DE2452115A1 - Verfahren zur bildung einer mischung einer brennbaren fluessigkeit mit einem hilfsfluidum - Google Patents

Description

DR. KARXi)TH. HBGBL . DIPL.-ING. KLAUS DICKBL

Γ "I 20OO Hamburg SO

Große Bergstraße 228 Postfach 5ΟΟΘΘ2 Telefon: (O4O) 396295 Telegramm-Adresse: Doellnerpatent

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H 2395 KD/mk

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Avenue De La Liberte

Verfahren zur Bildung einer Mischung

einer brennbaren Flüssigkeit

mit einem Hilfsfluidum.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung einer Mi schung einer brennbaren Flüssigkeit mit einem anderen Fluidum, die für die Einführung in einen metallurgischen Ofen , und zwar im besonderen in einem Ofen mit einer Brennkammer wie beispielsweise ein Hochofen, bestimmt ist.

Die Einführung von brennbaren Flüssigkeiten in einen Hochofen ist wohl bekannt. Dabei werden zwei Ziele verfolgt, nämlich die Verringerung des Verbrauchs metallurgischen Kokses sowie die Steuerung des Betriebes des Hochofens.

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Bei den sehr verschiedenen, bekannten technischen Hilfs mitteln zur Injektion der brennbaren Flüssigkeiten bemerkt man häufig und im besonderen bei einer starken Einsprit zung, daß die injizierte brennbare Flüssigkeit nur unvollständig verbrennt. Daraus resultiert, eine schlechte thermische und chemische Verwertung des Brennstoffes, und der nicht verbrannte Kohlenstoff kann einen guten Betrieb des Hochofens verhindern. Die Erklärung dieser unvollständigen Verbrennung wird durch die spezielle Ausbildung der Brennzone des Hochofens wie auch durch die ungenügende Mischung zwischen dem Brennstoff und dem Zündstoff gegeben.

In der Tat tritt der Heisswind (Oxydationsmittel) sehr schnell, d.h. im allgemeinen mit"einer Geschwindigkeit zwischen 200 und 300 m/Sek. in die Brennzone ein, die auf 50 bis 60 cm weiter durch den glühenden Koks begrenzt ist (Reduktionsmittel), Die Länge der Oxydationszone, in welcher die Verbrennung des injizierten Brennstoffes zur Durchführung kommt, ist sehr stark eingeschränkt und überschreitet selten 1,2 m. Daher ist die vollständige Verbrennung nicht gewährleistet, wenn der flüssige Brennstoff nicht sehr fein verteilt ist und mit dem Oxydationsmittel keine enge Mischung bildet. Ein Hilfsmittel, um dieses Stadium zu erreichen, liegt darin, die spezifische Ober fläche des injizierten Brennstoffes au erhöhen. Hierzu pulverisiert man die Flüssigkeit, beispielsweise auf me chanischem Wege oder erneut durch komprimierte Luft. Ein besseres Ergebnis erhält man, wenn man dem flüssigen Brennstoff eine gewisse Menge Wasser in Eorm von Flüssigkeit oder Dampf zufügt. Die Emulsion entsteht direkt oberhalb der entsprechenden Injektoren. Dieses Verfahren, das bereits seit langem bekannt ist, beruht auf der Entspannung und der augenblicklichen Evaporation dieses Wassers unter

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einer Doppelwirkung des Druckabfalls und des Anstiegs der Temperatur am Ausgang des Ejektors beim Eintritt in die Strömung des Heisswindes. Bei der Evaporation explodiert praktisch das in der Mischung enthaltene Wasser und zerreisst den Strahl des flüssigen Brennstoffes in sehr feine Partikel. Beim Einsatz dieses Verfahrens hat man hier Speziallanzen mit einer Mischkammer nach dem Ejektionsprinzip verwendet, oder auch Mischkammern mit porösen, durchdringbaren Wänden oder aber spezielle Homogenisationsvorrichtungen in Verbindung mit Hochdruckpumpen.

