DE2000766A1

DE2000766A1 - Verfahren zum Betrieb eines regenerativen Winderhitzers und Erhitzer zur Durchfuehrung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE2000766A1
Application number: DE19702000766
Authority: DE
Inventors: Vroege Aart Kornelis
Original assignee: KONINK NL HOOGOVENSEN STAALFAB
Current assignee: KONINK NL HOOGOVENSEN STAALFAB
Priority date: 1969-01-16
Filing date: 1970-01-09
Publication date: 1970-07-30
Also published as: JPS4816939B1; US3642262A; NL6900740A; BE744408A; GB1250443A

Description

PATEJiTANWÄ LTB DIPL. ING. C. STOEPEL · DIPL. ING. W. GOLLWITZER · DIPL. IJfG. MOLL 674 LANDAU/PFALZ · AU SCHÜTZBNHOF

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7. Januar 1970

Koninklijke Nederlandsche Hoogovens en Staalfabrieken N. V.,

IJMUIDEN (Nederland)

" Verfahren zum Betrieb eines regenerativen Winderhitzers und Erhitzer zur Durchführung dieses Verfahrens "

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines .regenerativ arbeitenden Vorerhitzers, beispielsweise und insbesondere eines Winderhitzers zur Vorerhitzung der L^fi fClr den Betrieb eines Hochofens, z.B. einen)Heißhochofen oder Cowper. Außerdem ist Gegenstand der Erfindung ein Winderhitzer zur Durchführung des " genannten Verfahrens.

Hitzeregeneratoren oder sogenannte Gas- oder Winderhitzer sind in verschiedenen Bereichen der Technik bekannt zum Regenerieren von Wärme, die während irgendeines Verfahrensablaufes entsteht, oder zur Regenerierung von in einem Gas vorhandenen brennbaren Komponenten. Eines der am meisten bekannten Anwendungsgebiete solcher Winderhitzer ist der Hochofenbereich, wo die latente Wärme, die im Koksofen- oder Hochofengas oder in einem anderen Brennstoff, wie z.B. Erdgas, vorhanden ist, durch Verbrennung in einem Brennerstock oder Schaft in Wärme umgesetzt wird, Dabei wird diese Wärme in einem Stapel von porösen Ziegeln gespeichert (Kammerstein). In einer nachfolgenden Betriebsphase wird der Wind zum Betrieb des

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Hochofens dadurch vorgeheizt, daß er durch den aufgeheizten Vorerhitzer in umgekehrter Richtung geführt wird.

Da die Luft im Vorerhitzer in neuerer Zeit auf stufenweise steigende Temperaturen aufgeheizt wird, geht der Verbrauch von Koks pro Tonne Roheisen zurück und die Produktionskapazität der Hochöfen steigt.

Aus diesem Grunde ist augenblicklich die Zielsetzung der Erhalt einer höchstmöglichen Vorheizungstemperatur für die Luft.

Um eine kontinuierliche Zufuhr von Heißluft zum Hochofen zu erhalten, ist es in der Praxis üblich, pro Hochofen drei oder vier Winderhitzer oder Heißluftöfen einzusetzen. Dadurch wird sichergestellt, daß zu jedem Zeitpunkt Heißluft von mindestens einem der Vorerhitzer für den Hochofen verfügbar ist.

Aber auch so soUten noch zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden, um die Temperatur der Luft nach dem Vorheizen auf einem konstanten Wert zu halten. Dies deshalb, weil starke Schwankungen in der Lufttemperatur einen ungleichmäßigen Betrieb des Hochofens bewirken würden, was zu Störungen oder sogar zu Betriebsunterbrechungen und zu einer verminderten Wirtschaftlichkeit des Hochofens führen würde.

Da während der Vorheizperiode der Kammerstein im Vorerhitzer schrittweise in der Temperatur sinken wird, wird auch die Luft aus dem Vorerhitzer schrittweise kühler. Um Luft konstanter Temperatur zur Zulieferung an den Hochofen zu erhalten, ist es in der Praxis bekannt, der heißen Luft eine variierende Menge kalter Luft zuzumischen, so daß die Endmischung eine konstante Temperatur aufweist, die ungefähr der Temperatur entspricht, die die Luft haben würde, die den Winderhitzer am Ende der Vorheizperiode verlassen würde (die "Aufblas"-Periode), an deren Ende die Luft auf eine relativ geringe Temperatur aufgeheizt wird.

