WO2001027546A1 - Vorrichtung zur verbrennung von gasen, insbesondere von gasen aus mineralgiess-schachtöfen - Google Patents

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WO2001027546A1
WO2001027546A1 PCT/IB2000/000303 IB0000303W WO0127546A1 WO 2001027546 A1 WO2001027546 A1 WO 2001027546A1 IB 0000303 W IB0000303 W IB 0000303W WO 0127546 A1 WO0127546 A1 WO 0127546A1
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auxiliary burner
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Frantisek Kubesa
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D17/00—Arrangements for using waste heat; Arrangements for using, or disposing of, waste gases
    • F27D17/008—Arrangements for using waste heat; Arrangements for using, or disposing of, waste gases cleaning gases

Definitions

  • the invention relates to a device for the combustion of gases according to the preamble of claim 1.
  • the combustion chambers of the previously known devices are designed as single-stage horizontal or vertical chambers with an auxiliary burner, in which the air is supplied either to the gas line in front of the combustion chamber or to an inlet part of the combustion chamber. Disadvantages of these systems are the low stability of the carbon monoxide combustion when the operating conditions of the combustion in the shaft furnace change and compliance with the emission limit values prescribed for the carbon monoxide, which is also extremely problematic with a number of devices.
  • the object of the invention is to provide a device of the type mentioned in the preamble of claim 1 with which the stability of the carbon monoxide combustion is improved and the emission limit values for carbon monoxide are complied with. This object is achieved with the features of claim 1.
  • the mixing chamber is connected with its primary air supply line to a primary preheater which is arranged at the outlet from the reaction stage of the combustion chamber.
  • a first regulator of the regulator with a first regulating drive for actuating both a modulation fitting connected to the supply of the auxiliary fuel to the auxiliary burner and a first one connected to the supply of the combustion air to the auxiliary burner
  • Control valve is connected, and that a second controller of the control system is connected to a third control drive for controlling a third control valve and a fourth control valve, both of which are connected to one another by means of a bypass line and are connected to the outlets of the secondary preheater exchanger, which in turn is connected to the exhaust gas Outlet of the shaft furnace is connected.
  • a further embodiment of the invention is characterized in that a third regulator of the regulator system is connected to a second regulating drive for controlling the second regulating valve connected to the supply of secondary air in the distributor.
  • the improvement that can be achieved with the proposed solution also consists in the fact that, even with a small amount of the substances to be burned in the gas, an optimal, ie the lowest possible temperature due to the additional fuel supply of the combustion process can be adjusted. With a higher concentration of the substances to be burned, the amount of additional fuel is set to the minimum value.
  • the basis of the device is formed by a two-stage combustion chamber 1, which consists of a stabilization stage 101 for the pre-combustion of the gases and a reaction stage 102 for the final gas combustion.
  • a mixing chamber 2 is provided, which extends around the auxiliary burner 3 and preferably consists of a system of pipes, not shown, which is connected to a primary air supply line 4.
  • the auxiliary burner 3 is connected via a modulation valve 5 to a source 6 which contains an auxiliary fuel, e.g. B. natural gas, supplies and via a first control valve 7 to a source 8, z. B. a fan connected.
  • the source 6 provides the combustion and secondary air supplies.
  • the modulation valve 5 and the first control valve 7 are then connected to a first control drive 9, e.g. B. an actuator connected.
  • the source 8 of the combustion and secondary air is then provided with a motor 10 and is connected at the outlet via a second control valve 11, which is controlled by a second regulating drive 1 2, to a secondary air distributor 13 attached at the outlet from the stabilization stage 101 of the combustion chamber 1.
  • a first control drive 9 e.g. B. an actuator connected.
  • the source 8 of the combustion and secondary air is then provided with a motor 10 and is connected at the outlet via a second control valve 11, which is controlled by a second regulating drive 1 2, to a secondary air distributor 13 attached at the outlet from the stabilization stage 101 of the combustion chamber 1.
  • reaction stage 1 01 of combustion chamber 1 there is a primary one
  • Pre-heat exchanger 1 4 connected, which serves to preheat either the primary air or the air for the shaft furnace, from which the required part of the primary air is separated.
  • this primary preheater 14 is both the primary air supply line 4 opening into the mixing chamber 2, the can optionally also be arranged upstream of this, and a secondary preheat exchanger 1 6 is connected, specifically via a third control valve
  • the secondary preheat exchanger 1 6 is then connected to the supply of gases from the shaft furnace 20 and connected to the mixing chamber 2.
