DE19900655C1

DE19900655C1 - Vorrichtung zur Erzeugung stetiger und beliebig starker Schüttgutströme

Info

Publication number: DE19900655C1
Application number: DE1999100655
Authority: DE
Inventors: Kurt Wolf; Horst Kretschmer
Original assignee: KURT WOLF VELCO GES fur FOERD
Current assignee: KURT WOLF VELCO GES fur FOERD
Priority date: 1999-01-11
Filing date: 1999-01-11
Publication date: 2000-10-12
Anticipated expiration: 2019-01-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung stetiger und beliebig starker Schüttgutströme für die dosierte Befüllung von Aggregaten und für den dosierten Eintrag in Förderleitungen. DOLLAR A Es wurde eine Dosiereinheit gefunden, die unter ein Standarddosiergefäß mit auch für kohäsive Schüttgüter ausreichend großem Auslaufquerschnitt A¶E¶ angeschlossen wird. Mit dem Ziel einer kleinen Bauhöhe erhält die Dosiereinheit einen Trichter mit einer für grobe, nichtkohäsive Schüttgüter geringen Wandneigung alpha (ca. 40...50 DEG ). Der Trichter dient als Rutschfläche für das Schüttgut in den Massenflußkonus mit einer Wandneigung alpha (>= 75 DEG ) hinein. Der Massenflußkonus erstreckt sich bei Nutzung einer Dosier- und Spülarmatur bis in diese Armatur hinein. Das Ende des Massenflußkonus bildet eine auswechselbare, aber fixe Drossel, aber bei Verwendung einer Dosier- und Spülarmatur eine Drossel mit veränderbarem Auslaufdurchmesser d¶A¶. Die Veränderung wird vom Antrieb der Dosier- und Spülarmatur in Abhängigkeit vn der Schüttgutförderrate herbeigeführt. Durch den Stau des Schüttgutes an der Drosselstelle liegt im Massenflußkonus, auch bei mehreren Massenflußkonen, immer der Schüttgutzustand im Bereich der Schüttdichte vor. DOLLAR A Die Wandung des Trichters wird aus gasdurchlässigem Material gefertigt. Sobald das Schüttgut feinstkörnig, hochkohäsiv vorliegt, erfolgt eine Belüftung zum Zwecke der Absenkung der Wandreibung, aber nicht zum Zwecke der Fluidisierung und Schüttdichteabsenkung. Damit ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung stetiger und beliebig starker Schüttgutströme für die dosierte Befüllung von Aggregaten und für den dosierten Eintrag in Förderleitungen.

Die Erfindung kann bevorzugt für die Injektion von Schüttgütern in metallurgische Anlagen, wie z. B. für die Einblasung in Hochöfen, Kupolöfen, Elektroöfen, Pfannen, aber auch für die pneumatische Förderung von Brennstoffen, Zuschlagstoffen, Reststoffen in Energieerzeugungsanlagen, Zementanlagen, Müllverbrennungsanlagen und in der chemischen Industrie genutzt werden.

Aus der Fachliteratur ((1) SIEGEL, W.: "Pneumatische Förderung" Vogel Buchverlag 1991; (2) BURKE, H.: "Strömungsförderer", VEB Verlag Technik Berlin; (3) GUDENAU; H. W.: Stahl und Eisen 117 (1997), Nr. 6, S. 66; (4) OS DE 196 03 580 "Vorrichtung zur Förderung schüttfähiger Güter"; (5) PS DE 42 25 483 C2 "Schüttgutdrosselvorrichtung zum Fördern feinkörniger Schüttgüter") sind pneumatische Förder- und Dosieranlagen für Schüttgüter bekannt. Dosiergefäße, Wiegesysteme, diverse Austragskonen und -böden, auch mit Fluidisierung oder mechanischen Austragshilfen, Förderleitungen und Massenstromregelsysteme sind in (1) und (2) ausführlich dargelegt. In (3) wird eine pneumatische Förderung von Feinerz mit Hilfe einer Fluidisierungskammer, mit ebenem Wirbelboden und Abförderung des völlig aufgewirbelten Feinerzes mit einer Förderleitung nach oben aus der Fluidisierungskammer heraus beschrieben. In (4) wird eine Vorrichtung zur Förderung von Schüttgütern beschrieben, wobei ein klassischer Injektor mit einem Dosierkolben zusammenarbeitet. Durch Veränderung des Kolbenhubes wird der Schüttgutauslaß mehr oder weniger geöffnet und so die Förderrate verändert. In (5) wird eine Schüttgutdrosselvorrichtung zum Entspannen, Ausschleusen, Dosieren erläutert. Diese Erfindung in (5) nutzt eine verstellbare Drosselklappe zur Dosierung, Entspannung usw. und bewegt die nicht aufgelockerte Schüttung durch eine Drosselstelle. Verfahrensmäßig liegen Gemeinsamkeiten zur erfindungsgemäßen Lösung vor, aber die Vorrichtung in (5) und die erfindungsgemäße Lösung unterscheiden sich als Vorrichtung und in den Erfindungsansprüchen.