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Es sind bereits verschiedene Verfahren zum Mischen von ^ Luft mit heißer Luft bekannt. Ein im allgemeinen übliches System '--..„

besteht darin, für den Mischvorgang kalte Luft der Saugleitung oder Sammelleitung zuzuführen, in die mehrere Vorheizer ihre vorgeheizte Luft abgeben (die sogenannte Hauptblasheizleitung). Die genannte Mischluft wird dabei zu dem Ende der genannten Hauptleitung geführt, das dem Ende gegenüberliegt, das mit dem Hochofen verbunden ist. Ein Nachteil- dieses Verfahrens besteht darin, daß der Teil dieses Hauptrohres zwischen dem ersten und letzten Luftvorheizer beim Schalten dieser Vorheizer in periodischer Form zu einem bestimmten Moment dazu führen wird, daß die Temperatur der heißesten vorge- \

heizten Luft abgenommen wird und zu einem anderen Moment die Temperatur der kalten Mischluft. Da die verwendeten Lufttemperaturen sich schrittweise erhöhen (in den letzten Jahren stiegen sie von ungefähr 600 C auf ungefähr 1100 C und sogar noch darüber), führt dies zu ernsthaften Prolemen bei Entwurf und Wartung. Das Stahlheißluftrohr und die feuerfeste Auskleidung desselben kann sich ausdehnen und beträchtlich verkürzen und darüberhinaus wird dies in einer Weise stattfinden, die sich längs der Hauptleitung verändert. Im Zusammenhang mit diesem Phänomen verursacht auch die Verbindung der Winderhitzer mit dieser Hauptleitung ernsthafte Komplikationen. . %

Ein anderer Vorschlag geht dahin, die Zulieferung der kalten Mischluft in die Ilauptheißluftleitung in kurzer Entfernung derselben vor ihrer Verbindung zum Hochofen stattfinden zu lassen. Dies führt dazu, daß der Rest dieser Hauptleitung eine im wesentlichen konstante Temperatur beibehält, so daß die genannten Nachteile der Dehnung und Schrumpfung nicht sehr ernst sind.

Ein Nachteil dieses Vorschlages besteht jedoch darin, daß eine komplizierte und teuere Mischkammer notwendig ist, um eine _i..c

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Vermischung der heißen, vorgeheizten Luft mit der kalten Luft in einer kurzen Entfernung vor dem Eintritt der Luft in den Hochofen zu erhalten. Eine solche Mischkammer läßt sich schwer konstruieren und einwandfrei herstellen, auch deshalb, weil sie hohen thermischen Belastungen ausgesetzt ist.

Reparaturen im Mischbereich sind bei beiden Systemen nur dann möglich, wenn alle Winderhitzer und dementsprechend auch der Hoch ofen außer Betrieb genommen werden.

Ein weiteres, früher vorgeschlagenes Verfahren besteht darin, kalte Luft mit der vorgeheizten Luft in mehr als einer Mischkammer zu vermischen, wobei jede Mischkammer zwischen einem Winderhitzer und der Hauptheißluftleitung liegt. Dies ergibt eine im wesentlichen konstante Temperatur in der genannten Hauptleitung, und es führt zu weniger ernsten Problemen beim Entwurf, bei der Herstellung und der Montage der Mischkammer usw., als in dem Fall einer gemeinsamen Mischkammer in einer kurzen Entfernung vom Hochofen. Aber auch diese Lösung hat ebenfalls beträchtliche Nachteile. _Aiisbesondere ist sie wegen der Notwendigkeit von drei oder vier getrenn ten Mischkammern ziemlich teuer.

Die Erfindung zielt auf die Beseitigung der Nachteile früherer Vorschläge ab. Wie unten erklärt werden wird, führt die Anwer.u-ng der Erfindung zu zusätzlichen Vorteilen.

