DE2206692C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines Hochofens - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb eines Hochofens mit Koks und einem kohlenstoff- bzw. kohlenwasserstoffhaltigen Zusatzbrennstoff, wie beispielsweise Erdöl oder Erdölprodukte, Erdgas, Koksofengas oder Kohlenstaub, bei dem der Koks wie üblich an der Gicht aufgegeben wird, während der Zusatzbrennstoff außerhalb des Gestelles in einem Reaktionsraum gespalten wird und die entstehenden Spaltprodukte nach dem Austritt aus dem Reaktionsraum unmittelbar in das vom Heißwind durchströmte Düsenrohr oder die Windform eintreten.

Den Bemühungen der Hochöfner, bei der Roheisenerzeugung einen Teil des Kokses durch billigeren Zusatzbrennstoff zu ersetzen, ist bisher nur ein begrenzter Erfolg beschieden. Zum Beispiel liegt die zusetzbare Menge öl je Tonne Roheisen nach den bisher bekannten Verfahren kaum über 100 kg/t Roheisen. Das durch die Windform eingeführte öl ist bei normalem Hochofenbetrieb nur etwa 1/200 Sekunde im Bereich des Reaktionsraumes vor der Windform, der Sauerstoff, Kohlensäure oder Wasserdampf enthält, mit dem das öl reagieren kann. Diese Zeit ist für die Spaltung und Oxydation der Kohlenwasserstoffe des Öles zu gering. Außerdem verbraucht die Spaltung und die Erwärmug der Spaltprodukte im Gestell Wärme, die dem Hochofen gerade an der empfindlichsten Stelle entzogen wird. Die öleintrittsstelle kann aber im Düsenrohr auch nicht weiter zurückverlegt werden, weil sonst bei Berührung mit dem Sauerstoff des Heißwindes das öl zu Kohlensäure und Wasserdampf verbrennt. Die dabei entstehende hohe Temperatur gefährdet die Windform; andererseits wird das Gestell bei der Reduktion der Kohlensäure und des Wasserdampfes zu Kohlenoxyd und Wasserstoff durch den glühenden Koks stark abgekühlt.

Deshalb ist vorgeschlagen worden, das öl oder andere Zusatzbrennstoffe außerhalb des Hochofens zu vergasen und das Gas zur Verbesserung der indirekten Reduktion in den Oberofen einzublasen. Zwecks besserer Verteilung des zugesetzten Gases wurde auch vorgeschlagen, dieses Gas in die Windformen des Hochofens einzuführen, obwohl es im Gestell nicht zur Steigerung der Temperatur dienen kann. Im Gegenteil, dem Gestell wird dabei zusätzlich Wärme entzogen, v/eil dieses zugesetzte Gas auf Gestelltemperatur gebracht werden muß. Ein Ausgleich kann durch Steigerung der Windtemperatur oder Zusatz von Sauerstoff gefunden werden.

Deshalb wurde in der deutschen Patentschrift 12 51 351 auch schon vorgeschlagen, das Öl oder einen anderen Zusatzbrennstoff außerhalb des Hochofens nicht vollständig zu vergasen, sondern bei Sauerstoffmangel gegebenenfalls unter Zusatz von Wasserdampf und/oder Kohlensäure so zu spalten, daß ein möglichst großer Anteil an Ruß anfällt, der durch einen kleinen Anteil an Spaltgas als Trägergas in das Gestell des Hochofens eingeblasen wird, während die gasförmigen Spaltprodukte in die Rast oder den Schacht desselben eingeführt werden. Die erforderlichen Spalteinrichtungen können dabei den Windformen des Hochofens vorgeschaltet werden, so daß die entstehenden Spaltprodukte nach dem Austritt aus dem Reaktionsraum unmittelbar in das vom HcißvHnd durchströmte Düsenrohr oder die Windform eintreten können.

Alle diese Verfahren erfordern allerdings eine aufwendige Apparatur zur Vergasung oder Spaltung des Zusatzbrennstoffes außerhalb des Hochofens. Eine gleichmäßige Verteilung der Spalterzeugnisse auf die einzelnen Windformen ist schwierig. Außerdem geht ein Teil des Heizwertes des Zusatzbrennstoffes durch Abstrahlung und andere unvermeidliche Verfahrensverluste verloren. Schließlich vermindert der hohe Kapitaldienst solcher Vergasungs- und Spalteinrichtungen die Ersparnis, die durch den Einsatz von Kohle durch Zusatzbrennstoff erzielt werden soll.

Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, diese Schwierigkeiten zu beseitigen und die Menge des dem Hochofen zusetzbaren Zusatzbrennstoffes mit einer einfachen, leicht zu bedienenden Apparatur zu steigern.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art, das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß der Heißwindstrom in der Verbindungsleitung zwischen der Ringleitung und der Windform in einen Haupt- und einen Nebenstrom zerlegt wird, wobei der Hauptstrom durch die

Windform in das Gesteil strömt, während der Nebenstrom unter Trennung vom Hauptstrom mit dem Zusatzbrennstoff in Berührung gebracht und dieser dabei gespalten wird, wobei die auf diese Weise entstehenden Spaltprodukte erst kuiz vor dem Eintritt in das Gestell des Hochofens »nit dem Hauptstrom vereinigt werden.

Dabei kann der Nebenstrom des Heißwindes zusammen mit dem Zusatzbrennstoff durcn ein im Düsenrohr koaxial angeordnetes Rohr geleitet werden, so da£ dieses Rohr als Reaktionsraum dient und die entstehenden Spaltprodukte unmittelbar am Ende des Rohres kurz vor dem Eintritt in das neue Gestell mit dem Sauerstoff des Hauptstromes zusammentreffen. Das neue Verfahren arbeitet am wirkungsvollsten, wenn der Zusatzbrennstoff im Reaktionsraum völlig gespalten wird. Ist aber ein als Reaktionsraum dienendes Rohr der erforderlichen Größe im Düsenrohr nicht unterzubringen, so kann man sich auch mit liner Teilspaltung zufriedengeben. Auch sie bringt schon eine Verbesserung gegenüber den heute angewandten Methoden der Einführung des Zusatzbrennstoffes.

Je nach dem Mengenverhältnis des Sauerstoffes zum Zusatzbrennstoff kann in an sich bekannter Weise der gesamte in diesem enthaltene Kohlenstoff oder nur ein Teil desselben zu Kohlenoxyd verbrannt werden. Im zweiten Falle entsteht Ruß, der dann erst im Gestell verbrennt und die Temperatur dort im gleichen Maße steigert als wenn Kokskohlenstoff verbrennt. Wie beim Spalten von derartigen Zusatzbrennstoffen bekannt, können in das als Reaktionsraum dienende Rohr zusammen mit dem Zusatzbrennstoff Wasserdampf, Kohlensäure oder andere Gase und Dämpfe eingeführt werden. Außerdem kann auch hier mit Sauerstoff oder sauerstoffangereichertem Wind gearbeitet werden. Wenn zwecks Verlängerung der Reaktionszeit das Volumen der Spaltprodukte und ihre Durchflußgeschwindigkeit im Reaktionsraum kleingehalten werden soll, empfiehlt sich die Zufuhr von Sauerstoff besonders. Dabei läßt sich die Temperatur im Reaktionsraum beliebig einstellen. Beispielsweise kann man sie mit der Heißwindtemperatur des Hauptstromes gleichhalten oder aber auch über diese hinaus steigern, damit die Abstrahlungsverluste des Reaktionsraumes der Temperatur des außen am Reaktionsraum vorbeiströmenden Heißwindes zugute kommen. Die notwendige Aufenthaltszeit dos Zusatzbrennstoffes im Reaktionsraum hängt natürlich von dessen Art ab. Bei Verwendung eines schwer zersetzbaren Öles muß der Reaktionsraum möglichst groß sein. Ist dieser als im Düsenrohr koaxial angeordnetes Rohr ausgeführt, so muß dieses möglichst lang sein und unter Umständen durch die Verbindungsleitung zwischen der Windform und der Ringleitung möglichst weit an die Ringleitung herangeführt werden. In den meisten Fällen wird aber der waagerecht verlaufende Teil des Rohres ah Reaktionsraum ausreichen. Außerdem läßt sich der Reaktionsraum auch dadurch erweitern, daß in Strömungsrichtung der Reaktionsmedien der Durchmesser des Rohres zunächst vergrößert, dann auf einer Strecke konstant gehalten und schließlich wieder verkleinert wird. Auch durch den Einbau von Vorrichtungen, wie beispielsweise spiralartige Formstücke, läßt sich der Weg der Reaktionsmedien in dem als Reaktionsraum dienenden Rohr vergrößern. Schließlich kann der Zusatzbrennstoff, auch z. B. unter Zumischung von hochgespannten und hocherhitztem Wasserdampf, senkrecht oder entgegengesetzt zur Strömungsrichtung des Heißwindes in das als Reaktionsraum dienende Rohr eingeführt werden, so daß sich eine — bei Kohlenstaubbrennern bekannte — Hufeisenflamme ausbildet. Werden als Zusatzbrennstoff leicht zersetzbare Kohlenwasserstoffe, wie z. B. Benzin, eingeführt, so kann das als Reaktionsraum dienende Rohr entsprechend kurz ausgebildet werden. Auch ein solches kurzes Rohr verhindert einerseits, daß die Kohlenwasserstoffe des Zusatzbrennstoffes zu früh mit dem Sauerstoff des Hauptstromes des Heißwindes in Berührung kommen und dann zu Kohlensäure und Wasserdampf verbrennen. Das kurze Rohr reicht aber andererseits aus, um den Zusatzbrennstoff wenigstens teilweise zu spalten, so daß ein Gemisch aus Ruß, Kohlenoxyd und Wasserstoff entsteht, wobei der Ruß — wie bereits festgestellt wurde — im Gestell verbrennt und die so entstehenden Gase im Oberofen oberhalb des Gestelles die indirekte Reduktion verbessern.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich natürlich auch in der Weise durchführen, daß der Hauptstrom des Heißwindes durch das im Inneren des Düsenrohres koaxial angebrachte Rohr geleitet wird, während der Reaktionsraum, in dem der Nebenstrom des Heißwindes mit dem Zusatzbrennstoff umgesetzt wird, durch den Ringraum geleitet wird, der zwischen der Innenwand des Düsenrohres und der Außenwand des koaxial im Inneren des Düsenrohres angebrachten Rohres liegt.