  • the temperature sensor 21 is attached, which is connected to a system 22 of controllers, the first controller 221 with the first control drive 9, the second controller 222 with the third control drive 23 and the third controller 223 with the second control drive 1 2 is connected.
  • the auxiliary burner 3 is ignited, the combustion of the mixture of the additional fuel supplied from the source 6 and the cold combustion air supplied from the source 8, that is to say the fan, being started.
  • the carbon monoxide burns in the stabilization stage 1 01 of the combustion chamber 1 at relatively high temperatures, since the amount of primary air supplied is dimensioned such that at WO 01/27546 PCT7IBO0 / OO3O3
  • the first controller 221 regulates the amount of additional fuel and the combustion air, both of which are supplied to the auxiliary burner 3, the temperature at which this burner is operated at the level of reaching the minimum temperature required for the emission of the carbon monoxide is maintained and is preferably in the range of 800 to 830 ° C.
  • the second controller 222 regulates the temperature of the preheated gases fed from the secondary preheat exchanger 1 6 to the mixing chamber 2 with the aid of the third control armature 17 and the fourth control armature 18, the function of the second regulator is for the range of the temperatures reached from about 820 to 900 ° C set.
  • the third controller 223 then controls the supply of the secondary combustion air via the second control valve 11 Distributor 1 3; the function of the third controller is set for the temperature range of approximately 830 to 904 ° C.
  • control valves 7, 1 1, 1 7 and 18 do not need to be designed as flaps and the control drives 9, 1 2 and 23 as actuators, but other types of valves and
  • the size and shape of the combustion chamber 1 are also not decisive; it can have a round, a rectangular or another cross section.
  • the primary air need not be preheated, i.e. that is, the device need not be equipped with a primary exchanger 14, and the stabilization stage 101 can be provided with a sensor for regulating the primary air supplied, depending on the temperature in this stabilization stage 1 01.
  • the device for the combustion of gases according to the invention can be used not only for shaft furnaces for burning gases when melting basalt, but also in all other combustion systems in which an optimization of the combustion process of gases must be ensured.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verbrennung von Gasen, insbesondere von Gasen aus Schachtöfen für das Schmelzen von Mineralien, mit mindestens einem Verbrennungsofen, dem Gase aus dem Schachtofen zugeführt werden und der mit einem Hilfsbrenner versehen ist, an den eine Zusatzbrennstoff-Quelle und eine Verbrennungslutft-Quelle angeschlossen sind. Das System der Verbindungsrohre ist mit Regelarmaturen versehen, die von Regelenatrieben betätigt werden. Die Brennkammer (1) besteht aus einer Stabilisierungsstufe (101) und einer Reaktionsstufe (102), wobei am Eintritt in die Stabilisierungsstufe (101) eine rund um den Hilfsbrenner (3) angebrachte Mischkammer (2) gebildet ist. Am Austritt aus der Stabilisierungsstufe (101) ist ein Verteiler (13) der Sekundärluft angebracht und die Reaktionsstufe (102) mit einem an ein Reglersystem (22) angeschlossenen Temperaturfühler (21) versehen.

Description

Vorrichtung zur Verbrennung von Gasen, insbesondere von Gasen aus Mineralgieß-Schachtöfen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verbrennung von Gasen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 .
Bekannt ist eine Reihe von Vorrichtungen und Systemen zur Verbrennung von aus Gießereischachtöfen stammenden Gasen, welche überwiegend Kohlenmonoxid und
Stickstoff enthalten und bei denen der Kohlenmonoxidgehalt je nach Schachtofenbetrieb im Bereich von mehreren 1 0 Prozent schwankt. Die Brennkammern der bisher bekannten Vorrichtungen sind als einstufige horizontale oder vertikale Kammern mit einem Hilfsbrenner ausgebildet, bei denen die Luft entweder der Gasleitung vor der Brennkammer oder einem Einlassteil der Brennkammer zugeführt wird. Nachteile dieser Systeme sind die geringe Stabilität der Kohlen- monoxidverbrennung bei Änderungen der Betriebsbedingungen der Verbrennung im Schachtofen und die Einhaltung der für das Kohlenmonoxid vorgeschriebenen Emissionsgrenzwerte, die bei einer Reihe von Vorrichtungen ebenfalls äußerst problematisch ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, mit der die Stabilität der Kohlenmonoxid- verbrennung verbessert und die Emissionsgrenzwerte für Kohlenmonoxid eingehal- ten werden. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Weitere zweckmäßige und vorteilhafte Maßnahmen der Erfindung gehen aus den
Unteransprüchen hervor.
Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist die Mischkammer mit ihrer Primärluft-Zufuhrleitung an einen primären Vorwärmaustauscher angeschlossen, der am Austritt aus der Reaktionsstufe der Brennkammer angeordnet ist.
Weitere Ausbildungen der Erfindung sehen vor, dass ein erster Regler des Reglers mit einem ersten Regelantrieb zur Betätigung sowohl einer an der Zufuhr des Hilfsbrennstoffs zum Hilfsbrenner angeschlossenen Modulationsarmatur als auch einer ersten an der Zufuhr der Verbrennungsluft zum Hilfsbrenner angeschlossenen
Reglarmatur verbunden ist, und dass ein zweiter Regler des Reglersystems mit einem dritten Regelantrieb zur Steuerung einer dritten Regelarmatur und einer vierten Regelarmatur verbundne ist, welche beide mittels einer Umgehungsleitung miteinander verbunden und an die Austritte des sekundären Vorwärmaustauschers angeschlossen sind, der seinerseits mit dem Abgas-Austritt des Schachtofens verbunden ist.
Eine weitere Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Regler des Reglersystems mit einem zweiten Regelantrieb zur Steuerung der zwei- ten, an der Zufuhr der Sekundärluft in den Verteiler angeschlossenen Regelarmatur verbunden ist.
Die mit der vorgeschlagenen Lösung erzielbare Verbesserung besteht auch darin, dass auch bei einer geringen Menge der zu verbrennenden Stoffe im Gas infolge der Zusatzbrennstoffzufuhr eine optimale, d. h. die geringstmögliche Temperatur des Verbrennungsprozesses eingestellt werden kann . Bei einer höheren Konzentration der zu verbrennenden Stoffe wird die Menge des Zusatzbrennstoffes auf den Mindestwert eingestellt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Die Grundlage der Vorrichtung bildet eine zweistufige Brennkammer 1 , die aus einer Stabilisierungsstufe 101 zur Vorverbrennung der Gase und aus einer Reaktionsstufe 102 für die endgültige Gasverbrennung besteht. Am Eintritt in die Stabilisierungsstufe 101 der Brennkammer 1 ist eine Mischkammer 2 vorgesehen, die um den Hilfsbrenner 3 herumreicht und vorzugsweise aus einem nicht gezeigten System von Rohren besteht, das an eine Primärluftzuleitung 4 angeschlossen ist. Der Hilfsbrenner 3 ist über eine Modulationsarmatur 5 an eine Quelle 6, die einen Hilfsbrennstoff, z. B. Erdgas, liefert und über eine erste Regelarmatur 7 an eine Quelle 8, z. B. einen Ventilator, angeschlossen. Die Quelle 6 liefert die Verbrennungs- und Sekundärluft liefert. Die Modulationsarmatur 5 und die erste Regelarmatur 7 sind dann an einen ersten Regelantrieb 9, z. B. einen Stellmotor, angeschlossen. Die Quelle 8 der Verbrennungs- und der Sekundärluft ist sodann mit einem Motor 10 versehen und am Austritt über eine zweite, durch einen zweiten Regelantrieb 1 2 gesteuerte Regelarmatur 1 1 mit einem am Austritt aus der Stabilisierungsstufe 101 der Brennkammer 1 angebrachten Sekundärluftverteiler 1 3 verbunden. An die Reaktionsstufe 1 01 der Brennkammer 1 ist ein primärer
Vorwärmaustauscher 1 4 angeschlossen, der zum Vorwärmen entweder der Primärluft oder der Luft für den Schachtofen dient, von welcher der erforderliche Teil der Primärluft abgesondert wird. An diesem primären Vorwärmaustauscher 14 ist sowohl die in die Mischkammer 2 einmündende Primärluftzuleitung 4, die gegebenenfalls auch vor dieser angeordnet sein kann, als auch ein sekundärer Vorwärmaustauscher 1 6 angeschlossen, und zwar über eine dritte Regelarmatur
1 7 und eine vierte Regelarmatur 1 8, die über eine Umgehungsleitung 1 9 angeschlossen und mit einem dritten Regelantrieb 23 versehen ist. Der sekundäre Vorwärmaustauscher 1 6 ist sodann an die Zuleitung der Gase aus dem Schachtofen 20 angeschlossen und mit der Mischkammer 2 verbunden.
