DE2502674B2

DE2502674B2 - Schutzgasanlage

Info

Publication number: DE2502674B2
Application number: DE19752502674
Authority: DE
Inventors: Robert von Dipl.-Ing.; Linde Joachim von Dipl.-Ing. Dr.; 8032 Gräfelfing; Kurz German 8047 Karlsfeld Linde
Original assignee: Caloric Gesellschaft für Apparatebau mbH, 8032 Gräfelfing
Priority date: 1975-01-23
Filing date: 1975-01-23
Publication date: 1977-11-17
Also published as: DE2502674C3; US3997299A; JPS5198668A; GB1489453A; DE2502674A1

Description

)ie Erfindung betrifft eine Schutzgasanlage nach dem w> Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige .Schutzgasanlagen sind u.a. für Einrichtungen zur !Durchführung von Eivrcdiiktionsprozes.sen erforderlich, bei denen beispielsweise Eisen sowohl wahrend seiner Erzeugung als auch während tier t,^r, nachfolgenden Lagerung durch Schutzgas vor Oxydation geschützt werden muß. Während der Erzeugung des Eisenschwammes kann das Schutzgas aus den Abgasen eines Gas- oder Ölbrenners gewonnen weiden, der in dem Reduktionsprozeß zur Erzeugung des Reduktionsgases verwendet wird, indem diese Abgase abgekühlt werden, wodurch ihnen Wasser entzogen und ihre Temperatur gesenkt wird. Dieses Schutzgas kann während des Betriebes der Reduktionsanlage naturgemäß auch zum Schutz des Lagers verwendet werden. Da die Reduktionsanlage nicht ständig in Betrieb ist, andererseits jedoch ständig Schutzgas für das Lager vorhanden sein muß, wird für die Schutzgaserzeugung während der Betriebspausen der Reduktionsanlage eine eigene Schutzgas-Erzeugungsanlage mit einem öl- oder Gasbrenner vorgesehen, dessen Abgas;; wiederum zwecks Wasserentzugs und Temperatiirabsenkung abgekühlt und dadurch in Schutzgas umgewandelt werden. Der Aufwand für eine derartige Schut/gasanlage ist beträchtlich, zumal während des Betriebes des Hilfs-Schutzgaserzeugers die Rohrleitung, die das Schutzgas während des Betriebs der Reduktionsanlage führt, hermetisch abgesperrt werden muß. Dies ist im Hinblick auf die hohen Temperaturen von mehr als 1000⁰C, den großen Durchmesser dieser Rohrleitung und die Tatsache, daß in dieser Leitung aufgrund ihrer Verbindung mit einem Kamin bei stillstehender Erzreduktionsanlage Unterdruck herrscht, ein Problem, welches schwierig zu lösen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schutzgasanlage der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich durch einen wesentlich geringeren Aufwand auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine für beide Abgasströme gemeinsame Kühlkammer vorgesehen ist, in die einerseits die die Abgase des Hauptbrenners führende Leitung hineinragt und andererseits die die Abgase des Hilfsbrenners führende Leitung mündet, und in der eine Absperrvorrichtung für die die Abgase des Hauptbrenners führende Leitung innerhalb der Kühlkammer vorgesehen ist.

Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag wird aufgrund der Verwendung einer für beide Abgasströme gemeinsamen Kühlkammer bereits eine beträchtliche Vereinfachung gegenüber den bekannten Schutzgasanlagen mit vollkommen voneinander getrennten Schutzgaserzeugern und Kühleinrichtungen erreicht. Dadurch, daß die die Abgase des Hauptbrenners führende Leitung in die Kühlkammer hineinragt, wird dieser Teil dieser Leitung von dem Kühlwasser intensiv gekühlt, so daß tlie sonst erforderliche Ausmauerung dieser Leitung in diesem Bereich entfallen und eine relativ einfache, ebenfalls wassergekühlte Absperrvorrichtung vorgesehen werden kann.

