WO2013087838A1 - Kaltwinderzeugung aus schlackewärme - Google Patents

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WO2013087838A1
WO2013087838A1 PCT/EP2012/075536 EP2012075536W WO2013087838A1 WO 2013087838 A1 WO2013087838 A1 WO 2013087838A1 EP 2012075536 W EP2012075536 W EP 2012075536W WO 2013087838 A1 WO2013087838 A1 WO 2013087838A1
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furnace gas
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gas
cold wind
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Marc Solvi
Louis Schmit
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Paul Wurth S.A.
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    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates generally to a method and apparatus for cold winch production from slag heat.
  • top gas as fuel gas
  • Winderhitzern for heating the cold wind in the so-called Winderhitzern
  • electrical energy production in thermal power plants is known in part since the 19th century.
  • the use of the top gas as fuel gas presupposes that this is largely free from contamination by solid particles.
  • the required gas cleaning takes place until today predominantly with the help of water as wet cleaning, with the result that the sensible heat of the top gas is largely lost.
  • top gas expansion turbine The exploitation of the pressure energy of the top gas by a work-releasing relaxation in a so-called top gas expansion turbine is also state of the art for decades.
  • the power that can be gained in the turbine is determined both by the available pressure gradient between the gas outlet from the gas cleaning and the gas inlet into a clean gas network as well as by the gas temperature at the exit from the gas cleaning and thus at the entrance to the turbine. As shown in the previous section, this gas temperature is usually determined by a wet cleaning and is thus only slightly above the ambient temperature.
  • the output power available on the shaft of the expansion turbine is generally used for the generation of electrical energy with the aid of a generator coupled to the turbine.
  • the required drive power of the cold wind compressor is usually supplied by an electric motor or by a steam turbine.
  • JP 62 074009 a process for the recovery of energy from warm granulated blast furnace slag is described.
  • Blast furnace gas emerging from the blast furnace is dedusted and then expanded using the pressure difference in a turbine.
  • the turbine is mechanically coupled to a power generator.
  • the dedusted blast furnace gas is heated by means of heat recovery using a heat transfer medium prior to turbine entry.
  • the heat transfer medium transfers the heat from the recycled granulated slag to the dedusted blast furnace gas.
  • DE 40 30 332 a method for recovering energy from the blast furnace from a blast furnace is disclosed. There is no energy gained from the slags.
  • the finely and coarsely dusted blast furnace gas is expanded in an expansion turbine which can be coupled to a power generator and then introduced into a blast furnace network for further use.
  • Two compressors and a power generator are mechanically coupled to the turbine driven shaft.
  • Blast furnace gas and air are drawn in by both compressors, compressed and then fed to a combustion chamber, where they are burnt with the addition of high-calorie fuel. Following combustion, the burnt mixture is depressurized in a top gas expansion turbine to the turbine outlet pressure with release of energy.
  • An object of the present invention is to provide an alternative method for energy recovery in the production of pig iron in a blast furnace and a corresponding plant.
  • this object is achieved by a method for generating cold wind from slag heat, the method comprising the following steps: a. Providing hot, granulated slag,
  • a shaft is driven, said shaft driving the cold wind compressor and wherein the relaxed blast furnace gas is used to preheat the wet blast furnace gas, resulting in cold, lean blast furnace gas.
  • the use of the heat obtained from the slag for cold wind production has the advantage that heat recovery and utilization within the limits of the same system and time parallel, whereby the conversion into electrical energy, as in WO 201 1/026940 and JP 62 074009 shown, can be bypassed and thus the losses in an electric generator for generating voltage and in an electric motor to drive the compressor can be avoided.
  • the compressed cold wind is passed as combustion air in a blast furnace.
  • Advantageous in such an embodiment are the simplified operation, the lower cost and the high efficiency.
  • the compressor is one of the limiting factors for increasing the efficiency. This is the case in particular for smaller turbomachines, which have to drive at high speeds in order to achieve the pressure gradient required for high efficiency. High speeds inevitably lead to high secondary losses of the currents which significantly reduce the efficiency. Therefore, in DE 40 30 332 two compressors for operating a turbine will be used, which of course significantly increase the cost of such a system.
  • the inventive method is particularly advantageous because the amount of compressed gas is independent of the amount of expanded gas, and thus compressor and turbine can be operated by this additional degree of freedom at ideal efficiency.
  • the wet blast furnace gas at a pressure of 2 to 4 bar and a temperature of 30 to 60 ° C.
  • the preheated top gas preferably has a pressure of 2 to 4 bar ü and a temperature of 140-200 ° C.