Dem Stand der Technik haftet trotz vorhandener, sehr gut funktionierender Fördersysteme eine Reihe überraschend auftretender Nachteile an, die sich besonders bei den neuen, zu größeren Feinheiten tendierenden Stäuben zeigen. Es sind die sehr unangenehmen, kohäsiven Filterstäube. Für nichtkohäsive Stäube und grobe Schüttgüter ausgelegte Anlagen sind beim Wechsel zu kohäsiven Stäuben dann überfordert.

Weitere Nachteile der bisherigen Dosier- und Fördersysteme sind:

- Massenflußgerechte Förderanlagen bauen sehr hoch, weshalb Kompromisse in der Höhe oder teure Austragshilfen in Kauf genommen werden.
- Die Betreiber von Anlagen kennen bei der Planung oft nicht die Eigenschaften der zu handelnden Schüttgüter, so daß folglich erhebliche Nacharbeiten im Nachhinein erforderlich werden.
- Leistungsänderungen, besonders zu kleineren Förderraten hin, können nach der Anlagenerrichtung nur noch mit großen Umbauarbeiten erreicht werden.
- Forderungen nach sehr hohen Dosiergenauigkeiten und nach sehr kleinen Förderraten bis erheblich unter 100 kg/h können nicht erfüllt werden, weil bei kohäsiven Stäuben keine definierte Ausflußdichte eingestellt werden kann (Zeitverfestigung, Kanalbildung, Durchströmbarkeitsschwankungen, Kernfluß treten auf). Besonders Schwankungen des Druckes auf der Verbraucherseite der Schüttgüter führen zu Schwankungen und Pul sationen der Förderrate, weil der Oberdruck bei herkömmlichen Dosiergefäßen nicht diesen Schwankungen nachgeführt wird.
- Die vorgenannten Schwierigkeiten gestatten keine reproduzierbare, stetige Dosierung mehrerer, unterschiedlicher Massenströme aus einer Vorrichtung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der die vorgenannten Nachteile weitestgehend beseitigt werden und mit der Schüttgutströme möglichst aller vorkommenden Schüttgüter bis zu einer Teilchengröße von ca. 8 mm stetig und in beliebiger Förderstärke erzeugt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Merkmale des Patentanspruchs 2 dienen der Steigerung der Dosiergenauigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Merkmale der Patentansprüche 3 bis 6 sollen die universelle Erweiterung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglichen.

