu nośnego przy kontakcie z fazą stałą prowadzi się z prędkością równą lub większą od prędkości dźwięku. W korzystnej odmianie realizacji wynalazku fazę stałąpo oddzieleniu poddaje się filtracji. Ponadto korzystnie fazę stałąpo jej oddzieleniu poddaje się fluidyzacji. Jako gaz wytłaczający stosować można tlen i/lub ochłodzony i oczyszczony gaz procesowy. Korzystnie także ochłodzony i oczyszczony gaz procesowy stanowi gaz redukujący zawierający CO i If.

Zgodnie z wynalazkiem podczas normalnej eksploatacji przewidziano w pełni otwarty przewód pomiędzy oddzielaczem fazy stałej i zbiornikiem reaktora bez jakichkolwiek obszarów spiętrzania i odstojników. Gaz wytłaczający zasysa fazę stałą bezpośrednio z oddzielacza fazy stałej razem z niewielką częścią gazu nośnego pozostałego w oddzielaczu fazy stałej. Takie rozwiązanie sprawia, że faza stała jest ciągle w ruchu i nie osiada, a więc niebezpieczeństwo tworze4

184 215 nia nawisów i związanego z tym zablokowania strumienia fazy stałej jest całkowicie wyeliminowane.

Dzięki temu, że gaz wytłaczający przemieszcza się z szybkością równą lub większą od prędkości dźwięku (w ponad krytycznych warunkach ciśnienia) uzyskuje się dużą stabilność w procesie zawracania fazy stałej.

Urządzenie do zawracania rozdrobnionej fazy stałej, takiej j ak cząstki węgla i żelaza za pomocą gazu nośnego, charakteryzuje się według wynalazku tym, że oddzielacz fazy stałej jest połączony ciągłym przewodem przez iniektor z przewodem zawracającym fazę stałą, a tym samym z palnikiem pyłowym. Za oddzielaczem można umieścić filtr wstępny.

W celu wyeliminowania zakłóceń w przewodzie zawracania pyłów, tak by nie utrudniały one bezpośrednio oddzielania fazy stałej, stosownie do korzystnej postaci wykonania za oddzielaczem fazy stałej jest umieszczony zbiornik fazy stałej, który przy przejściu do przewodu fazy stałej jest wyposażony w element fluidyzujący. Ten zbiornik fazy stałej nie jest czynny przy normalnej eksploatacji, to znaczy faza stała przechodzi przez zbiornik bez przeszkód w dowolnym przypadku.

Iniektor w kolejnym wariancie wykonania wynalazku ma zbiorczy zasobnik fazy stałej ukształtowany w postaci zasobnika workowego, który jest wyposażony w otwór opróżniający zamykany urządzeniem odcinającym, dzięki czemu wyeliminowuje się zakłócenia w przepływie fazy stałej spowodowane większymi cząstkami pochodzącymi na przykład z wymurówki żaroodpornej przewodu fazy stałej.

Zasobnik zbiorczy fazy stałej jest wyposażony w obrębie dna w element fluidyzujący.

Korzystnie od zasobnika fazy stałej stale rozszerza się w kierunku iniektora rura spustowa fazy stałej.

Przedmiot wynalazkujest omówiony na przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat zestawieniowy zawracania fazy stałej według stanu techniki, a fig. 2 przedstawia schematycznie sposób zawracania fazy stałej według wynalazku.

Jak to pokazano na fig. 1 zgodnie ze stanem techniki, w zbiorniku 1 reaktora służącym do wytapiania żelaza gąbczastego, przy równoczesnym wytwarzaniu gazu redukującego z materiałów zawierających węgiel, wykonanym jako piec do stapiania i zgazowąnia, gaz odlotowy powstały z zgazowania węgla i następnie dostarczany jako gaz redukujący jest odprowadzony przewodem gazowym 2, uchodzącym w obrębie 3 pieca do stapiania i zgazowania. Ponieważ z gazem odlotowymjest porywana faza stała w postaci drobnoziarnistej do postaci pyłowej, gaz odlotowy, który dla tej fazy stałej jest gazem nośnym, jest doprowadzony do oddzielacza 4 fazy stałej, który korzystnie jest wykonany jako gorący oddzielacz cyklonowy.

Bezpośrednio po wyjściu gazu redukującego z pieca stapiania i zgazowania, do gazu redukującego doprowadza się tego samego rodzaju gaz chłodzący przewodem 5 gazu chłodzącego, dla osiągnięcia temperatury gazu redukującego pożądanej dla następującego potem procesu redukcj i rudy żelaza oraz dla uniknięcia zbyt dużego obciążenia termicznego fazy stałej w gorącym oddzielaczu cyklonowym 4.