In der Reaktionsstufe 1 02 der Brennkammer 1 ist der Temperaturfühler 21 angebracht, der an ein System 22 von Reglern angeschlossen ist, wobei der erste Regler 221 mit dem ersten Regelantrieb 9, der zweite Regler 222 mit dem dritten Regelantrieb 23 und der dritte Regler 223 mit dem zweiten Regelantrieb 1 2 verbunden ist.
Vor der Inbetriebsetzung des Schachtofens 20 wird der Hilfsbrenner 3 gezündet, wobei mit der Verbrennung des Gemisches des aus der Quelle 6 zugeführten Zusatzbrennstoffs und des aus der Quelle 8, also dem Ventilator, zugeführten, kalten Verbrennungsluft begonnen wird. Infolgedessen kommt es zu einer bestimmten
Erwärmung der Luft, die durch den primären Vorwärmaustauscher 14 fließt und von der ein Teil über die Zuleitung 4 als Primärluft zurück in die Mischkammer 2 gelangt. Sobald das gesamte Verbrennungssystem genügend vorgewärmt ist, wird der Betrieb des Schachtofens 20 gestartet, in dem während des Verbrennungs- prozesses Abgase entstehen, die über den sekundären Vorwärmaustauscher 1 6 der Mischkammer 2 zugeführt werden.
Bei einem herkömmlichen Betrieb der Vorrichtung verbrennt das Kohlenmonoxid in der Stabilisierungsstufe 1 01 der Brennkammer 1 bei verhältnismäßig hohen Temperaturen, da die zugeführte Primärluftmenge so dimensioniert ist, dass bei der WO 01/27546 PCT7IBO0/OO3O3
Verbrennung kein übermäßig hoher Anteil an Luft vorhanden sein kann. Die Kon- struktion sowie die Dimensionierung der einzelnen Elemente dieses Teils des
Systems, und zwar sowohl des Hilfsbrenners 3 als auch der Mischkammer 2, sichern ein intensives Vermischen des Zusatzbrennstoffs mit der Primärluft und mit der Verbrennungsluft aus der Quelle 8 und somit eine entsprechend gute Qualität des Verbrennungsprozesses. Die Zufuhr der Sekundärluft in den Verteiler 1 3 am Austritt aus der Stabilisierungsstufe 1 01 sichert ihrerseits eine vollkommene
Verbrennung des Restes des Kohlenmonoxids und Beibehaltung eines bestimmten Anteils an Sauerstoff.
Bei einer hohen Konzentration des Kohlenmonoxids und somit einer Erhöhung der Brenntemperatur wird diese in Abhängigkeit von den Angaben des in der Reaktionsstufe 102 der Brennkammer 1 angebrachten Temperaturfühlers 21 geregelt, der die optimalen Bedingungen der Verbrennung von Kohlenmonoxid und den weiteren Gasbestandteilen unter Mindestverbrauch von Brennstoff verfolgt. Der erste Regler 221 regelt durch das Öffnen und Schließen der Modulationsarmatur 5 und der ersten Regelarmatur 7 die Menge des Zusatzbrennstoffs und der Verbrennungsluft, welche beide dem Hilfsbrenner 3 zugeführt werden, wobei die Temperatur, bei der dieser Brenner betrieben wird, auf dem Niveau der für das Erreichen der für die Emission des Kohlenmonoxid vorgeschriebenen Werte notwendigen Mindesttemperatur gehalten wird und im Bereich von vorzugsweise 800 bis 830 °C liegt. Der zweite Regler 222 regelt mit Hilfe der dritten Regelarmatur 1 7 und der vierten Regelarmatur 1 8 die Temperatur der aus dem sekundären Vorwärmaustauscher 1 6 der Mischkammer 2 zugeführten vorgewärmten Gase, die Funktion des zweiten Reglers ist für den Bereich der erreichten Temperaturen von etwa 820 bis 900 °C eingestellt. Der dritte Regler 223 regelt sodann mittels der zweiten Regelarmatur 1 1 die Zufuhr der sekundären Verbrennungsluft über den Verteiler 1 3; die Funktion des dritten Reglers ist für den Bereich der erreichten Temperaturen von etwa 830 bis 904 °C eingestellt.