Diese Absperrvorrichtung ist vorzugsweise in Form eines Wasserverschlusses mit dem Kühlwasser als Verschlußwasser ausgebildet, wobei die die Abgase des Hauptbrenners führende Leitung innerhalb der Kühlkammer im wesentlichen senkrecht nach unten verläuft und eine Einrichtung zur Steuerung des Niveaus des Verschlußwassers vorgesehen ist, um bei Bedarf die Mündung der genannten Leitung in das Verschlußwasser eintauchen zu lassen. Zur Steuerung des Niveaus des Verschluliwassers können an der Kühlkammer zwei Abflüsse in unterschiedlicher Höhe angeordnet werden, von denen der untere ein Absperrorgan aufweist und zwischen denen die die Abgase des Hauptbrenners führende Leitung endet. Ist der Hauptbrenner außer Betrieb und soll das Schutzgas von dem Hilfsbrenner erzeugt werden, so ist es lediglich erforderlich, das

Absperrorgan zu betätigen, wodurch der ^BCn sHiid in der Kühlkammer steigt, bis das Ende der ^Wa AhP-ise führenden Leitung in das Wasser eintaucht, u\ naturgemäß die senkrechte Länge dieses ^W° Tbschnittes so gewählt ist, daß das Kühlwasser s Lcitungs. eventuell vorhandenen Unterdruck in

ⁿr^Cht.r I citung zurückgesaugt oder durch den Druck der I * des Hilfsbrenners zurückgedriickt werden kann, n^iic Abgase des Hilfsbrenners rührende Leitung

^e -ziiKSweise die Brennkammer des Hilfsbrenners, in 'γ «nn oben her in die Kühlkammer hineinragt und von , .iL-jsserbcriesellcn Füllkörpern oder von Kühlwas^knsen umgeben ist. Auf diese Weise ergibt sich ein «"ordentlich kompakter Aufbau und eine gute SÄSr Brennkammer des »lilfsbrcnncrs. »

as Gründen der Raumersparnis ist es zweckmäßig, . „ ,: ι eiiung welche die Abgase des Ikjplbrcnners Sri waagrecht in die Kühlkammer eintritt und dann uiliri, wc β , _{unteii umgebogen ISU Um} bei dieser

^o me des Hauptbrenners führenden Rohres vor den heißen Gasen des Hilfsbrenners zu schützen, ist im Abst-ind vom offenen Ende der Brennkammer eine Un lenkplatte für die Abgase vorgesehen, die vom £ er gekühlt ist. Diese Umlenkplatte schützt nich nur die Rohrleitung, sondern sie lenkt zugleich den Gas tmm nach oben um, also in Richtung auf uie K ih wasserzuführung und die Sehutzgasable.tung. w

In der Kühlkammer können zusätzliche Leitvorrichtungen zur Führung des Kühlwassers zu besonders ^gefährdeten Abschnitten der die Abgase führenden ι ,.itiinfcn vorgesehen werden.

Seher" Einzelheiten und Merkmale der Erfindung r, ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen, in denen ein Misführüngsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. Es

"¹FiB I ein Schema einer Einrichtung zur Direktreduk- w ,ion von Eisenerz mit einer erfindungsgemäßen

^&KTdÄ^Unⁿiichen Teile der erfindungsgemäßen Schutzgasanlage in vergrößertem Maßstab.

Es sei zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, in der «. eine Anlage zur Direktreduktion für Eisenerz darges St ist bei der Eisenoxid mittels Kohlenmonoxid zu Eis η hwamm reduzier, und das bei der Reduktion Sende Abgas für die Umwandlung von z.B. Erdgas in Reduktionsgas verwendet wird.

