LU82263A1 - Verfahren zum kontinuierlichen einblasen von feinkoerniger braunkohle in das gestell eines hochofens - Google Patents

Description

A 546 » Demande de brevet de.........................................................................

Désignation de l'Inventeur (') Le soussigné NEYEN, ingénieur/ Administration Centrale de l'ARBED, Case postale 18o2 Luxembourg agissant en qualité cfexdésHSOHtx— de mandataire du déposant — (J) Rheinische.....Braunkohlenwerke AG/......5oop Koeln.................................

ARBED S.A. Avenue de la Liberté, Luxembourg (3) de l'invention concernant : ........Verfahren zum kontinuierlichen Einblasen von feinkörniger...................

Braunkohle in das Gestell eines Hochofens.

désigne comme inventeur (s) :

1. Nom et prénoms .,..- lug,·. Hexri.....GROSSE.....DALDRUP

Adresse Orffstrasse.....1Λ5ο14Kerpen-Sindorf Rf a.

2. Nom et prénoms Ing.grad.Günther NOTHHELFER................................................................................................

Adresse Plettenbergerstrasse3,5o2o Frechen Rf a.........................................

, 3. Nom et prénoms...........D.r....ing.^.Er.iHder.ich....H........FRANKE................................................................................................

Adresse Von Grootestrasse 64 , 5 ooo Köln 51 Rfa.

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Il affirme la sincérité des indications susmentionnées et déclare en assumer l'entière responsabilité.

* 4. Dr-ing. Raymond LIMPACH

route d'Esch 65, Huncherange»Luxembourg Luxembourg__________________________________________________ |e 14 mars 19 8o (signature) A 68026____________ {'} Nom, prénoms, firme, adresse.

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P ate n t anme1dung

Anmelder : A R B E D S.A.

Avenue de la Liberté Luxembourg

Rheinische Braunkohlenwerke AG Postfach 410840 D 5000 Köln 41

Verfahren zum kontinuierlichen Einbiasen von feinkörniger Braunkohle in das Gestell eines Hochofens l '1

Verfahren zum kontinuierlichen Einblasen von feinkörniger Braunkohle in das Gestell eines Hochofens >

Die Erfindu ^ betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Einblasen von einkörniger Braunkohle unter Druck in das Gestell eines Hochc ens durch die Blasformen desselben.

Es sind sei . langem Bemühungen bekannt, den Koksverbrauch eines Hochofens curch Verwendung billiger Brennstoffe und/oder durch direktes Einführen von Reduktionsmitteln in den Hochofen zu verringern. So ist das Einführen von Schweröl seit langem üblich.

Es ist ferner bekannt, Reduktionsgasgemische, die überwiegend aus H2 und CO bestehen und gegebenenfalls durch Regenerieren von Gichtgas gewonnen werden, in den Hochofen, sei es in das Gestell, sei es in den unteren Bereich des eigentlichen Hochofenschachtes, einzublasen.

Das Einblasen von feinkörniger Kohle, auch Braunkohle, in den Hochofen ist seit langem Gegenstand von Versuchen und Bemühungen. Obwohl aufgrund der in den letzten Jahren merklich gestiegenen Preise für Heizöl die Verwendung von Kohle sich zwangsläufig immer dort anbietet, wo Kohle billiger als öl zur Verfügung steht, hat das Einblasen von Kohle in den Hochofen im praktischen Betrieb bislang nur in sehr beschränktem Umfang Anwendung gefunden. Dies ist einmal darauf zurückzuführen, dass der Transport und die Verteilung von feinkörniger Kohle von einem Vorratsbehälter in die Einblasöffnung des Hochofens hinein mit grösseren Schwierigkeiten verbunden sind als bei einem fluiden Medium, z. B. öl oder Gas. Hinzu kommt, dass normalerweise die Voraussetzungen für eine schnelle und damit vollständige Umsetzung innerhalb des Hochofens bei öl und Gas sehr viel günstiger sind als bei festen e , : ; i - 2 - »