  • the hot blast furnace gas preferably has a pressure of 2 to 4 bar ü and a temperature of 300 to 420 ° C.
  • the expanded blast furnace gas preferably has a pressure of 0.05 to 0.4 bar ü.
  • the hot, relaxed blast furnace gas preferably has a temperature of 400 to 290 ° C.
  • the cold, relaxed blast furnace gas preferably has a temperature of 30 to 80 ° C.
  • hot, granulated slag is preferably carried out in that hot liquid slag is cooled by entry of a cold solid and solidifies.
  • a cold solid it is preferred to use cooled, glassy solidified and / or metal bodies, the metal bodies being in spherical or similar form, preferably made of iron or steel.
  • the heat transfer of the hot, granulated slag to the wet blast furnace preferably takes place in a shaft cooler, in a tube cooler and / or in a ball or tube mill.
  • the entering in the above method for heat recovery blast furnace gas has an elevated temperature because of the previous preheating in the preheater between relaxed blast furnace gas and to relaxing blast furnace gas.
  • the cooling of the slag is therefore possibly limited and, if appropriate, a second stage of the heat recovery of the energy remaining in the slag can be connected downstream.
  • the gout pressure of the blast furnace is 2.5 bar ü, the top gas pressure after the wet gas cleaning 2.2 bar ü at a temperature of 45 ° C.
  • the purified blast furnace gas calculated flow rate 754.830 Nm 3 / h damp, is heated by the expanded blast furnace gas from 45 ° C to 170 ° C, in turn, the expanded blast furnace gas cooled from 243 ° C to 65 ° C.
  • the pressure loss in the heat exchanger is 0.1 bar, the clean gas pressure 0.1 bar ü.
  • the blast furnace gas is heated from 170 ° C to 362 ° C.
  • the required heat output is 59.95 MW.
  • the pressure loss of the top gas in this second heat exchanger is again 0.1 bar.
  • the power output to the shaft is 34.28 MW, which is equal to the above-mentioned power requirement on the shaft for generating the cold wind.
  • the available gross heat of the slag 39 to 73 MW and is thus in the range of the above 59,95 MW for heating the Top gas in front of the turbine.
  • the gross heat of the slag can not be fully exploited and because of heat losses, since the heat-absorbing top gas in the example calculation already occurs with 170 ° C in the heat exchanger and thus the slag can not cool to ambient temperature.
  • Fig. 1 is a schematic of the method and three alternative ways to transfer the heat transfer from the hot slag to the blast furnace gas.
  • FIG. 1 various embodiments of this heat recovery and use for cold wind generation are shown with reference to FIG. 1:
  • each incurred during a tapping, liquid, hot slag 10 is cooled by the entry of cold solid 12 in a granulation unit 14 and solidifies, wherein the resulting hot solid mixture still has a high temperature as possible, which is substantially through the subsequent processing of the mixture is limited.
  • cold solid e.g. cooled, glassy solidified blast furnace slag serve.
  • the use of cold blast furnace slag has the advantage that after its introduction into the liquid slag, a homogeneous hot solid mixture is formed.
  • metal body in spherical or similar form preferably made of iron or steel, serve as a cold solid.
  • the metal body cause their entry into the liquid slag, a faster solidification of the liquid slag and thus an increase of the glassy, so non-crystalline solidified proportion. This may be advantageous or necessary, depending on further material use of this slag.
  • the periodically, each incurred during a tapping, hot solid mixture can be cached in a buffer bunker or silo 18 and then fed continuously as granulated slag of the device 20 for heat recovery.
  • the hot solid mixture is then introduced into a heat transfer device 20.
  • a heat transfer device 20 Three different variants of this heat transfer device 20 are shown on the outlines a, b and c of Figure 1.
  • the blast furnace from the blast furnace is freed in a wet cleaning device 22 of solids, enriched with steam and cooled to about 45 ° C.
  • the wet, cold blast furnace gas is then heated in a preheater 24 to about 170 ° C and then in a heat exchanger 20 to about 360 ° C.
  • This hot blast furnace gas is fed into a top gas vent turbine 26 and then used as a countercurrent, still hot, blast furnace gas in the preheater 24 to preheat the wet, cold blast furnace gas.
  • the turbine 26 is driven and the energy is transferred to a shaft 28 which drives the cold wind compressor 30.
  • the compressed cold wind 62 is fed into the blast furnace.
  • the relaxed, cold blast furnace gas is finally fed into a clean gas network 32.
  • the hot solid mixture is passed through a crusher 34, crushed and filled into a shaft cooler 36.
  • the heat transfer from the solid mixture takes place on the guided through pipes at the shaft walls and / or in the bulk blast furnace gas.