Mit 1 ist der Reduktionsofen bezeichnet, in welchen durch einen Trichter 2 Eisenoxid eingefüllt wird. Durch 5 L ei. ng 3 wird dem Reduktionsofen ein Reduktions-' s zug "führt, welches in einen rekupera.iv betriebenen Gasumsetzer 4 aus einem Gasgemisch erzeugt wird. ίί Gasgemisch se.z. sich zusammen aus einem Fe.l des us dem Reduktionsofen 1 durch die Leitung '„rückströmenden und in der Gaskühl- und Reinigung^ k mer 6 aufbereiteten Redukt.ons-Abgases aus F Γ welches von einer Erdgasquelle 7'zugeführt «» w S und aus einem Teil der Abgase eines auptb, en-„ers 8 der den Gasumsül/er 4 erhitzt. Diese Abgase "ilen mir eine Leitung 8.-. und einen Kühler 9 einer Mischkammer 10 zugeführl, in welcher üiese nogas, Μ den erstgenannten Abgasen und mit dem Lrdga gemisch» werden. Das Ciasgemisch wird durch nut K-inlvsator gefüllte Röhren Il im Gasumsuzu wÄCführt und durch den Haup.brenner 8 auf eine Temperatur von etwa 900' erhitzt, wobei sich das Abgas zu einem wirksamen Reduktionsgas umsetzt. Das aus dem Gasumsetzer 4 austretende heiße Reduktionsgas wird durch Zumischen eines Teiles der gekühlten um gereinigten Reduktions-Abgase über die Leitung 12 uiiu das Gebläse 13 auf eine konstante Temperatur gebracht, bevor es in den Reduktionsofen 1 eininlt. »er in dem Reduktionsofen 1 erzeugte Eisenschwamm lallt über eine Klappe 14 in ein hermetisch abgeschossenes Auffanggefäß 15 und wird auf nicht dargestellte Weise zu einem schematisch angedeuteten Lager 16 beloniu.. von wo aus der Eisenschwamm direkt in un Elektrostahlwerk gelangt und zu Stahl verarbeitet wird. Der Hauptbrenner 8, welcher den Gasumsetzer 4 betreibt, ist ein Gas- oder Ölbrenner, der seinen Brennstoff vor einer Gasquelle oder einem Öltank I erhält Ein Gebläse 18 förderl die Verbrennungsh.lt durch einen Luftvorwärmer 19 /um Hau,«b.cnncr 8. Der Luftvorwärmer 19 wird durch die heißen Abgase des Hauptbrenners 8 betrieben, welche durch du. Abgasleitung 20 abgeführt werden und zum Ie. e luftvorwärmer 19 durchströmen, ehe sie bei 21 du.eh einen Kamin in die Atmosphäre entweichen.

Der im Reduktionsofen 1 erzeugte Eisenschwamm ist außerordentlich sauerstofffreundlich und muH da Iu sowohl bei seiner Erzeugung als auch wan. end es Transports und der Lagerung vor Oxydation g s 1 < werden. Zu diesem Zweck .st eine Sch.U/gasanl. £ vorgesehen, die Schulzgas erzeug, und -_^{b r} ^ Lcitung 24 einerseits durch eine Leitung 25 ^>" <■ ; 15 und/oder andererseits durch erne Le, Ring 6 _;n 1 ager 16 zuführt. Während des Betriebes der I ./ie uk üonsanlage, welcher die I !«stellung des Reduk io sgases in dem Gasumsetzer 4 und damit den Bei. ich des

zugeiunri wemcn. m _u^, ,v die

heißen Abgase durch unmittelbare Wasserkühlung, die durch am oberen Ende der Kühlkammer 27 angebrachte Wassersprühdüsen 28 bewirkt wird, so weit abgekühlt, daß das in den Abgasen enthaltene H>O zum größeren Teil kondensiert. Das weitgehend wasserfreie Abgas wird durch eine im oberen Bereich der Kühlkammer 27 befindliche Ableitung 29 von einem Gebläse 10 abgesaugt und der Leitung 24 zugeführt. Um in dem Leitungsabschnitt 31 zwischen der Ableitung 29 und dem Gebläse 30 eine Kondensatbildung zu vermeiden, kann die Temperatur des Schutzgases in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur durch das Einbrennen von Erdgas mittels eines Brenners 32 angehoben werden. In der Leitung 24 ist ein Kühler ii vorgesehen. in welchem vor allem die Konipressionswärme des Gebläses 20 aus dem Schutzgas an Kühlwasser abgeführt wird.

Wenn die Erzreduktionsanlage nicht in Betrieb ist, steht kein Abgas vom Hauptbrenner 8 für die Erzeugung von Schutzgas zur Verfügung, welches auch bei stillstehender Anlage für andere Zwecke. z.B. /um Schutz zumindest des Lagers 16, benötigt wird. Für diesen Fall wird das Schutzgas aus den Abgasen eines Hilfsbrenners 35 erzeugt, der wie der Haupibieimer als Cias- oder ölbrenner ausgebildet sein kann und seinen Brennstoff von der Gas- oder Ölquelle 17 über eine Leitung 36 erhält. Die Verbrennungsluft wild von einem Gebläse 37 gefördert. Die Abgase des llilfsbrenners 35 werden direkt in die Kühlkammer 27 eingefühlt und dort wie vorher die Abgase des Hauplhrenners

durch unmittelbare Wasserkühlung auf ca. 40" abgekühlt, wodurch weitgehend wasserfreies Schutzgas entsteht, das in der vorher beschriebenen Weise durch das Gebläse 30 der Schutzgasleitung 24 zugeführt wird. Durch ein Ventil 38 kann in diesem Fall die Leitung 25 zum Behälter 15 abgesperrt werden, so daß das erzeugte Schutzgas ausschließlich dem Lager 16 zugeführt werden kann.