Brennstoffen. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass allein aus |j Kostengründen eine möglichst vollständige Umsetzung des einge- . §' brachten Brennstoffes notwendig ist. Darüber hinaus würde eine unvollständige Umsetzung, insbesondere bei festen Brennstoffen, zu merklichen Störungen im Betrieb des Hochofens führen, z. B. durch Entstehen von Russ, der die Durchlässigkeit des Moellers für das Reduktionsgas verringert und gegebenenfalls auch im Gichtgas vorhanden ist. Letzteres kann in den vom Gichtgas durch-» strömten Einrichtungen zu Störungen führen. Wenngleich die Ver wendung von Braunkohlenstaub als Zusatzbrennstoff bereits seit mehr als 10 Jahren diskutiert wird - z.B. in Neue Hütte, 10. Jahrgang, Heft 12, Seiten 708 - 710 - ist die Anwendung in der Praxis auf Versuche beschränkt geblieben. Dies ist offensichtlich darauf zurückzuführen, dass es nicht gelungen war, die die möglichst vollständige Umsetzung der Braunkohle im Gestell des Hochofens betreffenden Fragen und Probleme vollständig und einwandfrei zu lösen. So wird in einem Diskussionsbeitrag von J. Hangelsdorf in "Le coke en sidérurgie" im Zusammenhang mit dem Internationalen Kongress Charleroi, 1966 auf Seite 535 darauf hingewiesen, dass mit grösser werdendem Zusatz von Braunkohlenstaub auf z. B. 150 - 160 kg pro Tonne Roheisen das Austausch-Verhältnis kg Koks/kg Braunkohlenstaub sich merklich verringert.

In Erdöl, Kohle, Erdgas, Petrochemie, 18, 1965, Seite 112 - 118 wird über die Untersuchung von Verbrennungs- bzw. Vergasungsverhalten einzelner Hilfsbrennstoffe in den Blasformen berichtet. Es wird die Auffassung vertreten, dass die Verbrennung und Vergasung von Feinkohle gegenüber Erdgas und Heizöl komplizierter und langsamer sind, da sie über mehrere Teilschritte führen, die zum Teil nacheinander, zum Teil nebeneinander ablaufen. Dazu heisst es, dass nur Körner mit einem Durchmesser von über 1 mm in der Heizzone vollständig entgasen, wohingegen kleinere Körner infolge ihrer geringen Sinkgeschwindigkeit zuvor mit dem Gas-* ström aus der Heizzone ausgetragen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der einleitend beschriebenen Art so auszugestalten, dass die bisher auf- - 3 - i; getretenen Schwierigkeiten und Unvollkommenheiten beseitigt oder |j doch zumindest weitgehend verringert werden. Insbesondere wird angestrebt, das Verfahren so zu führen, dass der Hochofenbetrieb durch die Verwendung von feinkörniger Braunkohle anstelle von Öl oder Gas weder irgendwelche ins Gewicht fallenden Beeinflussungen erfährt, noch an irgendwelche veränderten Bedingungen angepasst werden muss. Die Umsetzung vor dem und innerhalb des Hochofens soll möglichst vollständig und in kurzer Zeit statt- v finden. Die Vorbehandlung der Kohle vor ihrer Verwendung soll einfach sein und wenig Aufwand erfordern. Ferner soll das Verfahren die Verwendung einer unkomplizierten Einrichtung zum Einbringen der Braunkohle in den Hochofen ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, dass die Anfangsgeschwindigkeit, mit welcher die Staubteilchen nach Verlassen der Zuleitung in Richtung auf den mittleren Bereich des Gestells sich bewegen, wesentlich tiefer liegt als die Geschwindigkeit, mit welcher der Heisswind in die Blasform bzw. in das Gestell eintritt. Die Heisswind-Geschwindigkeit sollte mindestens doppelt so gross sein wie die Anfangsgeschwindigkeit der Staub- v teilchen. Als besonders zweckmässig hat sich eine Geschwindigkeit derselben herausgestellt, die grösser ist als die Rückbrenngeschwindigkeit des Braunkohlenstaubes, jedoch weniger als 50 m/sec., vorzugsweise weniger als 25 m/sec., beträgt. Es ist ggf. ohne weiteres möglich, mit der Einblasegeschwindigkeit bis zur Rückbrenngeschwindigkeit herunterzugehen, die in der Grössenordnung von 13 m/sec. liegt. Eine derartig geringe Anfangsgeschwindigkeit, die wesentlich tiefer liegt als die etwa 120 - 250 m/sec. betragende Geschwindigkeit, mit welcher der normalerweise eine Temperatur von etwa 1000 - 1200° C aufweisende Heisswind durch die Blasformen eingeblasen wird, verlängert die Verweilzeit der Staubpartikel in der vor jeder Blasform befindlichen Zone, die - von festen Bestandteilen mehr oder weniger frei ist. Im prak tischen Betrieb wird.es darauf ankommen, dass die Umsetzung des einzelnen Braunkohlenteilchens, das durch den Heisswind von der Blasform bzw. der Peripherie des Gestells in Richtung auf die Mitte desselben bewegt wird, bei Erreichen der Grenze dieser • y