Die erfindungsgemäße Lehre baut auf Erkenntnissen auf, die besonders beim Ein- und Aufblasen stark variierender, feinstkörniger Schüttgutströme in Industrieöfen bzw. Schmelzen gewonnen wurden. So wurde eine Dosiereinheit gefunden, die unter ein Standarddosiergefäß mit auch für kohäsive Schüttgüter ausreichend großem Auslaufquerschnitt A_E angeschlossen wird. Mit dem Ziel einer kleinen Bauhöhe erhält die Dosiereinheit einen Trichter mit einer für grobe, nichtkohäsive Schüttgüter geringen Wandneigung α (ca. 40 . . . 50°). Der Trichter dient als Rutschfläche für das Schüttgut in den Massenflußkonus mit einer Wandneigung α (≧ 75°) hinein. Der Massenflußkonus besitzt nur einen kleinen Einlaufquerschnitt und baut deshalb trotz großer Wandneigung nicht hoch. Der Massenflußkonus erstreckt sich bei Nutzung einer Dosier- und Spülarmatur bis in diese Armatur hinein. Das Ende des Massenflußkonus bildet eine auswechselbare, aber fixe Drossel, aber bei Verwendung einer Dosier- und Spülarmatur eine Drossel mit veränderbarem Auslaufdurchmesser d_A. Die Veränderung wird vom Antrieb der Dosier- und Spülarmatur in Abhängigkeit von der Schüttgutförderrate herbeigeführt. Durch den Stau des Schüttgutes an der Drosselstelle liegt im Massenflußkonus, auch bei mehreren Massenflußkonen, immer der Schüttgutzustand im Bereich der Schüttdichte vor.

Die Wandung des Trichters wird aus gasdurchlässigem Material gefertigt. Sobald das Schüttgut feinstkörnig, hochkohäsiv vorliegt, erfolgt eine Belüftung zum Zwecke der Absenkung der Wandreibung, aber nicht zum Zwecke der Fluidisierung und Schüttdichteabsenkung. Damit läuft auch das feinstkörnige, kohäsive Schüttgut in den Massenflußkonus, wie das bei kohäsionslosen Schüttgütern beschrieben wurde.

Mittels Oberdruck kann nun das im Schüttdichtezustand vorliegende Schüttgut durch die Drossel dosierend gefördert werden. Die Massenflußkonushöhe ΔH = H1 - H2 liegt zwischen 200 und 800 mm und ist wegen des Gleitwiderstandes des Schüttgutstopfens begrenzt. Der dichte, noch bewegbare Stopfen ist unabhängig vom Füllstand im Dosiergefäß. Er wird in Abhängigkeit von der Förderrate durch Veränderung des Differenzdruckes PDCY am Pfropfen mittels Gas (Oberdruck/Belüftungsgas) bewegt.

Die Förderrate kann somit durch Veränderung des Differenzdruckes (über Oberdruckregelung) und durch Veränderung des Drosselquerschnitts variiert werden. Regelgrößen sind diese beiden Parameter, die durch ein Wiegesystem kontrolliert und gleitend nachgeführt werden. Damit werden Störeinflüsse am Wiegesystem eliminiert bzw. nicht auf die direkte Förderratenregelung übertragen.

Im Schüttgut vorhandene Fremdkörper oder gebildete Agglomerate führen an der Drossel zu Verstopfungen. Sie werden mittels der erfindungsgemäßen Konstruktion der Dosier- und Spülarmatur über Spülstutzen bei Schließstellung der Armatur aus dem Dosiersystem herausgeblasen. Die Steuerung erfolgt mittels der Schüttgutstrom-Überwachungsvorrichtung, die aus der Druckmessung PIS2 und der Fördergas-Durchflußmessung FIS gebildet wird.

Ausführungsbeispiel

Ein Ausführungsbeispiel soll auf der Basis von

Fig. 1: Vorrichtung zur Erzeugung stetiger Schüttgutströme

Fig. 2: Dosier- und Spülarmatur 6 in Förderstellung

Fig. 3: Dosier- und Spülarmatur 6 in Spül- und Schließstellung

Fig. 4: Kugel der Dosier- und Spülarmatur 28

Fig. 5: Auslauftrichter 4 mit vier Massenflußkonen 5 sowie mit vier Dosier- und Spülarmaturen 6

erläutert werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird für die Einblasung von Kohle in die Schlacke eines Elektroschmelzofens bei der Stahlerzeugung verwendet. Die Kohle besitzt eine Körnung von 1-3 mm und wird mit einer Förderrate von 50 kg/min eingeblasen. Sie ist gut fließfähig. Die Förderentfernung beträgt 30 m, so daß für die Förderung ein Oberdruck im Dosiergefäß 2 von ca. 2 bar, eine Förderleitung 13 in DN 40, eine Lanze 1 ¼" und eine Fördergasmenge von 120 Nm³/h benötigt werden.