Wenn die Erzreduktionsanlage außer Betrieb ist, das erforderliche Schutzgas also ausschließlich aus den Abgasen des Hilfsbrenners 35 erzeugt wird, muß die Abgasleitung 20 des Hauptbrenners 8 abgesperrt werden, da sonst das aus den Abgasen des Hilfsbrenners 35 erzeugte Schutzgas zumindest teilweise durch diese Leitung 20 und die Leitung 21 in den Kamin abströmen könnte. Der Anschluß dieser Leitung 20 gestaltet sich besonders einfach, wenn entsprechend dem dargestellten Ausführungsbeispiel diese Leitung 20 in die Kühlkammer 27 hineinragt und für diese Leitung eine Absperrvorrichtung in Form eines Wasserverschlusses mit dem Kühlwasser als Verschlußwasser vorgesehen ist. Zu diesem Zweck erstreckt sich die Leitung 20 innerhalb der Kühlkammer 27 im wesentlichen senkrecht nach unten, und zur Regelung des Niveaus des Verschlußwassers sind an der Kühlkammer 27 zwei Abflüsse 40 und 41 in unterschiedlicher Höhe angebracht, von denen der untere Abfluß 41 ein Absperrorgan 42 aufweist. Die Abflüsse 40 und 41 münden in eine gemeinsame Abflußleitung 43, die in ein Auffanggefäß 44 eintritt, aus welcher das Kühlwasser bei 45 abgeführt wird. Eine Trennwand 46 verhindert, daß Abgas direkt durch einen oder beide Abflüsse 40,41 abströmen kann.

1st der Hauptbrenner 8 in Betrieb, so ist das Absperrorgan 42 offen und es stellt sich in der Kühlkammer ein Kühlwasserstand A ein, der den Abgasen freien Zutritt aus der Leitung 20 in die Kühlkammer 27 ermöglicht. 1st der Hilfsbrenner 35 in Betrieb, so wird das Absperrorgan 42 betätitgt, wodurch sich in der Kühlkammer 27 ein Kühlwasserstand B einstellt, durch welchen die Leitung 20 abgeschlossen ist. Die Höhe des senkrechten Abschnittes der Leitung 20 innerhalb der Kühlkammer 27 ist dabei so bemessen, daß das Kühlwasser weder durch den in der Leitung 20 herrschenden, durch den Kaminzug bedingten Unterdruck noch durch den Druck der Abgase des I lilfsbrcnners 35 über die höchste Stelle der Leitung 20 hinaus zurückgesaugt bzw. hineingedrückt werden kann.

Die Kühlkammer 27 mit dem Hilfsbrenner 35 und dem Wasserverschluß für die Leitung 20 ist in F i g. 2 im einzelnen dargestellt. Der Hilfsbrenner 35 ragt mit seiner Brennkammer 50 direkt von oben her in die Kühlkammer 27 hinein. Die Brennkammer 50 wird an ihrer Außenfläche wirksam von dem Kühlwasser gekühlt, welches durch die Sprühdüsen 28 am oberen Ende der Kühlkammer in den Ringraum zwischen Brennkammer 50 und Kühlkammer 27 zugeführt wird. Unterhalb des Endes der Brennkammer 50 und in einem Abstand von diesem ist eine konkave Umlcnkplatte 51 für die aus der Brennkammer 50 ausströmenden Abgase vorgesehen. Diese Platte 51 lenkt die Abgase gegen die aus den Düsen 28 austretenden Wasserstrahlen und in Richtung auf die Schutzgasableitung 29 um. Außerdem bewirkt diese Platte 51 einen Schutz der Rohrleitung 20 vor den heißen Abgasen. In der Kühlkammer sind Leitvorrichtungen 52 vorgesehen, welche das Kühlwasser an besonders hitzegefährdete Abschnitte heranführen, also insbesondere an die Brennkammer 50, die Umlenkplatte 51 und die Rohrleitung 20.

In der Schutzgasableitung 29 ist in üblicher Weise ein Feuchtigkeitsabscheider54 (Demister) vorgesehen.