  • the heat transfer can be further supported and improved by an air circuit 38.
  • the air enhances the transfer of heat through the convection between the solid and the outer surfaces of the pipes.
  • the air in the air circuit 36 is conveyed by, for example, a fan 40, which may be preceded by a suitable solids separator, such as a weber.
  • the heat transfer from the slag to the top gas as shown in outline B of Fig. 1, the hot solid mixture is filled into a ball or tube mill 42 and crushed there.
  • the grinding media used may be the metal bodies used to cool the liquid slag, otherwise conventional milling balls.
  • a fan 44 conveys air via an air circuit 46 in the mill 42. This heats up on the grinding media and the ground material is passed through a Feststoffabscheider 48, such as a swirl, and then in a conventional heat exchanger 50, the heat to the blast furnace gas.
  • the hot solid mixture is passed through a crusher 52, crushed and fed into a rotary cooler 54, e.g. a rotating tube cooler filled.
  • a rotating tube cooler such as described by the company Grenzebach, the heat transfer from the solid mixture through an air circuit 56.
  • the air heats up at the tubes and then in a conventional heat exchanger 58, the heat to the blast furnace gas.
  • the circulating air is e.g. promoted by a fan 60.
  • the entering in the above method for heat recovery blast furnace gas has an elevated temperature because of the possibly previously completed first stage of preheating in the heat exchanger between relaxed blast furnace gas and to relaxing blast furnace gas.
  • the cooling of the slag is therefore possibly limited and possibly a second stage of heat recovery can be followed.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Kaltwinderzeugung aus Schlackewärme wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: a. Bereitstellen von heißer, granulierter Schlacke, b. Bereitstellen von nassem Gichtgas, c. Vorwärmen des nassen Gichtgases wodurch vorgewärmtes Gichtgas entsteht, d. Wärmeübertragung der heißen, granulierten Schlacke an das vorgewärmte Gichtgas, wobei heißes Gichtgas entsteht, e. Entspannen des heißen Gichtgases in einer Turbine wobei Energie freigesetzt wird und entspanntes Gichtgas entsteht, f. Nutzung der freigesetzten Energie zum Antrieb eines Kaltwindverdichters zum Verdichten des Kaltwindes, wobei durch das Entspannen des heißen Gichtgases in einer Turbine eine Welle angetrieben wird, wobei diese Welle den Kaltwindverdichter antreibt und wobei das entspannte Gichtgas zum Vorwärmen des nassen Gichtgases genutzt wird, wodurch kaltes, entspanntes Gichtgas entsteht.

Description

KALTWINDERZEUGUNG AUS SCHLACKEWÄRME
Technisches Gebiet
[0001 ] Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren und eine Anlage zur Kaltwinderzeugung aus Schlackewärme.
Stand der Technik
[0002] Die Erzeugung von Roheisen in einem Hochofen bedingt einen erheblichen Energieaufwand, zur Erzeugung von als Verbrennungsluft dienender Druckluft (des sogenannten Kaltwindes) sowie zur Erhitzung und zum Schmelzen der Einsatzstoffe und zur Reduzierung der Eisen-Sauerstoff-Verbindungen. Sieht man vom mechanischen oder elektrischen Antrieb des Kaltwindverdichters ab, wird ein Großteil dieser Energie in Form organischer Kohlenstoffverbindungen zugeführt, in erster Linie als Koks, zusätzlich wahlweise als festes (z.B. Kohlestaub), flüssiges (z.B. Schweröl) oder gasförmiges (z.B. Erdgas) sogenanntes Ersatzreduktionsmittel. Die Umsetzung dieser Kohlenstoffverbindungen verursacht einen erheblichen CO2-Ausstoß.
[0003] Dieser hohe Energieaufwand und die daraus resultierenden Umweltbelastungen rechtfertigen weitere Anstrengungen zur Rückgewinnung der in den Ausgangs- und Abfallstoffen erhaltenen Restenergie.
[0004] Die Ausnutzung des Gichtgases als Brenngas, zum Erhitzen des Kaltwindes in den sogenannten Winderhitzern, zum Betrieb von Wärmeöfen in den Walzwerken und zur elektrischen Energiegewinnung in Wärmekraftwerken, ist zum Teil seit dem 19. Jahrhundert bekannt. Die Verwendung des Gichtgases als Brenngas setzt jedoch voraus, dass dieses weitgehend frei ist von Verunreinigungen durch Feststoffpartikel. Die dazu erforderliche Gasreinigung erfolgt bis heute ganz überwiegend mit Hilfe von Wasser als Nassreinigung, mit der Folge, dass die fühlbare Wärme des Gichtgases weitestgehend verloren geht.