Das Dosiergefäß 2 wird vor der Einblasung mit Kohle befüllt, danach die Absperrklappe 1 verschlossen und das Dosiergefäß 2 über das Ventil für Druckhaltegas 22 mit Gas auf 2 bar bespannt. Der Auslauftrichter 4 wird mit einem Konuswinkel ∝ = 50° und mit einem Einlaufdurchmeser von 600 mm ausgeführt. Belüftungsgas zur gasdurchlässigen Gleitfläche 20 ist nicht nötig, so daß das Ventil für Belüftungsgas 21 geschlossen bleiben kann.

Mit dem Regelventil für Fördergas 17 in Verbindung mit der Durchflußmessung 18 wird das Fördergas voreingestellt und mit Betätigung der Lanze geöffnet.

Das Fördergas strömt über den Fördergasstutzen 15 in den Rohrbogen 14 und spült die Förderleitung 13 und die Lanze sauber. Das Wiegesystem 3 wird in Betrieb gesetzt. Es hat die Funktion der Messung des Verbrauchs an Kohle und der Ermittlung der Förderrate (kg/min) während der Einblasung. Für die Förderrate von 50 kg/min wird der Massenflußkonus 5 mit einem Konuswinkel β = 75° und mit einem Auslaufdurchmeser von 50 mm ausgeführt. Die Drossel 7 in der Kugel 28 der Dosier- und Spülarmatur 6 erhält ∅ 28 mm als Auslauföffnung. Die Einblasung wird immer mit der Differenzdruckmessung und -regelung 10 gefahren. Die Förderrate des Wiegesystems 3 führt den Sollwert der Differenzdruckregelung 10, um die Förderrate stabil zu fahren. Der Differenzdruck wird aus den Druckmessungen 8 und 9 gebildet. Beide Sensoren sind am Massenflußkonuseinlauf sowie am Förderrohreinlauf positioniert. In Schließstellung wird die Dosier- und Spülarmatur 6 kurz vor Start der Kohleförderung durch Öffnung des Ventils für Spülgas 19 über die Spülgastutzen/Eintritt 31 und Austritt 32 gespült. Mit Startknopfbetätigung führt der Antrieb 27 die Dosier- und Spülarmatur 6 in die Position "Schüttgudosierung" 29, 20, bei Außerbetriebnahme wieder in die Position "Spülen" 31, 32. Nach dem Einblasen und Kohleverbrauch wird das Dosiergefäß über das Ventil für Entspannungsgas 24 und den Filter 23 entspannt.

Da die erfindungsgemäße Vorrichtung transportabel und für beliebige Schüttgüter geeignet ist, wird sie auch für die Dosierung von Weichbranntkalk eingesetzt. Lediglich folgende Umbauten müssen vorgenommen werden, denn Weichbranntkalk ist kohäsiv und liegt in Staubform vor:

- Wechsel der Drossel 7 in der Dosier- und Spülarmatur oder Nutzung der Steuerung des Öffnungsgrades der Auslauffläche der Drossel 7 mit dem Stellantrieb 27 der Dosier- und Spülarmatur 6.
- Inbetriebnahme der Belüftung der gasdurchlässigen Gleitfläche 20
- Inbetriebnahme des Schüttgut-Überwachungssystems mit der Druckmeßstelle 9 und der Fördergas-Durchflußmessung 18, weil kohäsiver Branntkalk zu Anhaftungen, Verstopfung neigt und sehr schlechte Fließeigenschaften besitzt.