Faza stała osadzana w gorącym oddzielaczu cyklonowym 4 spada na dół i zbiera się w połączonym z gorącym oddzielaczem cyklonowym zbiorniku cyklonowym 6. Przez następny układ zbiorników faza stała jest przesyłana porcjami lub okresowo. Do tego celu każdorazowo pomiędzy zbiornikami 6,7 i 8 do przewodu 9 fazy stałej, łączącego zbiorniki 6,7 i 8, podłączono zasuwy 10.

Na zakończenie fazę stałąz urządzenia dozującego 11, przykładowo zaworem dozującym lub stosownie do innej postaci wykonania obrotowym dozownikiem śluzowym (nie przedstawionym na schemacie) dozuje się możliwie równomiernie do iniektora 12. Iniektor 12 przykładowo za pomocąN2 jako gazu wytłaczającego, doprowadzonego przewodem 13, przesyła fazę stałą przewodem 14 zawracania fazy stałej, poprzez palnik pyłowy 15, do pieca do stapiania i zgazowania. Do palnika pyłowego 15 jest doprowadzany tlen przewodem doprowadzającym 16.

184 215

Przez spalanie/zgazowywanie węgla zawartego w pyle, aglomerują się pozostałe obojętne cząstki fazy stałej (Fe, popiół węglowy, CaO, SiO2,...). Aglomeracja cząstek fazy stałej sprawia, że nie są one zabierane z powrotem przez gaz wychodzący ze zbiornika reaktora. Spadają one na dno zbiornika reaktora, a następnie są usuwane jako stopiony żużel.

Nakłady na konserwację przy takim sposobie zawracania fazy stałej są wysokie. Szczególne problemy stwarza układ zbiorników 6, 7, 8 w przewodzie zawracania fazy stałej, to jest przy zasilaniu pyłu porcjami lub okresowo i dozowaniu fazy stałej. Dalszą niedogodnością przedstawionego na fig. 1 sposobu zawracania fazy stałej jest to, że poszczególne zbiorniki 6, 7, 8 ciągle musząbyć udrażniane dla układu gazowego z zachodzącego procesu. Ponieważ układ ciśnienia, to znaczy ciśnienie w piecu do stapiania i zgazowania i w następnym nie pokazanym zbiorniku redukcyjnym, do którego jest wprowadzany gaz redukujący wytwarzany w piecu do stapiania i zgazowania, ulega wahaniom, dochodzi ciągle do podwyższonej różnicy ciśnienia, co w połączeniu z przepływem gazu prowadzi do silnego zużycia zasuwy 10. Dla utrzymania różnic ciśnienia w odpowiednich granicach są potrzebne przy tym znanym urządzeniu bliżej nie pokazane przewody wyrównujące ciśnienie pomiędzy zbiornikami 6,7 i 8 fazy stałej z jednej strony a układem gazowympieca do stapiania i zgazowania i zbiornika redukcyjnego z drugiej strony.

Figura 2 przedstawia schemat zawracania pyłu według wynalazku. Faza stała oddzielona w gorącym oddzielaczu cyklonowym 4 przechodzi przez wylot 17 oddzielacza cyklonowego do przyłączonego zasobnika 18. W zasobniku 18 z wymurówką żaroodporną znajduje się ukośnie osadzony ruszt 19 do oddzielania większych cząstek, takich jak cząstki węgla lub koksu. W razie potrzeby cząstki te są odprowadzane z zasobnika 18 przez otwór odprowadzający 20. Z gorącego oddzielacza cyklonowego 4 faza stała przechodzi swobodnie przez zasobnik 18, który przy normalnej eksploatacji nie ma określonej funkcji, do przewodu spustowego 9 fazy stałej, stanowiącego rurę spustową, skąd jest zasysana za pomocą iniektora 12. Przewód spustowy 9 jest cylindryczny lab celowo rozszerza się stożkowo ku dołowi dla uniknięcia zakorkowania. Korzystnie przewód spustowy ma także żaroodporną wymurówkę. Z iniektora 12 faza stała jest doprowadzana przewodem 14 do palnika pyłowego 15.

Iniektor 12 może działać korzystnie z nadkrytycznym stosunkiem ciśnienia, to znaczy szybkość gazu wytłaczającego doprowadzonego przewodem 13 do iniektora jest równa lub wyższa od prędkości dźwięku. Jako gaz wytłaczaj ący stosuj e się na przykład azot lub gaz chłodzący, taki jak ochłodzony gaz redukujący. Obudowa 21 iniektora przechodzi poniżej właściwej dyszy wytłaczającej 22 w zasobnik zbiorczy 23, w którym są wyłapywane gruboziarniste cząstki, takie jak na przykład odpryski lub odłamki wymurówki, które mogłyby doprowadzić do zakorkowania. Dla umożliwienia usunięcia gruboziarnistych cząstek na dnie 24 zasobnika zbiorczego 23, przewidziano wylot z urządzeniem odcinającym 25 lub śluzą ciśnieniową (nie pokazaną). Na dnie 24 zasobnika dla łatwiejszego odprowadzania cząstek przewidziano elementy fluidyzacyjne 26, takie jak dysze pierścieniowe, kamienie płuczące z materiału żaroodpornego, elementy z materiałów spiekanych, dysze w postaci samozamykających zaworów i tym podobnych. Gaz fluidyzujący może równocześnie spełniać rolę gazu wtórnego dla iniektora 12. Fluidyzacjajest tak ustalona, że drobne cząstki mogą być zasysane i wydmuchiwane przez iniektor, a zbierane są tylko grube cząstki.