Die Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den A b b. 1 und 2 im Längsschnitt dargestellt. Die Abbildungen lassen dabei die einfache Konstruktion dieser Vorrichtungen klar erkennen.

A b b. 1 zeigt die gekühlte Windform 1, in der das Düsenrohr 2 endet. Es ist über den Krümmer 3 mit der Zuleitung 4 verbunden, die zur nicht dargestellten Ringleitung führt. Im Düsenrohr ist koaxial das Rohr 5 angeordnet, das als Reaktionsraum dient. In dieses Rohr mündet die Zuleitung 6, durch die der Zusatzbrennstoff sowie gegebenenfalls Wasserdampf oder dergleichen eingeführt wird. In der ganzen Länge des Rohres 5 kann der Zusatzbrennstoff mit dem im Rohr strömenden Nebenstrom des Heißwindes reagieren. Wird als Zusatzbrennstoff ein leicht zu spaltender Kohlenwasserstoff verwendet, so kann die Zuleitung 6 weit nach vorn geführt und das Rohr 5 so weit verkürzt werden, daß nur noch ein kurzer Rohrzylinder auf das Ende der Zuleitung 6 aufgesetzt wird. Es kommt lediglich darauf an, daß der Zusatzbrennstoff beim Austritt aus der Zuleitung 6, der in diesem Fall beispielsweise durch entsprechende Bohrungen in der Zuleitung 6 erfolgen kann, nur mit einer kleinen Sauerstoffmenge in Berührung kommt, während die Hauptmenge des Sauerstoffs aus dem Hauptstrom des Heißwindes erst später kurz vor dem Eintritt in das Gestell mit den Spaltprodukten zusammentrifft. Der Abstand zwischen dem Ende des Rohres 5 und dem in den Hochofen hineinragenden Ende der Windform soll so bemessen werden, daß der bei der Spaltung des Zusatzbrennstoffes entstehende Ruß gerade vor der Windform zündet.