Selbstverständlich sind viele Abwandlungen des dargestellten Ausführungsbeispiels möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Anstelle der dargestellten Sprühkühlung mittels Sprühdüsen können in den Ringraum zwischen der Brennkammer 50 und der Wand der Kühlkammer 27 von Kühlwasser berieselte Füllkörper vorgesehen werden. Anstelle des dargestellten Wasserabschlusses für die Leitung 20 könnte innerhalb der Kühlkammer 27 auch ein Schieber in der Leitung 20 vorgesehen werden, der somit wassergekühlt wäre.

Die erfindungsgemäße Schutzgasanlage ist nicht auf ihre Verwendung bei Einrichtungen zur Durchführung von Erzreduktionsprozessen beschränkt. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist beispielsweise die Schutzgaserzeugung bei öltankern, bei denen die Öltanks unter Schutzgas gesetzt werden, um die Explosionsgefahr zu verringern. Normalerweise wird hierbei das Schutzgas aus dem Abgas eines ölbrenners gewonnen, der für die Erzeugung von Wasserdampf zum Betreiben von Dampfturbinen für den Antrieb von Großventilen und dergl. verwendet wird. Da dieser Hauptbrenner nichl immer in Betrieb ist oder auch ausfallen kann, ist es erwünscht, einen Hilfsbrenner vorzusehen, aus desser Abgasen im Bedarfsfall Schutzgas erzeugt werden kann Schließlich ist die Erfindung auch bei Anlagen zui Gasreformierung verwendbar, bei denen Gas- ode ölbrenner zur Durchführung der Prozesse erfordernd sind, deren Abgase dann in Schutzgas umgewandel werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Sehut/gasanlage für Einrichtungen. einen Hauptbrenner für flüssige oder gasförmi: lirennstoffe zur Erhitzung eines flüssigen uckr gasförmi- '> gen Mediums aufweisen, insbesondere für Einrichtungen zur Durchführung von Erzreduktionsprozessen, bei der Schutzgas durch Abkühlen von heißen Abgasen in einer mit unmittelbarer Wasserkühlung arbeitenden Kühlkammer, die im oberen Bereich einen Kühlwasserzufluß und eine Schutzgasableitung und im unteren Bereich einen Abfluß für das erwärmte Kühlwasser aufweist, erzeugt wird, die alternativ on dem Hauplbienner oder von einem llilfsbrenner stammen, gekennzeichnet ü durch eine für beide Abgassiröme gemeinsame Kühlkammer (27), in die einerseits die die Abgase des Hauptbrenners (8) führende Leitung (20) hineinragt und andererseits die die Abgase des Hilfsbrenners (35) führende Leitung (50) mündet. und in der eine Absperrvorrichtung für die die Abgase des Hauptbrenners (8) zuführende Leitung (20) vorgesehen ist.

2. Schutzgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Abgase des Hauptbren- ^ ners (8) führende Leitung (20) innerhalb der Kühlkammer (27) im wesentlichen senkrecht nach unten verläuft, daß die Absperrvorrichtung in Form eines Wasserverschlusses ausgebildet ist, dessen Verschlußwasser von dem Kühlwasser gebildet ist; so und daß eine Einrichtung (42) zur Steuerung des Niveaus des Verschlußwassers vorgesehen ist.

3. Schutzgasanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Niveaus des Verschlußwassers zwei Abflüsse (40, 41) in unter- )5 schiedlicher Höhe an der Kühlkammer (27) angebracht sind, vor denen der untere ein Absperrorgan (42) aufweist und zwischen denen die die Abgase des Hauptbrenners (8) führende (20) Leitung endet.

4. Schutzgasanlage nach einem der Ansprüche 1 w bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Abgase des Hilfsbrenners (33) führende Leitung die Brennkammer (50) des Hilfsbrenners ist, die von oben her in die Kühlkammer (27) hineinragt.

5. Schutzgasanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Abstand vom offenen unteren Ende der Brennkammer (50) eine Umlenkplatte (51) für die Abgase vorgesehen ist, die von Kühlwasser gekühlt ist.

6. Schutzgasanlage nach einem oder mehreren der 5ü vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kühlkammer (2V) Leitvorrichtungen (52) zur Führung des Kühlwassers zu besonders hii/egefährdeten Abschnitten der die Abgase führenden Leitungen (20,50) vorgesehen sind.