[0005] Die Ausnutzung der Druckenergie des Gichtgases durch eine Arbeit abgebende Entspannung in einer sogenannten Gichtgas-Entspannungsturbine ist ebenfalls seit Jahrzehnten Stand der Technik. Die in der Turbine gewinnbare Leistung wird sowohl durch das verfügbare Druckgefälle zwischen dem Gasaustritt aus der Gasreinigung und dem Gaseintritt in ein Reingasnetz als auch durch die Gastemperatur am Austritt aus der Gasreinigung und damit am Eintritt in die Turbine bestimmt. Wie im vorhergehenden Abschnitt dargestellt, ist diese Gastemperatur meist durch eine Nassreinigung bestimmt und liegt damit nur wenig über der Umgebungstemperatur.
[0006] Die an der Welle der Entspannungsturbine zur Verfügung stehende Abtriebsleistung wird in der Regel zur elektrischen Energieerzeugung mit Hilfe eines an die Turbine gekuppelten Generators genutzt. Die erforderliche Antriebsleistung des Kaltwindverdichters wird üblicherweise durch einen Elektromotor oder durch eine Dampfturbine geliefert.
[0007] In der Patentanmeldung WO 201 1/026940 wird ein Verfahren zur Erhöhung der Gichtgas-Eintrittstemperatur in die Turbine und damit der Leistungsabgabe in der Turbine beschrieben, mit Hilfe einer zweistufigen Vorwärmung und unter der Maßgabe, die Eintrittstemperatur des entspannten Gichtgases in das Reingasnetz unter dem Grenzwert für die Gastemperatur im Reingasnetz zu halten. Die erste Stufe der Vorwärmung des zu entspannenden Gichtgases erfolgt durch Wärmeübertragung aus dem entspannten Gichtgas, während die zweite Stufe der Vorwärmung mit Hilfe von Fremdenergie erfolgt. Dabei bewirkt die Verschiebung der Entspannung in zunehmend höhere Temperaturbereiche dass, sieht man von Verlusten ab, die Zunahme der Leistungsabgabe der Turbine gleich der Zunahme der zugeführten Fremdenergie ist.
[0008] In JP 62 074009 wird ein Verfahren zur Rückgewinnung von Energie aus warmer granulierter Hochofenschlacke beschrieben. Aus dem Hochofen austretendes Gichtgas wird entstaubt und anschließend unter Verwendung der Druckdifferenz in einer Turbine entspannt. Die Turbine ist mechanisch an einen Stromerzeugungs-Generator gekoppelt. Das entstaubte Gichtgas wird vor dem Turbineneintritt mittels Wärmerückgewinnung anhand eines Wärmeübertragungsmediums erwärmt. Das Wärmeübertragungsmedium überträgt die Wärme von der rückgeführten granulierten Schlacke auf das entstaubte Gichtgas. [0009] In DE 40 30 332 ist ein Verfahren zur Rückgewinnung von Energie des aus einem Hochofen stammenden Gichtgases offenbart. Es wird keine Energie aus den Schlacken gewonnen. Das fein- und grobentstaubte Gichtgas wird in einer mit einem Stromerzeugungs-Generator koppelbaren Entspannungsturbine entspannt, um dann zur weiteren Verwendung in ein Gichtgasnetz eingeleitet zu werden. Zwei Verdichter und ein Stromerzeugungs-Generator sind mechanisch an die von der Turbine angetriebene Welle gekoppelt. Gichtgas sowie Luft werden von beiden Verdichtern angesaugt, komprimiert und anschließend einer Brennkammer zugeführt, wo sie unter Beimischung von hochkalorigem Brennstoff verbrannt werden. Im Anschluss an die Verbrennung wird das verbrannte Gemisch in einer Gichtgas-Entspannungsturbine auf den Turbinenaustrittsdruck unter Abgabe von Energie entspannt.
Aufgabe der Erfindung
[0010] Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein alternatives Verfahren zur Energierückgewinnung bei der Herstellung von Roheisen in einem Hochofen sowie eine entsprechende Anlage bereitzustellen.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
[001 1 ] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Kaltwinderzeugung aus Schlackewärme wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: a. Bereitstellen von heißer, granulierter Schlacke,
b. Bereitstellen von nassem Gichtgas,
c. Vorwärmen des nassen Gichtgases, wodurch vorgewärmtes Gichtgas entsteht,
d. Wärmeübertragung der heißen, granulierten Schlacke an das vorgewärmte Gichtgas wobei heißes Gichtgas entsteht, e. Entspannen des heißen Gichtgases in einer Turbine, wobei Energie freigesetzt wird und entspanntes Gichtgas entsteht,
f. Nutzung der freigesetzten Energie zum Antrieb eines Kaltwindverdichters zum Verdichten des Kaltwindes
wobei durch das Entspannen des heißen Gichtgases in einer Turbine eine Welle angetrieben wird, wobei diese Welle den Kaltwindverdichter antreibt und wobei das entspannte Gichtgas zum Vorwärmen des nassen Gichtgases genutzt wird, wodurch kaltes, entspanntes Gichtgas entsteht.