Jedoch der Einsatz des gesamten speziellen Homogenisationsbereichs, wie z.B. der Mischkammerlanzen oder den Homogenisationsvorrichtungen, tritt der Nachteil auf, daß ein ko stenaufwendiger Umbau der vorhandenen Einrichtungen notwendig wird, bzw. eine erhöhte Investition und ein zusätzlicher Arbeitsaufwand für den gesamten neuen Aufbau erforderlich ist. Die Anpassung eines herkömmlichen Injektionskreislaufes zur Pulverisierung der Emulsionen erfordert in Wirklichkeit eine Abänderung der Kreislaufcharakteristika und zieht damit entsprechende Schritte nach sich. Im Falle des Ausfalles der Dampfzufuhr wird die Dampfzufuhr unterbrochen, und die Mischkammern können sich verstopfen. Um den Betrieb des Ofens nicht zu gefährden, muß man Umgehungsleitungen vorsehen. Darüber hinaus ist entsprechend der Viskosität des Brennstoffes eine Heizung zwischem dem Verteilerbereich und der Injektion in den Ofen erforderlich. Um ein häufiges Verstopfen der Leitungen zu vermindern, muß eine periodische Spülung vorgesehen werden. Ungeachtet dieser Vorsichtsmaßnahmen besitzen die Ingektionsleitungen eine begrenzte Funktionsdauer, und die Injektionseinrichtungen verstopfen sich schnell aufgrund der Zersetzung des Brennstoffes unter der Wirkung der erhöhten Temperaturen.

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Aufgabe der Erfindung ist es daher, die erwähnten Nachteile zu beheben und ein Verfahren zu schaffen, das eine technisch durchführbare Lösung bringt, die leicht realisierbar ist und die Injektion von Brennstoffen in größeren Mengen in die metallurgischen Öfen gestattet.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, bei welchem ein Hilfsfluidum oberhalb einer Tür bulenzzone oder unmittelbar innerhalb einer solchen Zone in den Strom des flüssigen Brennstoffes eingeführt wird. Diese Turbulenzzone bildet einen integralen Bestandteil der Brennstoffleitung, wobei die ursprü-nglichen Charakteristika des Kreislaufs des flüssigen Brennstoffes beibe halten werden können. Die Turbulenz beruht auf irgendeiner Unregelmäßigkeit, wie z.B. auf der Anwesenheit eines Prallbleches, eines Klappenventils, einer Rohrkrümmung, einer Verengung oder Erweiterung, die bewusst oder unbewusst geschaffen wurde-·; ο Diese Turbulenz zusammen mit derjenigen, die durch einen Strahl des Hilfsfluidums geschaffen wird, reicht im Falle des zugeführten Wasserdampfes aus, eine Emulsion zu erzeugen, die während des gesamten Transports durch den Injektionskreislauf in dem Ofen stabil bleibt. Dieses ist völlig unerwartet. Der Fachmann bemüht sich nämlich gerade, einen möglichst vollständigen Bereich einer Homogenisation zu schaffen_s der sich so nah wie möglich an den Injektionspunkt in dem Ofen heranerstreckt.

Der Hilfsdampf und/oder das Hilfsgas werden in gleichen Mengen in den Brennstoffleitungen verteilt, und zwar vorzugsweise mit Hilfe von Zusätzen. Der Druck des Gases und/ oder des Dampfes vor dem Zusetzen wird durch einen einzigen Regulator gesteuert und ist mindestens doppelt so hoch wie in stromabwärtiger Richtung, wobei letzterer dem Druck

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der flüssigen Brennstoffe entspricht. Unter diesen Bedingungen weicht das Verhalten des Gases und/oder des Dampfes quer zu den Zusätzen unabhängig von dem Druck ab, der abwärts von den Zusätzen vorliegt und somit ausserdem von den Druckveränderungen des Brennstoffes, die auf den Brennstoff-"' pumpen beruhen. Wenn man gleiche Zusätze in den verschiedenen Leitungen, die das oder die gasförmigen Hilfsmedien führen, einsetzt, erhält man gleiche Bedingungen in sämtlichen Leitungszweigen. Die geweiligen Verhältnisse von Hilfsfluidum zu flüssigem Brennstoff bleiben konstant, d.h. sie hängen nur von einem guten Funktionieren des Regulators ab, der unter dem Druck des oder der gasförmigen Hilfsmedien ausgezeichnet funktioniert, sowie vom Sanktionieren der Regulatoren innerhalb der Brennstoffleitungen.