In A b b. 2 haben die gleichen Bezugszeichen die gleiche Bedeutung wie in A b b. 1. In diesem Falle soll jedoch der Hauptstrom des Heißwindes durch das Rohr 5 strömen und der Nebenstrom mit dem Zusatzbrennstoff in dem Ringraum zusammentreffen, der zwischen der Außenwand des Rohres 5 und der Innenwand des Düsenrohres liegt. Das Düsenrohr 2 ist dabei teilweise durch das Rohr 7 ersetzt worden, das sich zunächst

allmählich ausweitet, dann mit dementsprechend größerem Durchmesser zylindrisch verläuft und schließlich wieder auf den ursprünglichen Durchmesser des Düsenrohres 2 eingeschnürt wird. Dadurch wird der ringförmige Reaktionsraum vergrößert, so daß die Reaktionsmedien entsprechend langsamer durch den Reaktionsraum strömen. Das Teilungsverhältnis des Heißwindes ist bei beiden Vorrichtungen (A b b. 1 und 2) durch das Verhältnis der freien Eintrittsquerschnitte des Rohres 5 und des Ringraumes, der zwischen dem Rohr 5 und dem Düsenrohr 2 liegt, gegeben. In A b b. 2 ist die Zuleitung 6 für den Zusatzbrennstoff senkrecht zur Strömungsrichtung des Heißwindes angeordnet. Die Zuführung des Zusatzbrennstoffes kann aber auch radial oder tangential erfolgen. Ebenso kann der Zusatzbrennstoff natürlich auch an verschiedenen Stellen in den Reaktionsraum eingeführt werden. Das gilt natürlich auch für die Vorrichtung nach A b b. 1.

Die besonderen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen darin, daß der Zusatzbrennstoff jeder Windform einzeln zugeführt wird, ohne das eine Zwischenspeicherung oder ein Transport des Rußes durch inerte Trägergase notwendig wird. Da der Reaktionsraum sehr nahe vor dem Gestell liegt, können die gasförmigen Spaltprodukte und der Ruß praktisch mit der Reaktionstemperatur in das Gestell des Hochofens eingeführt werden, so daß nur geringe Wärnieverluste durch die Spaltung entstehen und die Zündung des Rußes mit dem Sauerstoff des Hauptstromes des Heißwindes auf kurzem Wege möglich ist Besonders wichtig ist aber, daß jede Apparatur außerhalb des Hochofens vermieden wird und die Bedienung beim erfindungsgemäßen Verfahren se einfach ist wie bei der unmittelbaren Einführung des Zusatzbrennstoffes in das Düsenrohr oder die Windform.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Betrieb eines Hochofens mit Koks und einem kohlenstoff- bzw. kohlenwasserstoffhaltigen Zusatzbrennstoff, wie beispielsweise Erdöl oder Erdölprodukte, Erdgas, Koksofeugas oder Kohlenstaub, bei dem der Koks wie üblich an der Gicht aufgegeben wird, während der Zusatzbrennstoff außerhalb des Gestelles in einem Reaktionsraum gespalten wird und die entstehenden Spaltprodukte nach dem Austritt aus dem Reaktionsraum unmittelbar in das vom Heißwind durchströmte Düsenrohr oder die Windform eintreten, dadurch gekennzeichnet, daß der Heißwindstrom in der Verbindungsleitung zwischen der Ringleitung und der Windform in einen Haupt- und einen Nebenstrom zerlegt wird, wobei der Hauptstrom durch die Windform in das Gestell strömt, während der Nebenstrom unter Trennung vom Hauptstrom mit dem Zusatzbrennstoff in Berührung gebracht und dieser dabei gespalten wird, wobei die auf diese Weise entstehenden Spaltprodukte erst kurz vor dem Eintritt in das Gestell des Hochofens mit dem Hauptstrom vereinigt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzbrennstoff senkrecht oder entgegengesetzt zur Strömungsrichtung des Nebenstromes des Heißwindes in den Reaktionsraum eingeführt wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsraum durch ein koaxial im Düsenrohr (2) angeordnetes Rohr (5) gebildet ist.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsraum durch den Ringraum gebildet wird, der zwischen der Innenwand des Düsenrohres (2) und der Außenwand eines im Inneren des Düsenrohres koaxial angebrachten Rohres (5) liegt, das vom Hauptstrom des Heißwindes durchströmt wird.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Querschnitt des Reaktionsraumes zwischen dem Eintritts- und Austrittsquerschnitt vergrößert ist.