DE3130913C2

DE3130913C2 - Verfahren zum Betrieb einer Hochofenanlage

Info

Publication number: DE3130913C2
Application number: DE3130913A
Authority: DE
Inventors: Gerd Dipl.-Ing. 4020 Linz Delavos; Karl-Rudolf Ing.(Grad.) Hegemann; Kurt Ing.(grad.) 4300 Essen Hinsken; Gerhard Dipl.-Ing. 4050 Traun Mitter
Original assignee: Voestalpine AG
Current assignee: Gottfried Bischoff Bau Kompl Gasreinigungs und Wasserrueckkehlanlagen GmbH and Co KG
Priority date: 1981-08-05
Filing date: 1981-08-05
Publication date: 1984-03-29
Also published as: NL8203108A; FR2511136A1; IT8222681A1; LU84317A1; IT1195949B; GB2105019B; DE3130913A1; BE894026A; GB2105019A; IT8222681A0; ES8305046A1; JPS5867806A; ES514749A0; ZA825550B

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betrieb einer Hochofenanlage für die Verhüttung von Erzen, insbesondere Eisenerzen. Zur Anlage gehören ein Gegendruckhochofen, eine Gichtgasreinigungseinrichtung, gegebenenfalls eine Energierückgewinnungsanlage mit Expansionsturbine und eine Gegendruckregelanlage. Die Gegendruckregel anlage weist ein Druckregelventil für die Regelung des Gichtgasdruckes an der Gicht des Gegendruckhochofens sowie eine Gegendruckregelung mit Istwert-Druckmeßvorrichtung, Regler und Stelleinrichtung für das Druckregelventil auf. Durch Betriebsumschaltungen, z.B. Begichtungsvorgänge, Winderhitzerwechsel, können für vorgegebene Störungszeiten Störungen des stationären Betriebs auftreten, welche Veränderungen der Gichtgasmenge bewirken. Um diese zu kompensieren, werden den Betriebsumschaltungen Steuersignale zugeordnet, die der Gegendruckregelung zugeführt werden. Durch die Gegendruckregelung werden nach Maßgabe der Steuersignale die Veränderungen der Gichtgasmenge während der Störungszeiten möglichst vollständig kompensiert. Bei einem Anstieg der Gichtgasmenge wird der Sollwert für den Gegendruck erhöht, bei einem Abfall der Gichtgasmenge wird der Sollwert für den Gegendruck ernie drigt. Der Gichtgasdurchfluß vergleichmäßigt sich durch Komprimieren bzw. Entspannen des Gichtgases im Gegendruckhochofen. Zusätzlich kann der Gegendruckregelung die Änderung der Gichtgasmenge in der Zeiteinheit aufgeschaltet werden.

Description

wobei die Gegendrockregelanlage ein Druckxegelventil £Br die Regelung des Gichtgasdruckes an der Gicfat des Gegeadruckhochofens sowie eine Gegendrnckregelung mit Istwert-Druckmeßvorrichtung, Regler und Stelleinrichtung für das Druckregelventil aufweist und wobei durch Betriebsumschaltungcn, z. B- Begichtungsvorgänge, Winderhitzerwechsel, for vorgegebene Störungszeiten Störungen des stationären Betriebes auftreten, welche Veränderungen der «jichtgasmenge bewirken, dadurch gekennzeichnet, daß den Betriebsumschaitungen Steuersignale zugeordnet werden, die der Gegendruckregelung zugeführt werden, und daß durch die Gegendruckregelung nach Maßgabe der Steuersignale die Veränderungen der Gichtgasmenge während der Störungszeiten kompensiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Anstieg der Gichtgasmenge der Sollwert für den Gegendruck erhöht, bei einem Abfall der Cichtgasmenge der Sollwert für den Gegendruck erniedrigt sowie durch Komprimieren bzw. Entspannen des Gichtgases im Druckhochofen der Gichtgasdurchfluß vergleicfcmäßigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegendruckregelung die Änderung der Gichtgasmenge in der Zeiteinheit, d. h. die Größe dF/dt, zum Ausregeln der Störungen aufgeschaltet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Störungen durch einen Begichtungsvorgang ausgelöst werden, dadurch gekennzeichnet daß die Steuersignale mit einem vorgegebenen zeitlichen Abstand vor Beginn des Begichtungsvorganges der Gegendruckregelung zugeführt und dadurch der Sollwert für die Gegendruckregelanlage angehoben wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Störungen durch einen Winderhitzerwechsel ausgelöst werden, dadurch gekennzeichnet, daß lediglich die Veränderung in der Gichtgasmenge in der Zeiteinheit, d. h. die Größe dF/dt, zum Ausregeln der Störungen aufgeschaltet wird.

