DE19638346C1 - Verfahren zur Überwachung des Betriebs einer Vorrichtung zur Zuführung eines abrasiven Mediums mit Hilfe eines Fluids - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung des Betriebs einer Vorrichtung zur Zuführung eines abrasiven Mediums, insbesondere einer Staubrückfüh­ rung in einen Einschmelzvergaser, wobei der aus einem Einschmelzvergaser oder Reduktionsschachtofen abgezo­ gene Staub mit Hilfe eines Fluids über ein Staubför­ derrohr durch mindestens einen Staubbrenner in den Einschmelzvergaser als zusätzlicher Kohlenstoffträger eingebracht wird. Das Verfahren kann aber auch bei der Zuführung abrasiver Medien mittels Fluidinjektion in andere Schmelz- oder Verbrennungseinrichtungen, wie z. B. Wirbelschichtreaktoren, eingesetzt werden.

Aus der DE 40 41 936 C1 ist es bekannt, aus Ein­ schmelzvergasern oder Reduktionsschachtöfen ausströ­ mende Gase abgeschiedener heißer Stäube wiederum dem Prozeß eines Einschmelzvergasers zuzuführen. Hierbei wird ein Injektor verwendet, um den rückzuführenden Staub über ein Staubförderrohr über mindestens einen Staubbrenner wieder in den Einschmelzvergaser zu ge­ ben.

Während des Betriebes, unter den für Einschmelzverga­ ser bekannten rauhen Bedingungen, können heiße Gase oder unverbrannter Sauerstoff in das Staubrück­ führungssystem zurückströmen. In einem solchen Fall besteht die sehr große Gefahr, daß Anlagenkomponenten beschädigt oder in Folge einer Explosion zerstört werden können.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen solchen Zustand schnellstmöglich zu erfassen und mit Sicher­ heit zu verhindern, daß es durch rückströmende Gase in das Staubrückführsystem zu einer Gefährdung kommt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im An­ spruch 1 enthaltenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen der Erfin­ dung ergeben sich unter Ausnutzung der in den unter­ geordneten Ansprüchen genannten Merkmale.

Durch die Erfassung der Strömungsrichtung im Förder­ rohr eines Staubrückführsystemes, wobei der rückge­ führte Staub das abrasive Medium ist und im Ein­ schmelzvergaser als zusätzlicher Kohlenstoffträger eingesetzt wird, ist es auf einfache und sichere Wei­ se möglich, zu ermitteln, ob ein unerwünschtes Rück­ strömen von Gasen auftritt und es kann ein entspre­ chendes Szenario ausgelöst werden, was mit Sicherheit verhindert, daß eine bereits erwähnte Gefährdung (Ex­ plosion) auftritt.

Eine günstige Möglichkeit hierfür besteht darin, daß gleichzeitig der Druck im Einschmelzvergaser und im Staubförderrohr überwacht wird. Bei Erfassen eines Druckanstieges im Staubförderrohr kann für den Fall, daß kein entsprechender Druckanstieg im Einschmelz­ vergaser erfaßt wird, eindeutig darauf geschlossen werden, daß ein nicht erwünschter Betriebszustand er­ reicht worden ist, der eine Gefährdung für das System bewirken kann. Bei einem solchen Meßergebnis kann in diesem Fall darauf geschlossen werden, daß heißes Gas oder Sauerstoff in das Staubfördersystem der Staubrückführung eingedrungen ist und entsprechend reagiert werden muß, um einen Gefahrzustand zu besei­ tigen.

Eine besonders vorteilhafte Möglichkeit für die Be­ stimmung der Strömungsrichtung im Staubförderrohr besteht darin, daß durch die Wandung des Staubförder­ rohres mindestens zwei Meßkanäle geführt sind, deren Neigungswinkel in bezug auf die Längsachse des Staub­ förderrohres in der Meßebene unterschiedliche Neigungswinkel aufweisen. Hierbei kann ein Meßkanal orthogonal zur Längsachse des Staubförderrohres und der zweite Meßkanal im spitzen Winkel zu dieser Achse geneigt sein.

Wie dies auch bei anderen Meßmethoden, die auf dem Strömungsmechanischen Prinzip beruhen, der Fall ist, wirkt es sich günstig aus, um ein Verstopfen der Meß­ kanalöffnungen zu vermeiden, ein Fluid durch diese in den Förderstrom zu führen.

Als ein solches Meßfluid bietet sich insbesondere Stickstoff an, da der Stickstoff als bekanntes iner­ tes Gas zu keinerlei Gefährdung im Staubrückführsy­ stem führen kann.