Im Hinblick auf das Obengesagte besteht die Erfindung darin, daß während des "Aufblasens" (Luftvorheizens) die Kaltluft des Winderhitzers durch die Zufuhr für die Verbrennungsluft im Brennerkamin des Winderhitzers eingeführt und in diesem Kamin mit Heißluft gemischt wird. Zwar kennt man bereits bei vorhandenen Winderhitzern die Zufuhr von Verbrennungsluft und zwar zur Bildung einer brennbaren Mischung im Brennerkamin während des Aufheizens des Winderhitzers ("Gas"-Zeit). Da gemischte Luft auf diese Weise in die Heißluft -

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hauptleitung eingebracht wird, wird diese Hauptleitung in einem im wesentlichen konstanten Temperaturbereich bleiben.

Ein wichtiger Vorteil des neuen Verfahrens besteht darüber hinaus 'darin.,; daß im Brennerkamin eine gute Mischung erhalten werden kann, so daß die Schaffung zusätzlicher Mischkammern entbehrlich wird. In dieser Hinsicht wird bemerkt, daß in der Regel die verwendeten Brenner von einer Bauart sind, bei der die Verbrennungsluft eine starke Turbulenz im Brennerkamin bewirkt. Die Zulieferung der kalten Mischluft durch die genannten Brenner stellt dementsprechend im Brennerkamin eine gute Vermischung mit der Heißluft sicher.

Bei der üblichen Betriebsweise wird ein Winderhitzer seinen Brenner während der Aufheiz- ("Gas")-Zeit kühlen, und zwar dadurch, daß die Verbrennungsluft durch ihn hindurch und an ihm entlang fließt. Während der Luftvorheizung ("Aufblas")-Zeit wird der Kopf bzw. die Endfläche des Brenners durch die nach unten durch den Brennerkamin fließende Heißluft auf eine sehr hohe Temperatur aufgeheizt. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Brennerkopf von der Mischluft auch während der Vorheizzeit (Aufblaszeit) gekühlt, so daß dieser Brennerkopf sehr viel weniger Temperatursprüngen unterliegt.

Ein besonders großer Vorteil ist auch der, daß die Ventile für die vorgeheizte Luft, die ohne Anwendung der Erfindung in der Lage sein müßten, die höchste vorkommende Luftvorheiztemperatur im Winderhitzer auszuhalten, bei Anwendung der Erfindung niemals eine höhere Temperatur erhalten können, als beispielsweise 150 C unter dieser Höchsttemperatur. Bei den ständig steigenden Vorheiztemperaturen schaffen diese Ventile ein sehr schwieriges Problem and die Notwendigkeit teuerer Strukturen, um sie zuverlässig arbeiten zu lassen.

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Bei Anwendung der Erfindung ist es möglich und hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, die Mengen der vorgeheizten Luft und der kalten Mischluft während der Aufblaszeit derart zu ändern, daß eine konstante Zulieferung von gemischter Luft mit konstanter Temperatur den Winderhitzer verläßt.

Abgesehen von der beschriebenen Methode befaßt sich die Erfindung auch mit der Gestaltung der Winderhitzer, die bei der Verwirklichung der Erfindung verwendet werden.

Ein solcher Winderhitzer ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsleitung für die Verbrennungsluft mit Mitteln zum Blasen von Luft gegen den Druck der Luft verbunden ist, die im Winderhitzer in den Brennerkamin gedrückt wird, und zwar in einer Menge, die zwischen 0% bis 20% der Gesamtmenge der vorgeheizten, den Winderhitzer verlassenden Luft eingesteuert werden kann. Dadurch ist die Möglichkeit geschaffen, die Temperatur der gemischten Luft konstant zu halten. Die genannte Vorrichtung kann z. B. in einem getrennten Kompressor bestehen, es ist jedoch auch möglich, die kalte Luft vom gleichen Kompressor liefern zu lassen, der auch die vorzuheizende Luft komprimiert, die durch den Ziegelstapel fließt. (Kammerstein).