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf ein Verfahren zum Betrieb einer Hochofenanlage für die Verhüttung von Erzen, insbesondere Eisenerzen, — mit

Gegendruckhochofen, Gichtgasreinigungseinrichtung und Gegendruckregelanlage,

wobei die Gegendruckregelanlage ein Druckregelventil für die Regelung des Gichtgasdruckes an der Gicht des Gegendruckhochofens sowie eine Gegendruckregelung mit Istwert-Druckmeßvorrichtung, Regler und Stellein-. richtung, für das Druckregelventil aufweist und wobei durch Betriebsumschaltungen, z. B. Begichtungsvorgänge, Winderhitzerwechsel, für vorgegebene Störungszeiten Störungen des stationären Betriebes, auftreten, welche Veränderungen der Gichtgasmenge bewirken. — Bekanntlich arbeitet man bei der Verhüttung von Erzen aus metallurgischen Gründen in neuere"" Zeit mit einem erhöhten Gasdruck im Hochofen und damit mit einem erhöhten Gegendruck an der GichL Der erhöhte Druck wirkt sich auf die strömungstechnischen Vorgänge im Hochofen günstig aus. Die Druckerhöhung vergrößert außerdem die Verweildauer der Gase im Hochofen und nimmt Einfluß auf die thermodynami sehen Zusammenhänge sowie auf die Reaktionskinetik. Andererseits kann aus Gründen des Umweltschutzes auf Gichtgasreinigungsmaßnahmen nicht verzichtet werden. Aus Gründen der Energieersparnis ist darüber hinaus im allgemeinen zusätzlich eine Energierückge winnung anzustreben. Sie erfolgt mit Hilfe von Expansionsturbinen, die auf Generatoren eines elektrischen Netzes, Kompressoren oder dergleichen arbeiten. Es versteht sich folglich, daß die Hochofenanlage eine Energierückgewinnungsanlage mit Expansionsturbine aufweisen kann und zumeist auch aufweist Befriedigend arbeiten die bekannten Maßnahmen nur im stationären Betrieb. Stationärer Betrieb bezeichnet einen Betrieb, in dem alle Betriebsparamter zeitlich als ausreichend konstant angesehen werden können. Tatsächlich ändern sich aber die Bctnsbsparamter, und zwar insbesondere bei Begichtungsvorgängen und Winderhitzerwechsel, aber auch bei Änderungen der Zusatzbrennstoffraten, Verhüttungsabläufe und dergleichen. Der praktische Betrieb verläuft insoweit instationär. Untersuchungen

ι³ haben ergeben, daß in Abhängigkeit vom Aufbau der Hochofenanlage insgesamt und abhängig von den speziellen Betriebsverhältnissen bei Veränderung der Betriebsparameter in der Gichtgasmenge Schwankungen zwischen 15 und 60% auftreten kennen.

Im Rahmen der (aus der Praxis) bekannten Maßnahmen wird der Gichtgasdruck an der Gicht des Hochofens konstant gehalten. Die beschriebenen Störungen werden hingenommen und nicht ausgeregelt Die Regelung des Gichtgasdruckes und damit des Gegendruckes an der Gicht des Dnickhochofens erfolgt durch üblichen Istwert/Sollwert-Vergleich, und nach Maßgabe der daraus resultierenden Abweichungen erfolgt der Regeleingriff.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