[0012] Bei den Arbeiten an dieser Erfindung wurde festgestellt, dass die Wärmerückgewinnung aus der schmelzflüssigen Schlacke zur Erwärmung des Gichtgases vor der Turbine genutzt werden kann da die erzielbare Leistungsabgabe der Turbine ungefähr gleich der erforderlichen Wellenleistung des Kaltwindverdichters ist, wodurch zusätzlich Fremdenergie eingespart werden kann.
[0013] Die Verwendung der aus der Schlacke gewonnenen Wärme zur Kaltwinderzeugung hat den Vorteil, dass Wärmerückgewinnung und Ausnutzung in den Grenzen der gleichen Anlage und zeitlich parallel erfolgen, wodurch das Umwandeln in elektrische Energie, wie in WO 201 1/026940 und JP 62 074009 dargestellt, umgangen werden kann und somit die Verluste in einem elektrischen Generator zur Spannungserzeugung und in einem elektrischen Motor zum Antrieb des Verdichters vermieden werden können.
[0014] Im Gegensatz zu DE 40 30 332, wird der verdichtete Kaltwind als Verbrennungsluft in einen Hochofen geführt. Vorteilhaft bei solch einer Ausgestaltung sind der vereinfachte Betrieb, die geringeren Kosten sowie der hohe Wirkungsgrad. Wie aus der Lehre der Strömungsmaschinen hervorgeht, ist in vielen Fällen der Verdichter einer der limitierenden Faktoren zur Erhöhung des Wirkungsgrads. Dies ist besonders bei kleineren Strömungsmaschinen der Fall, welche hohe Drehzahlen fahren müssen um den für einen hohen Wirkungsgrad benötigten Druckgradienten zu erreichen. Hohe Drehzahlen führen unweigerlich zu hohen Sekundärverlusten der Strömungen welche den Wirkungsgrad deutlich reduzieren. Deshalb werden in DE 40 30 332 auch zwei Verdichter zum Betrieb einer Turbine verwendet werden, welche die Kosten einer solchen Anlage natürlich deutlich erhöhen.
[0015] Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders vorteilhaft, da die Menge des verdichteten Gases unabhängig von der Menge des entspannten Gases ist, und somit Verdichter und Turbine, durch diesen zusätzlichen Freiheitsgrad bei idealem Wirkungsgrad betrieben werden können. [0016] Gemäss einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens weist das nasse Gichtgas einen Druck von 2 bis 4 bar ü und eine Temperatur von 30 bis 60 °C auf.
[0017] Das vorgewärmte Gichtgas weist bevorzugt einen Druck von 2 bis 4 bar ü und eine Temperatur von 140-200 °C auf.
[0018] Das heiße Gichtgas weist bevorzugt einen Druck von 2 bis 4 bar ü und eine Temperatur von 300 bis 420 °C auf.
[0019] Das entspannte Gichtgas weist bevorzugt einen Druck von 0.05 bis 0.4 bar ü auf.
[0020] Das heiße, entspannte Gichtgas weist bevorzugt eine Temperatur von 400 bis 290 °C auf.
[0021 ] Das kalte, entspannte Gichtgas weist bevorzugt eine Temperatur von 30 bis 80 °C auf.
[0022] Die Bereitstellung der heißen, granulierten Schlacke erfolgt bevorzugt dadurch, dass heiße flüssige Schlacke durch Eintrag von einem kalten Feststoff abgekühlt wird und erstarrt. Als kalter Feststoff wird bevorzugt erkaltete, glasig erstarrte und/oder Metallkörper verwendet werden, wobei die Metallkörper in Kugel- oder ähnlicher Form, vorzugsweise aus Eisen oder Stahl sind.
[0023] Die Wärmeübertragung der heißen, granulierten Schlacke an das nasse Gichtgas findet bevorzugt in einem Schachtkühler, in einem Röhrenkühler und/oder in einer Kugel- oder Rohrmühle statt.