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Leerzone praktisch vollständig umgesetzt ist. |j

Normalerweise wird der Braunkohlenstaub durch eine in die ohnehin vorhandene Blasform oder Winddüse eingeschobene Lanze, also unabhängig vom Heisswind, eingeblasen, der die einzelnen Staubpartikel, sobald sie aus der Lanze in den Bereich der Blasform ausgetreten sind, beschleunigt und in Richtung auf die innere Begrenzung der erwähnten Leerzone, also im wesentlichen in Richtung auf die Mitte des Gestells, bewegt. Dabei ist es nicht unbedingt notwendig, dass die Staubpartikel mit der vorerwähnten Geschwindigkeit aus der Lanze austreten. Dies wird nur dann erforderlich sein, wenn die Lanze bzw. deren Austrittsöffnung genau axial zur Blasform bzw. der Strömungsrichtung des Heisswindes verläuft. Wenn es an dieser Voraussetzung fehlt, können Austrittsgeschwindigkeit und damit gegebenenfalls die Transportgeschwindigkeit innerhalb der Zuführungsleitung grösser sein, da es nicht auf die Lanzenaustrittsgeschwindigkeit ankommt, sondern auf die Anfangsgeschwindigkeit, mit welcher das Braunkohlenteilchen in Richtung auf die Gestellmitte bewegt wird.

’ Es kann zweckmässig sein, dass die Braunkohle nach Verlassen der

Zuleitung (Lanze) noch eine so lange Wegstrecke in der Blasform zurückzulegen hat, dass sie bei Eintritt in das Gestell vollständig oder weitgehend entgast und mit dem Sauerstoff des Heisswin-des umgesetzt ist, so dass im wesentlichen - abgesehen von den festen Ascherückständen - gasförmige Entgasungs- und Umsetzungsprodukte der Braunkohle in das Gestell eintreten. Dies kann beispiels weise dadurch erreicht werden, dass die Zuleitung (Lanze) für die Braunkohle in einem entsprechenden Abstand von der Mündung der Blasform in das Gestell in der Blasform mündet.