^⁰ Verfahren anzugeben, bei dem die beschriebenen Störungen des stationären Betriebes durch regeltechnische Maßnahmen weitgehend kompensiert sind, so daß die Gichtgasreinigung ohne erhebliche Funktionsbeeinträchtigung durch solche Störungen arbeitet, — aber auch der metallurgische Prozeß günstig beeinflußt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß

den Betriebsumschaltungen Steuersignale zugeordnet werden, die der Gegendruckregelung zugeführt werden, und daß durch die Gegendruckregelung nach Maßgabe der Steuersignale die Veränderungen der Gichtgasmenge während der Störungszeiten kompensiert werden. Die Erfindung nutzt die Tatsache, daß die beschriebenen Störungen, insbesondere die Begichtungsvorgänge sowie der Winderhitzerwechsel, durch entsprechende aktive Schaltungsmaßnahmen eingeleitet werden. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß von diesen Schaltungsmaßnahmen ohne weiteres Signale abgeleitet werden können, die als Steuersignale zum Zwecke

der Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe einsetzbar sind. Das erfindungsgemäße Verfahren nimmt diese Signale, um der vorhandenen Gegendruclcregelung noch vor der durch die Störungen hervorgerufenen Druckabweichung eine zusätzliche Größe aufzüschalten. Diese Größe bewirkt innerhalb vorgegebener Druckregelabweichungsgrenzwerte bei einem Anstieg der Gasmenge ein Ansteigen des Gegendruckes bei einem Mengenabfall eine Senkung des Gegendruckes. Diese Größe ist so zu wählen, daß durch Komprimieren »> bzw. Entspannen der Gichtgasmenge eine Vergleichmäßigung des Gichtgasdiirchfhisses erreicht wird. Eine Vergieichmäßigung ist außerdem erreichbar durch den Einsatz eines Gichtgasdurchflußreglers. Der Einsatz dieses Durchflußreglers ist durch die vorgegebenen Regelabweichungsgrenzwerte der Gegendruckregelung bestimmt. Ausgehend von dieser Grundkonzeption lehrt die Erfindung im einzelnen zunächst, daß bei einem Anstieg der Gichtgasmenge der Sollwert für den Gegendruck erhöht, bei einem Abfall der Gichtgasmenge der Sollwert für den Gegendruck: erniedrigt sowie durch Komprimieren bzw. Entspannen des Gichtgases im Druckhochofen der Gichtgasdurchfluß vergleichmäßigt wird. Eine zusätzliche Mengenregelung erreicht man dadurch, daß der Gegendruckregelung die Änderungen der Gichtgasmenge in der Zeiteinheit, d. h. die Größe dF/dt, zum Ausregeln der Störungen aufgeschaltet wird.

Erfolgt die Störung durch einen Begichtungsvorgang, so wird man die Steuersignale mit einem vorgegebenen zeitlichen Abstand vor Beginn des Begichtungsvorganges der Gegendruckregelung zuführen und dadurch den Sollwert für die Gegendruckregelanlage anheben. Erfolgt die Störung durch einen Winderhilzerwechsel, so kann lediglich die Veränderung der Gichtgasmenge ^⁵ in der Zeiteinheit, d. h. die GröQe dF/dt, zum Ausregeln der Störungen aufgeschaltet werden.

Im folgenden werden die Erfindung sowie die erreichten Vorteile anhand einer lediglich ein AusführungsbeispieJ darstellenden Zeichnung ausführlicher ίο erläutert Es zeigt

F i g. 1 das Schema einer Hochofenlage, die für das erfindungsgemäße Verfahren eingerichtet ist,

Fig.2 eine graphische Darstellung, die das erfindungsgemäße Verfahren bei einem Begichtungsvorgang «5 als Störung erläutert;

Fig.3 eine graphische Darstellung, die das erfindungsgemäße Verfahren bei einem Winderhitzerwechsel als Störung erläutert.

Die in F i g. 1 dargest?Ute Hochofenanlage arbeitet mit einem Gegendruckhochofen 1. Sie besitzt eine Gichtgasremigungseinrichti'ng 2 und eine Energierückgewinnungsanlage 3 mit Expansionsturbine 4. Zur Hochofenanlage gehört eine Gegendruckregelanlage 5. Die Gegendruckregelanlage 5 weist ein Druckregelventil 6 für die Regelung des Gichtgasdruckes an der Gicht 7 des Gegendruckhochofens 1 sowie eine Gegendruckregelung mit Istwert-Druckmeßvorrichtung 8, Regler 9 und Stelleinrichtung 10 für das Druckregelventil 6 auf. — Durch Betriebsumschaltungen, z. B. Begichtungsvorginge, Winderhitzerwechsel und dergleichen, treten für vorgegebene Störungszeiten Störungen des stationären Betriebes auf. Diese bewirken Veränderungen der Gichtgasmenge. Mit diesen Störungen beschäftigt sich die Erfindung, die weiter unten ausführlicher erläutert wird.