W urządzeniu według wynalazku wyłącznie dla celów remontowych i konserwacyjnych są przewidziane elementy odcinające 27 na początku przewodu spustowego 9 i przed palnikiem pyłowym 15. Zasobnik 18 połączony i umieszczony pod gorącym oddzielaczem cyklonowym 4 przy zamkniętym urządzeniu odcinającym 27, w przypadku wystąpienia problemów eksploatacyjnych, może służyć jako zbiornik buforowy. W takim przypadku dla uniknięcia osadzania się fazy stałej na wylocie 28 zasobnika, to jest na przejściu do przewodu spustowego 9 są przewidziane elementy fluidyzujące 26.

Wynalazek nie ogranicza się do opisanego przykładu wykonania, lecz może być z różnego względu modyfikowany. Szczególnie odnosi się to do zbiorników reaktora wszelkiego rodzaju, w których dochodzi do odprowadzania fazy stałej z gazem odlotowym, a nie tylko do pieca do stapiania i zgazowania.

184 215

FIG. 2

184 215

FIG. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób zawracania rozdrobnionej fazy stałej, takiej jak cząstki węgla i żelaza, z reaktora za pomocągazu nośnego do tego reaktora, przy czym fazę stałą oddziela się i ostatecznie zawraca za pomocą gazu nośnego przy utrzymaniu różnicy ciśnienia pomiędzy miejscem oddzielania fazy stałej a miejscem zawracania do reaktora i następnie na wlocie do reaktora co najmniej częściowo zgazowuje się i/lub spala się ją przy doprowadzeniu tlenu, znamienny tym, że oddzieloną fazę stałą za pomocą gazu wytłaczającego pod działaniem iniektora zasysa się bezpośrednio i w sposób ciągły z miejsca oddzielania, przyśpiesza się i zawraca do reaktora.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przepływ gazu nośnego przy kontakcie z fazą stałą prowadzi się z prędkością równą lub większą od prędkości dźwięku.
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że fazę stałąpo oddzieleniu poddaje się filtracji.
4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że fazę stałąpo jej oddzieleniu poddaje się fluidyzacji.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako gaz wytłaczający stosuje się tlen i/lub ochłodzony i oczyszczony gaz procesowy.
6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że ochłodzony i oczyszczony gaz procesowy stanowi gaz redukujący zawierający CO i H₂.
7. Urządzenie do zawracania rozdrobnionej fazy stałej, takiej jak cząstki węgla i żelaza za pomocągazu nośnego, mające zbiornik reaktora, zwłaszcza piec do stapiania i zgazowania, wychodzący ze zbiornika reaktora przewód dla gazu prowadzący do oddzielacza fazy stałej, zwłaszcza oddzielacza cyklonowego, połączonego przewodem dla fazy stałej z iniektorem, a następnie przewodem zawracającym dla fazy stałej prowadzącym z iniektora przez palnik pyłowy zainstalowany w tym przewodzie, do zbiornika reaktora, znamienne tym, że oddzielacz (4) fazy stałej jest połączony ciągłym przewodem przez iniektor (12) z przewodem zawracającym (14) fazę stałą, a tym samym z palnikiem pyłowym (15).
8. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że za oddzielaczem (4) jest umieszczony filtr wstępny (19).
9. Urządzenie według zastrz. 7 albo 8, znamienne tym, że za oddzielaczem (4) fazy stałej jest usytuowany zbiornik (18) fazy stałej, który na przejściu do przewodu dla fazy stałej jest zaopatrzony w element fluidyzujący (26).
10. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że iniektor (12) ma zbiorczy zasobnik (23) fazy stałej ukształtowany w postaci zasobnika workowego, który jest wyposażony w otwór opróżniający zamykany urządzeniem odcinającym (25).
11. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że zasobnik zbiorczy (23) fazy stałej jest wyposażony w obrębie dna (24) w element fluidyzujący (26).
12. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że od zasobnika (18) fazy stałej stale rozszerza się w kierunku iniektora (12) przewód spustowy (9) fazy stałej.