Man kuppelt yorzugsweise den Ausgangswert des Druckregulators mit dem einzigen Ausgangswert der Leitungsregulatoren und erhält damit ein wirksames Hilfsmittel zur Anpassung der Mischung an die veränderlichen Betriebsbedingungen des Ofens.

Vorzugsweise ordnet man den Injektionspunkt des Hilfsfluidums so weit .vor dem Verteiler des Brennstoffes wie möglich an, um die Viskosität der Mischung zu verringern, im besonderen wenn der flüssige Brennstoff nicht hinreichend er wärmt ist.

Als Bestandteil kann man für das zu injizierende Hilfsfluid-Hum allein oder in Mischung z.B. Luft, Heisswind, Kohlen wasserstoffdampf, gasförmige Kohlenwasserstoffe, Wasserstoff, Wasserdampf, Wasser und ganz allgemein Gas, Dampf und Flüssigkeiten verwenden. Man kann in gleicher Weise Medien einsetzen, die Feststoffe in Suspension enthalten.

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Doch, im Pall des Zusatzes von Flüssigkeiten ist die Steuerung schwieriger.

Das Verfahren nach der Erfindung vereinfacht die Mittel zur-Schaffung einer Mischung Hilfsfluidum/flüssiger Brennstoff, wie z.B. die Erzeugung von-Dampf und/oder Gasmischungen mit dem flüssigen Brennstoff, wobei der Dampf kondensieren kann oder auch nicht, was zu einer maximalen Ausnutzung der physikalischen und thermischen Eigenschaften der sich ergebenden Mischung führt. Das Verfahren eignet sich besonders für den Einsatz bei bereits vorhandenen Betriebsanlagen mit einer Injektion flüssigen Brennstoffes in einen metallurgischen Ofen.

Der Einsatz dieses Verfahrens bringt ohne Zweifel technische und wirtschaftliche Vorteile bezüglich des einfachen Aufbaues sowie der Verlässlichkeit und der einfacheren Durchführung. Man braucht keine speziellen Räume oder Vorrichtungen zur Herstellung der- Mischung. So hat ein Defekt bei der Dampfzufuhr (oder des Hochdruckwassers) lediglich zur Folge, daß überschüssiger Brennstoff injiziert wird.

Darüber hinaus erfordert die Dosierung und Steuerung des Dampfes und/oder des.Injektionsgases lediglich einen einzigen Kreislauf anstelle von mehreren. Durch die Wahl des Einführungspunktes des Hilfsfluidums verliert die Heizung an Wichtigkeit« Ebenso lassen sich die periodischen Reinigungen des überwiegenden Seils des Kreislaufes für die Injektion der flüssigen Brennstoffe vermindern. Das innerhalb des Brennstoffes vorhandene Hilfsfluidum reinigt den Kreislauf vollständiger als eine periodische Spülung, was zu einer we-niger häufigeren Verstopfung der Injektionsleitungen führt und deren Lebensdauer verlängert«