Die Gichtgasreiniguneseinrichtung 2 besteht im Ausführungsbeispiel aus einem Trockenentstauber 11 und einem Waschturm 12 mit Ringspaltwascher 13. Die Energierückgewinnungsanlage 3 weist im Ausführungsbeispiel eine Expansionsturbine 4 auf, die auf einen Generator 14 arbeitet. Der Expansionsturbine 4 sind eine Einströmleitung 15, eine Abströmleitung 16 und die üblichen, für die Steuerung der Expansionsturbine 4 erforderlichen Bypaßleitungen 17 zugeordnet

Die Gegendruckregelanlage 5 ist zunächst mit einem dick ausgezogenen Regelkreis 18 versehen. Diesem Regelkreis 18 gehört der Ringspaltwascher 13 als Druckregelventil 6 für die Regelung des Gasdruckes an der Gicht 7 des Gegendruckhochofens 1 an. Die Istwert-Druckmeßvorrichtung 8 befindet sich in und an der Gichtgasleitung 19 in der Nähe der Gicht 7. Der Sollwert wird dem Regler 9 bei 20 aufgegeben und der Stellmotor 21 verstellt den Einbaukörper 22 des Ringspaltwaschers 13. Zusätzlich kann über einen mit Schlangenlinien angedeuteten Regelkreis 23 der Differenzdruck geregelt werden, mit dem der Ringspaltwascher 13 als Differenzdruckwascher arbeitet Mit gestrichelten Linien bzw. strichpunktierten Linien wurden Regelkreise 24, 25 angedeutet die erkennen lassen, daß die Druckregelung an der Gicht 7 des Gegendruckhochofens 1 auch über die Expansionsturbine 4 bzw. andere Aggregate der Energierückgewinnungsfeilage 3 erfolgen kann. Insoweit handelt es sich um bekannte Maßnahmen.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind zusätzliche Aggregate 26,27 vorgesehen. Das ist zunächst ein Aggregat 26, mit dem bei einem Anstieg der Gichtgasmenge der Sollwert für den Gegendruck erhöht, bei einem Abfall der Gichtgasmenge der Sollwert für den Gegendruck erniedrigt sowie durch Komprimieren bzw. Entspannen des Gichtgases im Gegendruckhochofen 1 der Gichtgasdurchdruck vergleichmäßigt werden. Das Aggregat 26 bewirkt über eine Leitung 28 eine entsprechende Störgrößenaufschaltung. Dem Aggregat 26 werden über eine Leitung 29 Steuersignale zugeführt, die ihrerseits den Betriebsumschaltungen zugeordnet sind. Das Aggregat 26 bewirkt, daß durch die Gegendruckregelung nach MatJgabe der Steuersignale die Veränderungen der Gichtgasmenge während der Störungszeiten möglichst vollständig kompensiert werden. Außerdem ist das Aggregat 27 vorgesehen. Es bewirkt über die Leitungen 30,31,32, daß der Gegendruckregelung die Änderungen der Gichtgasmenge in der Zeiteinheit, d. h. die Größe dF/dt, zum Ausregeln der Störungen aufgeschaltet werden. Diese Größe wird mit dem Durchflußmesser 33 gemessen.

Das Schema der F i g. 2 erläutert die Verhältnisse für Störungen, die durch einen Begichtungsvorgang ausgelöst sind. Im Schema der F i g. 2 sind auf der Abszisse die Z^it L aaf der Ordinate der Gichtgasmenge V bzw. der Druck ρ aufgetragen. Der Doppelpfeil At gibt den Begichtungszeitrauin an. Es versteht sich, dsß während der Begichtung sich die Kaltwindmenge nicht ändert, weil die Windgebiäse weiterarbeiten.