Bezugszeichenliste

1

Absperrklappe

2

Dosiergefäß

3

Wiegesystem

4

Auslauftrichter

5

Massenflußkonus

6

Dosier- und Spülarmatur

7

Drossel in der Dosier- und Spülarmatur

8

Druckmeßstelle

1

9

Druckmeßstelle

2

10

Differenzdruckmessung und -regelung

11

Schüttgutverbraucherstelle

12

Grobteilesammelstelle

13

Förderleitung

14

Rohrbogen

15

Fördergasstutzen

16

Druckminderer

17

Regelventil für Fördergas

18

Durchflußmessung für Fördergas

19

Ventil für Spülgas

20

Gasdurchlässige Gleitfläche

21

Ventil für Belüftungsgas

22

Ventil für Druckhaltegas

23

Filter für Entspannungsgas

24

Ventil für Entspannungsgas

25

Kompensator

26

Gasversorgungsstelle

27

Stellantrieb der Dosier- und Spülarmatur

28

Kugel der Dosier- und Spülarmatur

29

Schüttguteintrittsseite bei Schüttgutdosierung

30

Schüttgutaustrittsseite bei Schüttgutdosierung

31

Spülgasstutzen/Eintritt

32

Spülgasstutzen/Austritt

Claims

1. Vorrichtung zur Erzeugung stetiger und beliebig starker Schüttgutströme für die dosierte Befüllung von Aggregaten und für den dosierten Eintrag in Förderleitungen, bestehend aus einem unter Druck stehenden Dosiergefäß, einem Wiegesystem, einem Austragskonus, einer Druckmeß- und -regeleinrichtung sowie einer dem Austragskonus sich anschließenden Förderleitung, wobei der Schüttgutstrom durch Erzeugung von Oberdruck im Dosiergefäß erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung so gestaltet ist, daß sie unabhängig von der Teilchengröße und von den Fließeigenschaften der Schüttgüter stetige und beliebig starke Schüttgutstrome erzeugt, was dadurch erreicht wird, daß unterhalb des Dosiergefäßes (2) eine Dosiereinheit angeordnet wird, die aus folgenden Einzelheiten

- Auslauftrichter (4)
- Massenflußkonus (5)
- Dosier- und Spülarmatur (6)
- Drossel in der Dosier- und Spülarmatur (7)
- Druckmeßstelle 1 (8)
- Druckmeßstelle 2 (9)
- Differenzdruckmessung und -regelung (10)
- Grobteilesammelstelle (12)
- Förderleitung (13)
- Rohrbogen (14)
- Fördergasstutzen (15)
- Regelventil für Fördergas (17)
- Durchflußmessung für Fördergas (18)
- Ventil für Spülgas (19)
- gasdurchlässige Gleitfläche (20)
- Regelventil für Belüftungsgas (21)
- Ventil für Druckhaltegas (22)
- Ventil für Entspannungsgas (24)
- Stellantrieb der Dosier- und Spülarmatur (27)
- Kugel der Dosier- und Spülarmatur (28)
- Spülgasstutzen/Eintritt (31)
- Spülgasstutzen/Austritt (32)