Infolge der unterschiedlichen Neigung der Meßkanäle gegenüber der Längsachse des Staubförderrohres sind die Drücke in beiden Meßkanälen - mit Ausnahme des Betriebspunktes, der durch den Nulldurchgang bzw. den Nullabgleich definiert ist -, stets unterschiedlich groß, wobei - unter sonstigen gleichen Bedingungen - die Druckdifferenz ein Maß für die Strömungsgeschwin­ digkeit im Förderrohr ist. Wird zweckmäßigerweise ein Nullabgleich für den strömungslosen Zustand durchge­ führt, so kann aus einem Vorzeichenwechsel der Druck­ differenz unmittelbar auf eine Umkehrung der Strömungsrichtung geschlossen werden, welche Voraus­ setzung für den gefürchteten Fall eines Rückflusses heißer Flammgase oder von Sauerstoff in ein Staubför­ derrohr ist. Die vorgeschlagene Anordnung der Meßka­ näle kann jedoch durch andere Varianten, insbesondere durch andere gewählte Neigungswinkel, der Meßkanäle, deren Druckwerte miteinander verglichen werden sol­ len, an unterschiedliche Bedingungen angepaßt werden.

Eine weitere Möglichkeit zur Überwachung des Rück­ strömens von Sauerstoff in das Staubrückführungssy­ stem besteht darin, daß ein Flammwächter durch die Wandung des Staubförderrohres geführt wird. Hierbei müssen Probleme berücksichtigt werden, die durch mögliche Verstopfungen durch den Staub auftreten kön­ nen. Negative Einflüsse, die durch schädliche Kompo­ nenten (z. B. H₂S) im Förderstrom entstehen, müssen ebenfalls berücksichtigt werden. Der Flammwächter verfügt über eine Brenngaszuführung und eine Zündein­ richtung, die beispielsweise als Glühkerze oder Fun­ kengenerator ausgebildet sein kann. Gelangt Sauer­ stoff über die Öffnung des Staubbrenners in das Staubförderrohr an den Flammwächter erfolgt die Zün­ dung des brennbaren Gasgemisches und diese kann über optische oder akustische Sensoren oder über eine Tem­ peraturmessung erfaßt werden.

Nachfolgend soll die Erfindung an Hand von Ausfüh­ rungsbeispielen näher beschrieben werden.

Dabei zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Anwendung eines strömungsmechanischen Meßprinzips mit zwei Meßkanälen;

Fig. 2 Varianten für mögliche Meßkanalanordnungen und

Fig. 3 die Überwachung eines Staubförderrohres mittels eins Flammwächters.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Prinzip einer Druckdif­ ferenz-Messung, wird diese in zwei Meßkanälen 1 und 2 durchgeführt wird. Die Meßkanäle 1 und 2 sind dabei als Bohrungen, die durch die Wandung des Staubförder­ rohres 3 geführt sind, ausgebildet. Dabei ist der Meßkanal 1 orthogonal zur Längsachse des Staubförder­ rohres 3 und der Meßkanal 2 im spitzen Winkel ge­ neigt. Der in der Fig. 1 eingezeichnete Pfeil V_c gibt die Richtung an, bei der eine Gefahrensituation auftreten kann, also heiße Gase oder Sauerstoff in das System zurückströmt. Prinzipiell läßt sich auch die gegenüber der Strömungsrichtung umgekehrte Anord­ nung der Sonden verwenden.

Über eine Zuführleitung 4 wird den Meßkanälen 1 und 2 Stickstoff zugeführt. Der Volumenstrom des Stick­ stoffs, der den Meßkanälen 1 und 2 zugeführt wird, wird mit einem Regelsystem konstant gehalten. Hierfür sind Volumenstromsensoren 5 und 6 mit Regelventilen 7 und 8 vorhanden. Für die Zuführung des Meßfluides (Stickstoff) ist ein weiteres Ventil 9 in Verbindung mit einem Drucksensor 10 vorhanden.

Neben der Messung der Druckdifferenz in den Meßkanä­ len 1 und 2 wird der Absolutdruck im Staubförderrohr 3 mit einem weiteren Drucksensor 11 überwacht.

Die Druckdifferenz in den Meßkanälen 1 und 2 wird mit dem Drucksensor 12 gemessen. Die erfaßte Druckdiffe­ renz ist ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit im Förderrohr. Wird ein Nullabgleich für den strömungs­ losen Zustand durchgeführt, so kann anhand eines Vor­ zeichenwechsels der Druckdifferenz detektiert werden, daß ein Rückströmen in das Staubförderrohr 3 aufge­ treten ist und ein entsprechendes Signal kann gene­ riert werden, um die Sauerstoffzufuhr zu sperren. Der dafür geeignete Sperrmechanismus ist in dieser Dar­ stellung nicht gezeigt.

Dadurch, daß die absoluten Einstellwerte für die bei­ den Meßfluidströme durch die Meßkanäle 1 und 2 unter Berücksichtigung der geforderten Meßempfindlichkeit und des Meßbereiches für die Differenzdruckmessung günstig auszuwählen sind, kann ein für die Über­ wachung geeigneter optimaler Bereich problemlos ein­ gestellt werden. Über die Einstellung des Verhältnis­ ses der Meßfluidströme kann außerdem ein Nullabgleich des Differenzdruckes durchgeführt werden.