Das Schema der F i g. 3 erläutert die Verhältnisse für Störungen, die durch einen Winderhitzerwechsel ausgelöst sind. Hier ändert sich die Kaltwindmenge, da die Cowper aufgefüllt werden, — wenn auch die Windgebläse konstant weiterlaufen. Auf der Abszisse ist hier wiederum die Zeit t aufgetragen, auf der Ordinate findet man wiederum die Gichtgasmenge V bzw. den Druck p. Die Zeit für das Auffüllen der Winderhitzer ist durch den Doppelpfeil Δι dargestellt worden.

Bei der Begichtung tritt durch die Erhöhung der

Schüttgutsäule und durch die Verdichtung der Schüttung beim Auftreffen der Möllerung eine Erhöhung des Widerstandes auf. Die Windversorgung bleibt weitgehend konstant, da die Windgebläse auf Durchsatzmenge konstant geregelt werden.

Bei der zur Zeit üblichen Hochofenregelung (Konstanthalten des Druckes an der Ofengicht) ergibt sich bei jedem Begichtungsvorgang ein rapider Abfall der Gasmenge.

Bei der erfindungsgemäßen Regelung (schematische Darstellung gemäß F i g. 2) wird der Sollwert für den Gegendruck kurz vor dem Einleiten des Begichtungsvorganges um einen bestimmten Betrag erhöht (Bereich B\), so daß sich bereits vor der Begichtung ein bestimmtes Speicherpotential gebildet hat.

In dem Moment, wenn die Begichtung beginnt, wird air Regelsignal die Änderung der Gichtgasmenge pro Zeiteinheit (das Differential dF/dt)aufgeschaltet.

Der Erfolg ist daß zusätzlich zu rier Ga.smengenvsrgleichmäßigung infolge der vorherigen Pufferspeicherung der bei der zur Zeit üblichen Regelung zu erwartende Gasmengeneinbruch weiter verringert wird. Zum Vergleich sind diese sonst üblichen Gasmengeneinbrüche und Druckabfälle in den Fig.2 und 3 durch gestrichelte Linien verdeutlicht.

Bei Winderhitzerwechsel erfolgt ein Abfall der Windmenge. Die Rückwirkungen auf den Ofenbetrieb beim Umschalten der Winderhitzer sind wesentlich geringer als die beim Begichten. Zum Ausregeln der Störungen wird deshalb nur das Signal der Änderung der Gichtgasmenge pro Zeiteinheit (das Differential dF/dt) benutzt. Der Vorteil gegenüber der zur Zeit üblichen Druckregelung ist die größere Empfindlichkeit und das frühere Erkennen der Störungen, so daß sich eine Verminderung der Gaseinbruchspitzen ergibt (siehe F i g. 3).

Im Ergebnis erreicht man erhebliche Vorteile. Für die

to Reinigung des Gichtgases auf 5 mg/Nm¹ ist bei absolut konstanter Gichtgasmenge ein Differenzdruck von &p 2000 mm WS erforderlich. Bei den stark schwankenden Bedingungen, die sich mit der zur Zeit üblichen Hochofenregelung ergeben, treten an den Differenz druckwaschern 13 Sollwertabweichungen von 300 mm WS auf, da die als schnell bekannten Ringspaltwascher 13 nicht ausreichen, um die Störungen spontan ausregeln zu können. Um jedoch mit Sicherheit den Garantiewert von 5 mg/Nm¹ immer 2U erreichen, ist ein Differenzdrucksollwert von 2300 mm WS erforderlich. — Bei der erfindungsgemäßen Gegendruckregelung werden die Gasmengenschwankungen jedoch soweit geglättet, daß ein Differenzdrucksollwert von 2100 mm WS ausreicht. Dieser Umstand führt dazu, daß beim Betrieb mit Expansionsturbine 4 der Expansionsturbine 4 ein Gas zur Verfügung gestellt werden kann, das einen um 200 mm WS höheren Eintrittsdruck aufweist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Beirieb einer Hochofenanlage für die Verhüttung von Erzen, insbesondere Eisenerzen,— πω

Gegendnickhochofen, Gichtgasreinigungseinrichtung und Gegendruckregelanlage,