Bekannte Winderhitzer haben sowohl innere als auch äußere Brennerkamine. Beide Typen können äußere Brenner hauptsächlich aus Metall haben und sie könnten auch Keramikbrenner aufweisen, die im Brennerkamin angeordnet sind. Bei Anwendung der Erfindung werden Winderhitzer mit sogenanntem Keramikbrenner vorgezogen. Ein solcher Keramikbrenner liefert eine bessere Mischung im Brennerkamin über einer kürzeren Länge dieses Kamins. Dementsprechend ist es möglich, die Ausflußöffnung für den aufgeheizten Wind erfindungsgemäß in einer kurzen Entfernung über dem Brennerkopf anzuordnen. Die Höhe dieses Teils des p.rennerkamins, auf deren

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Länge beträchtlich schwankende Temperaturen während der Gas- und der Aufblaszeiten auftreten können, wird dementsprechend sehr klein sein. Dementsprechend ist die Beschädigung der feuerfesten Verkleidung auf ein Minimum reduziert. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß der kurze Bereich, auf den mögliche Beschädigungen an der feuerfesten Auskleidung beschränkt sind, sofort überhalb des Brennerkopfes in einem Bereich liegt, in dem Reparaturen am Winderhitzer sehr leicht durchzuführen sind. Diesbezüglich wird bemerkt, daß es sich als möglich herausgestellt hat, einen Winderhitzer zeitweise von mehreren Rohren abzunehmen, mit denen er verbunden ist, und Reparaturen an ihm in einer kurzen Zeit durchzuführen. f

Die vorstehende Beschreibung der Erfindung erläutert diese vor allem unter Bezugnahme auf die Verwendung bei Winderhitzern (Heißblasöfen) für Hochöfen.

Da jedoch die Anwendung einer ähnlichen Form vo.; Winderhitzern auch bei anderen Anordnungen möglich ist, wobei entsprechende Probleme gelöst werden müssen, ist es klar, daß die Erfindung nicht auf die Anwendung der Winderhitzer für Hochofenbetrieb beschränkt werden soll.

Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles % näher erläutert. Die Zeichnung zeigt schematisch im Längsschnitt einen Winderhitzer mit innerem Brennerkamin und innerem Keramikbrenner.

In der Zeichnung zeigt das Bezugszeichen 1 den äußeren Brenn schacht des Winderhitzers, der zusammen mit dem Boden 2, auf dem er steht, ein Mauerwerk bildet. Das Mauerwerkgehäuse wird von einer (nicht dargestellten) Stahlauskleidung umgeben. Ein Satz von Säulen auf dem Boden 2 trägt ein Gitter 4, das zur Aufnahme von perforierten,

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daraufliegenden Ziegeln dient (Kammerstein), das nicht dargestellt ist. und durch das abwechselnd heiße Verbrennungsluft nach unten fließt (Gaszeit) und zu heizende Luft nach oben (Aufblaszeit). Dieser sogenannte Ziegelstapel wird durch die Trennwand 5 vom Brennerkamin getrennt, der wiederum auf seiner anderen Seite von einem Segment des Gehäuses 1 abgegrenzt wird.

An seinem oberen Ende ist der Winderhitzer mit einer Ziegel-Kuppel 6 und einer Stahl-Kuppel 7 geschlossen.

Der gasförmige Brennstoff und die Luft zur Schaffung der heißen Verbrennungsgase werden durch einen Einlaß 8 und durch eine Rohrleitung 9 geführt, wobei diese Gase zum Brennerblock 10 geführt werden.

Der Brenner wurde in der Zeichnung nur schematisch dargestellt. Es ist ein sogenannter Keramikbrenner, der an sich bekannt ist, und der vollständig innerhalb der Auskleidung 1 des Winderhitzers am unteren Ende des Brennerkamins angebracht ist.