[0024] Das in den obengenannten Verfahren zur Wärmerückgewinnung eintretende Gichtgas hat wegen der zuvor bereits erfolgten Vorwärmung im Vorwärmer zwischen entspanntem Gichtgas und zu entspannendem Gichtgas eine erhöhte Temperatur. Die Abkühlung der Schlacke ist deshalb ggf. begrenzt und ggf. kann eine zweite Stufe der Wärmerückgewinnung der in der Schlacke verbliebenen Energie nachgeschaltet werden.
Beispiel rechnung:
[0025] Betrachtet wird ein Hochofen mit einer Roheisenausbringung von 10.000 t/d. Die Kaltwindrate (trocken) beträgt 1 .000 Nm3/t, die Gichtgasrate 1 .700 Nm3/t. [0026] Der Kaltwinddruck beträgt 4,5 bar Überdruck (ü). Bei einem Verdichterwirkungsgrad von 0,8036 (innerer Wirkungsgrad 82 %, mechanischer Wirkungsgrad 98 %) beträgt dann der rechnerische Leistungsbedarf an der Verdichterkupplung des Kaltwindverdichters, zur Erzeugung von 423.875 Nm3/h feuchten Kaltwindes, 34,28 MW.
[0027] Der Gichtdruck des Hochofens beträgt 2,5 bar ü, der Gichtgasdruck nach der nassen Gasreinigung 2,2 bar ü bei einer Temperatur von 45 °C. Das gereinigte Gichtgas, rechnerischer Mengenstrom 754.830 Nm3/h feucht, wird durch das entspannte Gichtgas von 45 °C auf 170 °C erwärmt, im Gegenzug das entspannte Gichtgas von 243 °C auf 65 °C abgekühlt. Dabei beträgt der Druckverlust im Wärmeübertrager jeweils 0,1 bar, der Reingasnetzdruck 0,1 bar ü.
[0028] In einem zweiten Wärmetauscher wird das Gichtgas von 170 °C auf 362 °C erwärmt. Die dazu erforderliche Wärmeleistung beträgt 59,95 MW. Der Druckverlust des Gichtgases in diesem zweiten Wärmeübertrager beträgt wiederum 0,1 bar.
[0029] In der Turbine erfolgt dann die Entspannung des Gichtgases von 2,0 bar ü auf 0,2 bar ü. Die entsprechende Temperaturabsenkung erfolgt von 362 °C auf 243 °C. Bei einem Wirkungsgrad 0,8526 (innerer Wirkungsgrad 87 %, mechanischer Wirkungsgrad 98 %) beträgt die Leistungsabgabe an der Welle 34,28 MW, und ist damit gleich dem oben angegebenen Leistungsbedarf an der Welle zur Erzeugung des Kaltwindes.
[0030] Bei einer Schlackenrate von 200 bis 300 kg/t und einer Schlackeenthalpie von 1 .700 bis 2.100 kJ/kg beträgt die verfügbare Bruttowärme der Schlacke 39 bis 73 MW und liegt damit im Bereich der oben genannten 59,95 MW zur Erhitzung des Gichtgases vor der Turbine. Natürlich lässt sich die Bruttowärme der Schlacke grundsätzlich und wegen Wärmeverlusten nicht voll ausnutzen, da das Wärme aufnehmende Gichtgas in der Beispielrechnung bereits mit 170 °C in den Wärmeübertrager eintritt und somit die Schlacke nicht auf Umgebungstemperatur abkühlen kann. Es ist aber leicht vorstellbar, die fehlende Wärmeleistung zur Erhitzung des Gichtgases auf die gewünschte Turbineneintrittstemperatur durch Verbrennen von Gichtgas zu gewinnen. Je MW zusätzlich erforderlicher Bruttowärme wären circa 1 .300 Nm3/h Gichtgas zu verbrennen. [0031 ] Zum Vergleich ergäbe die Entspannung des Gichtgases bei 45 °C, von 2,2 bar ü auf 0,1 bar ü (keine Druckverluste in Wärmeübertragern) eine Leistungsabgabe an der Welle von rechnerisch 18,94 MW. Die zugeführten 59,95 MW Wärme werden also mit einem Wirkungsgrad von (34,28-18,94 )/59,95 = 0,256 oder knapp 26 % in mechanische Energie umgesetzt.
Kurze Beschreibung der Figuren
[0032] Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung können der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung möglicher Ausführungsformen der Erfindung anhand der beiliegenden Figur entnommen werden. Diese zeigt:
Fig. 1 ein Schema des Verfahrens sowie drei alternative Möglichkeiten die Wärmeübertragung von der heißen Schlacke an das Gichtgas zu übertragen.