Die beschriebene Ausführung bildet nicht die einzig mögliche Lösung der Vorrichtung gemäß der Erfindung. Die Regelarmaturen 7, 1 1 , 1 7 und 18 brauchen nicht als Klappen und die Regelantriebe 9, 1 2 und 23 nicht als Stellantriebe ausgeführt zu sein, sondern es können auch andere Arten von Armaturen und
Antrieben Verwendung finden. Die Größe und Form der Brennkammer 1 sind ebenfalls nicht ausschlaggebend, sie kann einen runden, einen rechteckförmigen oder auch einen anderen Querschnitt aufweisen. Und schließlich braucht die Primärluft nicht vorgewärmt zu werden, d. h., dass die Vorrichtung nicht mit einem primären Austauscher 14 ausgestattet zu sein braucht, und die Stabilisierungsstufe 101 kann mit einem Fühler für die Regelung der zugeführten Primärluft je nach Temperatur in dieser Stabilisierungsstufe 1 01 versehen sein.
Die Vorrichtung zur Verbrennung von Gasen gemäß der Erfindung kann nicht nur für Schachtöfen für das Verbrennen von Gasen beim Schmelzen von Basalt verwendet werden, sondern auch in sämtlichen übrigen Verbrennungssystemen, in denen eine Optimierung des Verbrennungsprozesses von Gasen gesichert sein muss.

Claims

Ansprüche
1 . Vorrichtung zur Verbrennung von Gasen, insbesondere von Gasen aus
Schachtöfen für das Schmelzen von Mineralien, mit mindestens einem Verbrennungsofen, dem Gase aus dem Schachtofen zugeführt werden und der mit einem Hilfsbrenner versehen ist, an den eine Zusatzbrennstoff- Quelle und eine Verbrennungsluft-Quelle angeschlossen sind, wobei ein System von Verbindungsrohren mit Regelarmaturen versehen ist, welche von Regelantrieben betätigt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (1 ) aus einer Stabilisierungsstufe (1 01 ) und einer Reaktionsstufe (1 02) besteht, wobei am Eintritt in die Stabilisierungsstufe ( 101 ) eine rund um den Hilfsbrenner (3) angebrachte Mischkammer (2) gebildet, am Austritt aus der Stabiliserungsstufe ( 1 01 ) ein Verteiler ( 1 3) der Sekundärluft angebracht und die Reaktionsstufe ( 102) mit einem an ein Reglersystem (22) angeschlossenen Temperaturfühler (21 ) versehen ist.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mischkammer (2) mit ihrer Primärluft-Zufuhrleitung (4) an einen primären Vorwärmaustauscher ( 1 4) angeschlossen ist, der am Austritt aus der Reaktionsstufe ( 1 02) der Brennkammer ( 1 ) angeordnet ist.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Regler (22) des Reglersystems (221 ) mit einem ersten Regelantrieb (9) zur Betätigung sowohl einer an der Zufuhr des Hilfsbrennstoffs zum Hilfsbrenner (3) angeschlossenen Modulationsarmatur (5) als auch einer ersten an der Zufuhr der Verbrennungsluft zum Hilfsbrenner (3) angeschlossenen Regelarmatur (7) verbunden ist.
4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Regler (222) des Reglersystems (22) mit einem dritten Regelantrieb (23) zur Steuerung einer dritten Regelarmatur (1 7) und einer vierten Regelarmatur (1 8) verbunden ist, welche beide mittels einer Umgehungsleitung (1 9) miteinander verbunden und an die Austritte des sekundären Vorwärmaustauschers (1 6) angeschlossen sind, der seinerseits mit dem Abgas-Austritt des Schachtofens (20) verbunden ist.
5. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Regler (223) des Reglersystems (22) mit einem zweiten Regelantrieb (1 2) zur Steuerung der zweiten, an der Zufuhr der Sekundärluft in den Verteiler (1 3) angeschlossenen Regelarmatur ( 1 1 ) verbunden ist.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3389897A (en) * 1965-06-28 1968-06-25 Huttenwerksanlagen M B H Ges Method of operating a hot blast cupola furnace
EP0120109A1 (de) * 1983-03-26 1984-10-03 Dr. Küttner GmbH & Co. KG Verfahren und Einrichtung zum Steuern der Gichtgasverbrennung eines Heisswind-Kupolofens

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