Oberhalb des Brenners werden Brennstoff und Luft aus dem Brenner eng miteinander vermischt und der Brennstoff wird dementsprechend im Brennerkamin verbrannt. Die heißen Verbrennungsgase werden über die Spitze der Trennwand 5 geführt, um an der Spitze desselben den Brennerkamin zu verlassen, dann fließen sie nach unten. Nachdem die Ziegel im Kammerstein genügend aufgeheizt sind, wird die Zuführungsöffnung 14 für den Brennstoffdurchlaß 8 des Brenners geschlossen. Die zu heizende Luft wird dann durch die öffnung 11 eingespeist, um in der entgegengesetzten Richtung durch den Heizer zu fließen. Diese Luft wird durch den Durchlaß 12 abgeblasen. Kaltluft fließt weiterhin durch öffnung 15 und Durchlaß 9 zum Brennerblock 10.

Diese Kaltluft, die vom Brennerblock 10 fließt, mischt sich eng

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mit der Heißluft, die von oben nach unten durch den Brennerkamin fließt, wonach die Mischung durch den Durchlaß 12 zu einer Sammelleitung (nicht dargestellte Hauptheißluftleitung) geführt wird, von wo aus sie zum Hochofen fließt. Der Durchlaß 12 mit säinem nicht dargestellten Luftventil auf der Außenseite ist in der Wand des Gehäuses 1 in der kürzestnaöglichen Entfernung vom Brennerkopf 10 angeordnet. Die eigentliche Mischzone ist dementsprechend auf den Teil der Höhe des Brennerkamins reduziert, der sich zwischen dem Brennerkopf und diesem Durchlaß 12 befindet. Dadurch sind die feuerfesten Ziegel des Brennerkamins so wenig wie möglich thermischen Schockbelastungen ausgesetzt. Die kalte Mischluft, die durch den Brennerkopf Io fließt, sorgt auch dafür, daß dieser Kopf während der Aufblaszeit gekühlt wird, so daß dieser Brenner sowohl während der Gaszeit als auch während der Aufblaszeit gekühlt wird. Der Brennerkopf 10 besteht vorzugsweise aus Keramikmaterial. Im übrigen ist die Form dieses Brennerkopfes nicht wesentlich für die Erfindung.

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Claims

Patentansprüche:

1.) Verfahren zum Betrieb eines r ^enerativt .Erhitzers, insbesondere eines Winderhitzers, zum Vorheizen jer L·uft für den Hochofenbetrieb, dadurch gekennzeichnet, dafi während des Aurhoizvorganges (Aufblasen) kaltes Gas über die Zuführungsleil :g fü;· die Verbrennungsluft zu einem Brenner im Brennerkamin g« .hrt und mit dem aufgeheizten Gas in diesem Karr.ir. gemischt w

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennz^ichn* , da. L die Mengen an kaltem Gas, das pro Zeiteinheit durch u*c gen^i.n. Zuführung für Verbrennungsluft eingeführt wird, und acc: L."iafc· ■■:, :;a aufzuheizen ist, und das zum Gasheizer geliefert wird, ν ..nr« c .. t\ Betriebes geändert werden, so daß eine konstante Meng, ar .. "uu& derselben pro Zeiteinheit den Winderhitzer bei konstante. Γβαιρα xur verläßt.

3.) Regenerativ arbeitender Winderhitzer mit einem Brtiv.er, bei dem eine Zuführungsleitung für Verbrennungsluft ir.it Mitteln ν«ν.-bunden ist, um ein Gas, wie z. B. Luft, in einen Brenr.erkami". dc _t Winderhitzers gegen den Druck des darin zu heizenden Gases a; ob.. c· α, wobei Mittel vorgesehen sind, um die Menge des genannten Gasen zu steuern, das in den Brennerkamin geblasen wird, und zwar in amen Bereich pro Zeiteinheit von 0 -/Ό bis 20% der Menge pro Zeiteinheit des aufgeheizten Gases, das den Heizer verläßt.

4.) Winderhitzer nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Ausbildung mit innerem Brennerkamin und einem sogenannten inneren Keramikbrenner.

5.) Winderhitzer nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung, durch welche das aufgebeizte Gas (Vorheizarluft; den Winderhitzer verläßt, nahe oberhalb der oberen Fläche det Brenners ungeordnet ist.

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