Beschreibung einer/mehrerer Ausgestaltung(en) der Erfindung
[0033] Im Folgenden werden verschiedene Ausführungen dieser Wärmerückgewinnung und Nutzung zur Kaltwinderzeugung mit Bezug auf Fig. 1 dargestellt:
[0034] Die periodisch, jeweils während eines Abstichs anfallende, flüssige, heiße Schlacke 10 wird durch den Eintrag von kaltem Feststoff 12 in einer Granulierungsanlage 14 abgekühlt und erstarrt, wobei das entstehende heiße Feststoffgemisch noch eine möglichst hohe Temperatur hat, welche im wesentlichen durch die anschließende Verarbeitung des Gemischs begrenzt wird.
[0035] Als kalter Feststoff können z.B. erkaltete, glasig erstarrte Hochofenschlacken dienen. Die Verwendung kalter Hochofenschlacke hat den Vorteil, dass nach ihrem Eintragen in die flüssige Schlacke ein homogenes heißes Feststoffgemisch entsteht.
[0036] Zusätzlich oder alternativ können aber auch Metallkörper in Kugel- oder ähnlicher Form, vorzugsweise aus Eisen oder Stahl, als kalter Feststoff dienen. Die Metallkörper bewirken bei ihrem Eintrag in die flüssige Schlacke, eine schnellere Erstarrung der flüssigen Schlacke und damit eine Erhöhung des glasig, also nicht-kristallin erstarrten Anteils. Dies kann vorteilhaft oder notwendig sein, je nach weiterer stofflicher Verwendung dieser Schlacke. [0037] Das periodisch, jeweils während eines Abstichs anfallende, heiße Feststoffgemisch kann in einem Pufferbunker oder -silo 18 zwischengespeichert und dann kontinuierlich als granulierte Schlacke der Einrichtung 20 zur Wärmerückgewinnung zugeführt.
[0038] Das heiße Feststoffgemisch wird anschließend in eine Wärmeübertragungsvorrichtung 20 eingebracht. Drei verschiedene Varianten dieser Wärmeübertragungsvorrichtung 20 sind auf den Ausrissen a, b und c der Figur 1 dargestellt.
[0039] Das Gichtgas aus dem Hochofen wird in einer Nassreinigungsvorrichtung 22 von Feststoffen befreit, mit Wasserdampf angereichert und bis auf ungefähr 45°C abgekühlt. Das nasse, kalte Gichtgas wird dann in einen Vorwärmer 24 auf ungefähr 170°C und anschließend in einem Wärmeübertrager 20 auf ungefähr 360°C aufgeheizt. Dieses heiße Gichtgas wird in eine Gichtgasentspannungsturbine 26 eingespeist und anschließend als entspanntes, aber immer noch heißes Gichtgas im Gegenstrom in dem Vorwärmer 24 genutzt, um das nasse, kalte Gichtgas vorzuwärmen. Durch das Entspannen des Gichtgases wird die Turbine 26 angetrieben und die Energie wird auf eine Welle 28 übertragen, die den Kaltwindverdichter 30 antreibt. Der verdichtete Kaltwind 62 wird in den Hochofen geführt. Das entspannte, kalte Gichtgas wird schlussendlich in ein Reingasnetz 32 eingespeist.
[0040] In einer ersten Variante der Wärmeübertragung von der Schlacke auf das Gichtgas, wie auf Ausriss A der Fig. 1 dargestellt, wird das heiße Feststoffgemisch durch einen Brecher 34 geführt, zerkleinert und in einen Schachtkühler 36 gefüllt. Im Schachtkühler 36, wie z.B. von der Firma Grenzebach beschrieben, erfolgt der Wärmeübergang vom Feststoffgemisch auf das durch Rohrleitungen an den Schachtwänden und/oder in der Schüttung geführte Gichtgas.
[0041 ] Die Wärmeübertragung kann des weiteren durch einen Luftkreislauf 38 unterstützt und verbessert werden. Die Luft verstärkt die Übertragung der Wärme durch die Konvektion zwischen Feststoff und Rohrleitungs-Außenflächen. Die Luft im Luftkreislauf 36 wird durch z.B. einen Ventilator 40 gefördert, dem ein geeigneter Feststoffabscheider, z.B. ein Wirbier, vorgeschaltet sein kann. [0042] In einer anderen Ausführung der Wärmeübertragung von der Schlacke auf das Gichtgas, wie auf Ausriss B der Fig. 1 dargestellt wird das heiße Feststoffgemisch in eine Kugel- oder Rohrmühle 42 gefüllt und dort zerkleinert. Als Mahlkörper kommen ggf. die zur Abkühlung der flüssigen Schlacke verwendeten Metallkörper zur Verwendung, andernfalls herkömmliche Mahlkugeln. Ein Ventilator 44 fördert Luft über einen Luftkreislauf 46 in die Mühle 42. Diese erhitzt sich an den Mahlkörpern und am Mahlgut, wird über einen Feststoffabscheider 48, z.B. einen Wirbier, geführt und gibt anschließend in einem herkömmlichen Wärmeübertrager 50 die Wärme an das Gichtgas ab.