Durch die parallele Injektion des Meßfluides über die zwei Meßkanäle 1 und 2 und die Messung des Differenz­ druckes zwischen diesen beiden Meßkanälen ist der gemessene Wert nahezu unabhängig vom statischen Druck und wird nur mittelbar durch den statischen Druck (nämlich über die Dichte) des verwendeten Gases be­ einflußt. Durch geringfügige Neigung der Meßkanäle quer zur Strömungsrichtung (Bohrung in der Wandung des Staubförderrohres 3) kann das ideale Bernoulli- Meßprinzip P_dyn = P_ges - p_stat nicht realisiert werden und eine entsprechende Meßanordnung muß kalibriert wer­ den.

Der Fig. 2 sind insgesamt sechs verschiedene mögli­ che Anordnungen von jeweils zwei Meßkanälen zu ent­ nehmen. Dabei sind die in der oberen Reihe darge­ stellten Anordnungen so gewählt, daß die entsprechen­ den Öffnungen der jeweiligen Meßkanäle an einem Punkt im Staubförderrohr 3 angeordnet sind.

Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Meßöff­ nungen der Meßkanäle lokal getrennt anzuordnen, wie dies der unteren Reihe der Fig. 2 zu entnehmen ist. Werden letztere gewählt, ist zu berücksichtigen, daß eventuell eine erhöhte Zeitkonstante, die durch den Abstand der Meßöffnungen bedingt ist, berücksichtigt werden muß, wenn die Druckdifferenz zwischen den Meß­ kanälen 1 und 2 direkt gemessen wird.

Ferner kann bei Verwendung der Version mit Anwendung der Meßkanäle in einem Punkt unter bestimmten Umstän­ den eine deutlich höhere Meßempfindlichkeit als bei der Version mit getrennten Meßstellen erzielt werden.

Der Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäß ausgebildete Überwachung wieder­ gegeben, bei der ein Flammwächter 13 Verwendung fin­ det.

Der Flammwächter 13 ist dabei zumindest teilweise durch die Wandung des Staubförderrohres 3 geführt und für den Fall einer Rückströmung aus dem Einschmelz­ vergaser über den in dieser Darstellung ebenfalls nicht erkennbaren Staubbrenner, kann Sauerstoff bis In den Bereich des Flammwächters 13 gelangen. Durch eine Zuleitung 14 gelangt brennbares Gas über eine Öffnung durch den Flammwächter 13 und kann in das Staubförderrohr 3 geführt werden, wobei die Strö­ mungsrichtung des Brenngases den Pfeilen zu entnehmen ist.

Zusätzlich ist eine Zündeinrichtung 15 vorhanden, die beispielsweise als Glühkerze oder Funkengenerator ausgebildet sein kann. Gelangt nunmehr Sauerstoff in den Bereich des Flammwächters 13, wird das Brenngas mit Hilfe der Zündeinrichtung 15 entflammt und in diesem Beispiel mit einer optischen Überwachung 16 erfaßt, ob sich Sauerstoff im Staubförderrohr 3 be­ findet oder nicht. Für den Schutz der optischen Über­ wachung 16 kann ein Schutzglas 17 vor einer Optik 18, die das bei der Entflammung erfaßbare Licht auf eine Photozelle 19 fokussiert, vor dieser angeordnet wer­ den.

Neben der optischen Überwachung des Flammwächters 13 besteht auch die Möglichkeit einen entsprechenden akustischen Sensor oder ein Temperatursensor zu ver­ wenden.

Claims (8)

1. Verfahren zur Überwachung des Betriebs einer Vor­ richtung zur Zuführung eines abrasiven Mediums mit Hilfe eines Fluids als Fördermittel über mindestens einen Brenner in einen Einschmelzver­ gaser, bei dem im Förderrohr des Zufuhrsystems vom Einschmelzvergaser aus betrachtet hinter dem min­ destens einen Brenner die Strömungsrichtung des Fluidstromes für den Nachweis von in das Zufuhrsy­ stem aus dem Einschmelzvergaser einströmenden hei­ ßen Gasen oder Sauerstoff gemessen und bei erfaß­ tem Vorhandensein von eingedrungenem Sauerstoff die Zuführung gesperrt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdrücke im Einschmelzvergaser und im Förderrohr (3) vom Einschmelzvergaser aus betrach­ tet hinter dem mindestens einen Brenner gemessen und bei erfaßtem Anstieg des Druckes im Förderrohr (3) ohne einen gleichzeitig erfaßten Druckanstieg im Einschmelzvergaser ein Schaltsignal generiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckmessung in mindestens zwei Meßka­ nälen (1, 2), die mit unterschiedlichem Nei­ gungswinkel in bezug auf die Axialrichtung des Förderrohres (3) ausgerichtet sind, durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Meßkanäle (1, 2) ein Meßfluid in kleiner Menge im Verhältnis zum Förderstrom in diesen injiziert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenstrom des Meßfluids in beiden Meßkanälen (1, 2) konstant gehalten wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßfluid ein inertes Gas verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß Stickstoff verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Förderrohr (3) angeordneter Flamm­ wächter (13) optisch oder akustisch überwacht wird.