besteht und mit nachstehenden Merkmalen ausgestaltet ist, indem

- der Auslauftrichter (4) nur mit einem solch großen Einlaufquerschnitt A_E und Konuswinkel ∝ versehen ist, daß leichtfließende oder grobkörnige Schüttgüter frei auslaufen, aber der Auslauftrichter (4) aus einer gasdurchlässigen Gleitfläche (20) besteht und nur zur Gleitanregung von kohäsiven, nicht frei auslaufenden Schüttgütern durch Belüftungsgaszuführung über das Regelventil (21) benötigt wird und der dem Auslauftrichter (4) folgende Massenflußkonus (5) sowie die Drossel (7) eine für alle Schüttgüter geeignete Wandneigung von ≧ 75° besitzen und gleichmäßig, reproduzierbar mit nicht aufgewirbeltem Schüttgut befüllt werden,
- der Massenflußkonus (5) und die mit einer auswechselbaren, maßlich variablen Drossel (7) ausgerüstetete Dosier- und Spülarmatur (6) eine Höhe H₁ minus H₂ zwischen 200 und 800 mm besitzen, auf dem Niveau H₁ eine Druckmeßstelle 1 installiert ist, die zusammen mit der Druckmeßstelle 2 (9) nach der Drossel (7) eine Differenzdruckmessung (10) und weiter zusammen mit den Ventilen für Druckhaltegas (22) sowie Entspannungsgas (24) eine Differenzdruckregelung (10) zum zeitlich definierten Ausschub des Schüttgutes aus dem Massenflußkonus (5) über die Drossel (7) bildet,
- die Dosier- und Spülarmatur (6) zwei Stutzen für Spülgas-Eintritt (31) und Spülgas- Austritt (32) so angeordnet besitzt, daß in Schließstellung des Stellantriebes (27) der Armatur (6) durch Zuführung von Spülgas über das Ventil (19) Ablagerungen, Verstopfungen und Grobteile aus der Kugel (28) herausgeblasen und einer separaten Grobteilesammelstelle (12) zugeführt werden,
- die Förderleitung (13) mit einem Rohrbogen (14) sehr kleinen Biegeradiuses beginnt, damit das entspannende Schüttgut nach der Drossel (7) annähernd senkrecht direkt in das von der Durchflußmessung (18) und vom Regelventil (17) geregelte, über den Fördergasstutzen (15) einströmende Fördergas fällt, und mit den installierten Fördergasdurchfluß- (18) und Druckmeßstellen (9) ein Überwachungssystem für den Schüttgutstrom besitzt, wobei Verstopfer im Schüttgutsystem oder leeres Förderrohr sich in Änderungen im Fördergasstrom und im Druckniveau andeuten, so daß vorbeugend durch kurzes Schließen der Dosier- und Spülarmatur (6) der Schüttgutstrom aufrecht erhalten werden kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dosiergefäß (2) mit einem Wiegesystem (3) ausgerüstet wird, mit dem die Förderrate des Schüttgutstromes aus der Dosiereinheit in größeren Zeitabständen (<< 5 s) und separat ermittelt wird, und mit der gemessenen Förderrate im Vergleich zur Soll-Förderrate die direkt mit der Dosiereinheit gekoppelte Differenzdruckregelung (10) zum definierten Ausschub des Schüttgutes aus dem Massenflußkonus (5) über die Drossel (7) sollwertmäßig nachgeführt wird, wodurch auf das Wiegesystem (3) wirkende Störfaktoren wie Schwingungen sowie Dehnungskräfte nicht auf die Dosiereinheit und Regelung der Förderrate zurückwirken können.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß unter den Auslauftrichter (4) mehrere Massenflußkonen (5) mit je einer Dosier- und Spülarmatur (6) installiert werden und an jede Armatur (6) eine Förderleitung (13) mit Rohrbogen (14), Regelventil (17), Durchflußmesser (18), Fördergasstutzen (15) sowie mit Druckmessung 2 (9) angeschlossen wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß unter den Auslauftrichter (4) mehrere Massenflußkonen (5) mit je einer Dosier- und Spülarmatur (6) installiert werden und in die Kugeln (28) der Armatur (6) Drosseln (7) unterschiedlicher Auslaufdurchmesser d_A eingebaut werden, damit unterschiedliche Förderraten aus dem gleichen Fördergefäß (2) gleichzeitig oder nacheinander realisiert werden können.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß unter dem Auslauftrichter (4) mehrere Massenflußkonen (5) mit je einer Dosier- und Spülarmatur (6) vorgesehen werden, in die Kugeln (28) der Armatur (6) Drosseln (7) gleichen Auslaufdurchmessers d_A eingebaut werden, mittels jedes Stellantriebes (27) nur ein Teil der gesamten Auslauffläche, der der gewünschten Förderrate einer Förderleitung (13) proportional ist, freigegeben wird, und mittels des Differenzdruckes PDCY über jede Dosier- und Spülarmatur (6), des Öffnungsgrades jeder Drossel (7) sowie des Wiegesystems (3) die Förderraten durch die Förderleitungen variabel eingestellt werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosier- und Spülarmatur (6) durch eine beliebige Schüttgutabsperrarmatur ohne Spüleinrichtung ersetzt wird und in den Massenflußkonus (5) die Drossel (7) der Dosier- und Spülarmatur (6) maßlich integriert wird.