In jedem Fall hat die grosse Relativgeschwindigkeit zwischen * einem Teilchen und dem Heisswind zur Folge, dass die Entgasungs und Vergasungsprodukte des Teilchens sofort von diesem weggeführt werden, so dass, solange eine Relativgeschwindigkeit vorhanden ist, immer frischer Heisswind mit dem Teilchen in Berührung gebracht wird. In der Praxis hat sich herausgestellt, dass bei Einhalten der - 5 - 1 vorgenannten Rodingungen, also bei Vorhandensein eines grossen 1 Geschwindigkeitsunterschiedes zwischen Heisswind einerseits und ; | BraunkohlenteiIchen andererseits, optimale Ergebnisse erzielbar sind. Dies zeigt sich z. B. daran, dass das Austauschverhältnis kg Trockenkoks/ kg Braunkohlenstaub unabhängig von der Braunkohlenstaubmenge in kg/tRE praktisch konstant bleibt. Die Braunkohle wird dabei vollständig umgesetzt. Die Fahrweise des Hochofens bleibt im Vergleich mit dem Einführen von Schweröl völlig unverändert. Dies macht es möglich, im Bedarfsfall innerhalb kürzester Zeit, beispielsweise bei einer Störung, von Braunkohle auf Schweröl und umgekehrt umzuschalten, ohne dass dies auf die Betriebsverhältnisse des Hochofens irgendwelche Auswirkungen hätte. Lediglich die Gichtgaszusammensetzung erfährt bei Verwendung von Braunkohlenstaub eine leichte Änderung im Sinne einer Vergrösserung des H2~Gehaltes. Dadurch wird die Reduktion im Schacht des Hochofens jedoch eher vorteilhaft beeinflusst, so dass diese Änderung auf keinen Fall nachteilig ist.

Gemäss einem weiteren Vorschlag der Erfindung sollte vorteilhaft das Trägergas weniger als 4%, vorzugsweise etwa 3-1% des gesamten durch die Blasformen eingeblasenen Heisswindes ausmachen. Selbst « wenn, wie es ohne weiteres möglich ist, als Trägergas Kaltluft verwendet wird, ist die sich daraus ergebende Menge zu gering, ' als dass sie den Wärmehaushalt des Hochofens merklich beeinflus sen könnte.

Es besteht auch die Möglichkeit, als Trägergas ein Gas oder Gasgemisch zu verwenden, welches Reduktionsmittel enthält und/oder im Hochofen zu Reduktionsmittel umgesetzt wird. Dabei kann es sich z. B. um rückgeführtes, gereinigtes Gichtgas handeln, das gegebenenfalls auch regeneriert sein kann. Auch hier gilt, dass die Menge des Trägergases zu gering ist, als dass sie den Wärmehaushalt des Hochofens merklich beeinflussen könnte. Somit sind , in Bezug auf die Wahl des Trägergases kaum Einschränkungen zu be achten. Es besteht auch die Möglichkeit, CH^ oder ein anderes Gas oder Gasgemisch zu verwenden. So wäre es beispielsweise denkbar, das Trägergas einem dem Hochofen vorgeschalteten Vergasungsreaktor a ·

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--6- ! zur Herstellung von Hilfsreduktionsgas zu entnehmen, wobei dieses | Gemisch im wesentlichen aus CO und H2 bestehen wird.· ' }

Der Braunkohlenstaub kann einen Wassergehalt bis zu 15%, vorzugsweise bis zu 10%, aufweisen, wenngleich auch niedrigere Werte, z. B. 5%, durchaus möglich sind. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass ein Braunkohlenstaub mit einem Wassergehalt von etwa 10% eine Art' Optimum darstellt, da die Aufwendungen für die Trocknung nicht « so gross sind, andererseits dieser Wassergehalt im Hochofen kei nerlei Schwierigkeiten bereitet. Insbesondere ist der zusätzliche Wärmebedarf gering, zumal er durch eine zusätzliche Braunkohlenstaubmenge oder durch höhere Windtemperaturen, die in den Hochofen eingeblasen wird, kompensiert werden kann. Im übrigen kann der Wassergehalt der Braunkohle insbesondere aufgrund der kolloidalen Bindung desselben, dazu führen, dass beim Eintritt in den Hochofen aufgrund der dann plötzlich zur Einwirkung kommenden hohen Temperatur von z. B. 1000-1200° C, das Wasser explosionsartig verdampft und gemeinsam mit den ebenfalls explosionsartig ausgetriebenen flüchtigen Bestandteilen das ohnehin kleine Kohlekorn sprengt, so dass die spezifische Oberfläche grösser wird mit dem . Ergebnis, dass die Umsetzung beschleunigt wird.