[0043] In einer weiteren Ausführung der Wärmeübertragung von der Schlacke auf das Gichtgas, wie auf Ausriss C der Fig. 1 dargestellt wird das heiße Feststoffgemisch durch einen Brecher 52 geführt, zerkleinert und in einen Drehkühler 54, z.B. ein rotierender Röhrenkühler gefüllt. In diesem rotierenden Röhrenkühler, wie z.B. von der Firma Grenzebach beschrieben, erfolgt der Wärmeübergang vom Feststoffgemisch durch einen Luftkreislauf 56. Die Luft erhitzt sich an den Röhren und gibt anschließend in einem herkömmlichen Wärmeübertrager 58 die Wärme an das Gichtgas ab. Die Kreislaufluft wird z.B. durch einen Ventilator 60 gefördert.
[0044] Das in den obengenannten Verfahren zur Wärmerückgewinnung eintretende Gichtgas hat wegen der ggf. zuvor bereits erfolgten ersten Stufe der Vorwärmung im Wärmeübertrager zwischen entspanntem Gichtgas und zu entspannendem Gichtgas eine erhöhte Temperatur. Die Abkühlung der Schlacke ist deshalb ggf. begrenzt und ggf. kann eine zweite Stufe der Wärmerückgewinnung nachgeschaltet werden.
Λ η
10
Zeichenerklärung:
10 Flüssige Schlacke
12 Kalter Feststoff
14 Granulierungsanlage
16 Feststoffgemisch
18 Puffersilo
20 Wärmeübertragungsvornchtung
22 Nassreinigungsvornchtung
24 Vorwärmer
26 Gichtgasentspannungsturbine
28 Welle
30 Kaltwindverdichter
32 Reingasnetz
34 Brecher
36 Schachtkühler
38 Luftkreislauf
40 Ventilator
42 Rohrmühle
44 Ventilator
46 Luftkreislauf
48 Feststoffabscheider
50 Wärmeübertrager
52 Brecher
54 Drehkühler
56 Luftkreislauf
58 Wärmeübertrager
60 Ventilator
62 verdichteter Kaltwind

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zur Kaltwinderzeugung aus Schlackewärme wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
a. Bereitstellen von heißer, granulierter Schlacke,
b. Bereitstellen von nassem Gichtgas,
c. Vorwärmen des nassen Gichtgases, wodurch vorgewärmtes Gichtgas entsteht,
d. Wärmeübertragung der heißen, granulierten Schlacke an das vorgewärmte Gichtgas wobei heißes Gichtgas entsteht, e. Entspannen des heißen Gichtgases in einer Turbine, wobei Energie freigesetzt wird und entspanntes Gichtgas entsteht,
f. Nutzung der freigesetzten Energie zum Antrieb eines Kaltwindverdichters zum Verdichten des Kaltwindes,
wobei durch das Entspannen des heißen Gichtgases in einer Turbine eine Welle angetrieben wird, wobei diese Welle den Kaltwindverdichter antreibt und wobei das entspannte Gichtgas zum Vorwärmen des nassen Gichtgases genutzt wird, wodurch kaltes, entspanntes Gichtgas entsteht.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das nasse Gichtgas einen Druck von 2 bis 4 bar ü und eine Temperatur von 30 bis 60 °C aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgewärmte Gichtgas einen Druck von 2 bis 4 bar ü und eine Temperatur von 140 bis 200 °C aufweist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet das heiße Gichtgas einen Druck von 2 bis 4 bar ü und eine Temperatur von 300 bis 420 °C aufweist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das entspannte Gichtgas einen Druck von 0.05 bis 0.4 bar ü aufweist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das heiße, entspannte Gichtgas eine Temperatur von 400 bis 290 °C aufweist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das kalte entspannte Gichtgas eine Temperatur von 30 bis 80 °C aufweist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereitstellung der heißen, granulierten Schlacke dadurch erfolgt, dass heiße flüssige Schlacke durch Eintrag von einem kalten Feststoff abgekühlt wird und erstarrt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als kalter Feststoff, erkaltete, glasig erstarrte und/oder Metallkörper verwendet werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragung der heißen, granulierten Schlacke an das nasse Gichtgas in einem Schachtkühler, in einem Röhrenkühler und/oder in einer Kugel- oder Rohrmühle stattfindet.
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