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Die Erfindung soll im folgenden anhand eines Beispieles erläutert werden, ohne auf dieses beshränkt zu sein: Der Injektionskreislauf für den flüssigen Brennstoff eines Hochofens von 7,2 m Durchmesser am Herd, einem Nutzvolumen von 1130 rar und einer Tagesproduktion von 800 Tonnen Roheisen wurde so modifiziert, daß man im Bereich der Brennstoff verteilung 14 Wasser-dampfinjek tionsleitungen in 14- Leitungen für den flüssigen Brennstoff einschweißte. Die Injektionspunkte für den Dampf in den flüssigen Brennstoff lagen in einem unterschiedlichen Abstand von 5 m bis 4-0 m von den jeweiligen Du sen des Hochofens, aber direkt, d.h. weniger als 20 cm hinter den Steuerblechen für den flüssigen Brennstoff. Zusätze gleicher Dimensionen sind in den 14 Wasserdampfleitungen installiert. Der Druck des flüssigen Brenn stoffes, in diesem Öl unterschiedlicher Herkunft, ohne Zusatz eines Emulgators, betrug 2 bis 6 kg/cm am In jektionspunkt, der des injizierten Wasserdampfes 10 bis 14- kg/cm . Die Menge des in den Hochofen injizierten flüssigen Brennstoffes konnte ohne Betriebsstörung beträchtlich erhöht werden. Ausgehend von einer Menge von 80 kg konnte man mindestens 14-0 kg öl pro Tonne Roheisen injizieren. Dabei verringert sich natürlich entsprechend der Koksverbrauch. Die Menge des Wassers innerhalb der injizierten Mischung lag zwischen 2 und 4- %.

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Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE

   Verfahren zur Bildung einer Mischung einer brennbaren Flüssigkeit mit einem Hilfsfluidum, die bestimmt ist, in einen metallurgischen Ofen injiziert zu werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hilfsfluidum vor oder unmittelbar in eine Turbulenzζone der Zuleitung für die brennbare Flüssigkeit eingeführt wird, wobei die Turbulenzzone ein Bestandteil der Zuleitung bildet.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß das zugeführte Hilfsfluidum ausschliesslich aus Dampf und/oder Gas besteht.

   Verfahren nach Anspruch 2., dadurch gekenn zeichnet, daß das Hilfsfluidum, das dem flüssigen Brennstoff zugeführt wird, in dem Bereich vor dem Einspritzungspunkt in den Brennstoff einen Druck besitzt, der mindestens doppelt so groß ist, wie der des flüssigen Brennstoffes.

   Verfahren nach Anspruch 3·» dadurch gekenn zeichnet, daß das Zusetzen des Hilfsfluidums unter gleichen geometrischen Voraussetzungen in alle Brennstoff-führenden Leitungen injiziert wird, wobei jeweils das gleiche Ver teilungsverhaltnis des Hilfsfluidums injiziert wird.

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   Verfahren nach den Ansprüchen 1. bis 4., dadurch gekennzeichnet, daß der Injektionspunkt für die Hilfsflüssigkeit so ausgewählt wird, daß die Viskosität der Mischung des Brennstoffes in den Leitungen an den Injek tionspunkten des Ofens vermindert wird.

   Verfahren nach den Ansprüchen 1. bis 5·> dadurch gekennzeichnet, daß das zugesetzte Hilfsfluidum aus Wasserdampf besteht.

   7. Verfahren nach den Ansprüchen 1. bis 5·» dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsfluidum aus Heisswasser besteht.

   Ö. Verfahren nach den Ansprüchen 1. bis 5·» dadurch gekennzeichnet, daß das zugesetzte KLuidum aus Kohlenwasserstoffdampf besteht.

   9. Verfahren nach den Ansprüchen 1. bis 5·* dadurch gekennzeichnet, daß das zugesetzte Ifluidum aus mindestens einem Brennstoff und/oder einem Zündstoff besteht.

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   10. Verfahren nach den Ansprüchen 1. bis 5·, dadurch gekennzeichnet, daß das zugesetzte Fluidum eine Flüssigkeit ist.

   11. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 3» 4-, und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zugesetzte Fluidum eine Mischung aus Gas und/oder Dampf und/oder Flüssigkeiten besteht.

   12. Verfahren nach den Ansprüchen 1. bis 11», dadurch gekennzeichnet, daß das zugesetzte Fluidum Feststoffe in Emulsion enthält.

   13- Verfahren nach den Ansprüchen 1. bis 12., dadurch gekennzeichnet", daß das zugesetzte Fluidum Hochofengas enthält.

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