Vorteilhaft ist ferner, dass jedenfalls bei einem Wassergehalt von 10% und bei einer Heisswindtemperatur in der Grössenordnung von 1100° C ganz erhebliche Mengen Braunkohlenstaub, die zumin-dest den üblicherweise eingedüsten Schwerölmengen entsprechen, eingeblasen werden können, ohne dass eine nennenswerte Sauerstoff-anreicherung des Heisswindes zur Erzielung einer einwandfreien Umsetzung notwendig ist. Es können je nach Betriebsweise des Hochofens bis zu 1500 kg Braunkohlenstaub der vorbeschriebenen Beschaffenheit pro Stunde und Blasform in das Gestell eingeblasen werden. In Abhängigkeit von den jeweiligen Verhältnissen ist es möglich, 350 kg Braunkohlenstaub (mit einer Feuchtigkeit von 10%) ΊΤ pro Tonne Koks in das Gestell des Hochofens einzublasen.

Gegebenenfalls besteht die Möglichkeit, das Trägergas-Braunkohlen-staub-Gemisch unmittelbar vor Austritt in die Blasform bzw. in das .

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Gestell d :s Hochofens zu verdirai len, um so eine noch innigere I

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Die Körnung des Braunkohlenstaubes sollte überwiegend unter 1 mm liegen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn wenigstens 50%, vor-’ zugsweise 65% des Braunkohlenstaubes, eine Korngrösse von weniger als 0,1 mm und gegebenenfalls weniger als 5% eine Korngrösse von mehr als 0,5 mm aufweisen. Die Gleichmässigkeit der Körnung des Braunkohlenstaubes wird sich in jedem Fall günstig auswirken, und zwar sowohl in Bezug auf den Transport als auch hinsichtlich der Umsetzung im Gestell.

Claims (14)

1. Verfahren zum kontinuierlichen Einblasen von feinkörniger Braunkohle unter Druck in das Gestell eines Hochofens durch die Biasformen desselben, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfangsgeschwindigkeit, mit welcher die Staubteilchen nach Verlassen der Zuleitung in Richtung auf den mittleren Bereich des Gestells sich . bewegen, wesentlich tiefer liegt als die Geschwindigkeit, mit welcher der Heisswind in die Blasform bzw. in das Gestell eintritt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit der Staubteilchen grösser ist als die Rückbrenngeschwindigkeit, jedoch weniger als 50 m/sec., vorzugsweise weniger als 25 m/sec. beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Braunkohle in der Blasform zumindest weitgehend entgast und umgesetzt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- * kennzeichnet, dass das Trägergas weniger als 4&, vorzugsweise , etwa 3-1%, des gesamten durch die Blasform eingeblasenen Heiss windes ausmacht. -s

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägergas komprimierte Kaltluft verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägergas ein Gas oder Gasgemisch verwendet wird, welches Reduktionsmittel enthält und/oder im Hochofen zu Reduktionsmittel umgesetzt wird. 9

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägergas für den Braunkohlenstaub rückgeführtes, gereinigtes Gichtgas verwendet wird. * * i 0 ï _ c· 0 ' * S - 9 - )

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das |j Gichtgas regeneriert worden ist. ... :

8. I Patentansprüche -

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Braunkohlenstaub einen Wassergehalt bis zu 15%, vorzugsweise bis zu 10%, aufweist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der . ' durch den Wassergehalt der Braunkohle bedingte zusätzliche Wärme bedarf durch eine entsprechende zusätzliche Braunkohlenstaubmenge oder durch eine Erhöhung der Windtemperatur kompensiert wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägergas-Braunkohlen-Gemisch unmittelbar vor Austritt in die Blasform bzw. das Gestell eine Verdral-lung erfährt.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Braunkohlenstaub verwendet wird, dessen Körnung überwiegend unter 1 mm liegt. r

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass * wenigstens 50%, vorzugsweise 65%, des Staubes eine Korngrösse ^ von weniger als 0,1 mm aufweisen. -r

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass weniger als 5% eine Korngrösse von über 0,5 mm aufweisen. ·»