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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entsorgen von Gasen aus eisen- metallurgischen Prozessen, wobei Gase mit niedrigem Druck und Gase mit hohem Druck anfallen und die Gase verbrannt werden.
Eine Vorrichtung zum thermischen Entsorgen von brennbaren gasförmigen Abfallstoffen aus der Erdölindustrie ist aus der US 4,892,477 A bekannt. Bei dieser Vorrichtung, einer Fackel, wird aus Sicherheitsgründen ein möglicher Überdruck in einem darunter angeordneten Flüssigkeits- system abgefangen. Hochdruck- und Niederdruckgas werden der Fackel getrennt zugeführt, wobei die Vermischung der Gase knapp unterhalb der Fackelöffnung bewerkstelligt wird. Die Zuführung der Abgase ist so ausgebildet, dass mitgeführte flüssige Anteile ausgeschieden werden und sich in dem darunterliegenden Flüssigkeitssystem sammeln.
In der US 3,824,073 A wird ein Abgasbrenner zum thermischen Entsorgen von gasförmigen Abfallstoffen aus der Erdölindustrie beschrieben, der sowohl eine Hoch- wie eine Niederdruck- gaszuleitung zur Brenngasversorgung aufweist. Die Brenngasleitungen enden in schlitzförmigen Düsen des Brennerkopfes. Die bei diesem System zur russfreien Verbrennung benötigte Brennerluft wird am Boden des zylindrischen Schaftes eingebracht.
Auch in der US 3,822,984 A wird ein Abgasbrenner zum thermischen Entsorgen von gas- förmigen Abfallstoffen aus der Erdölindustrie beschrieben, der sowohl eine Hoch- wie auch eine Niederdruckgaszuleitung zur Brenngasversorgung aufweist, die ebenfalls in einem mit schlitz- förmigen Düsen ausgeführten Brennerkopf enden. Der Brennerkopf enthält auch, jeweils einem Schlitz zugeordnet, einen Zündbrenner. Die Fackel entsorgt jedoch die Gase separat über die besagten Düsen unabhängig voneinander.
Die GB 2 216 250 A offenbart einen Brennerkopf, mit dem es möglich ist, einen im Druck schwankenden Gasstrom so zu verbrennen, dass bei schwankendem Druck ein Austausch des Brennerkopfes nicht mehr erforderlich ist und auch ein Rückschlagen der Flammenfront nicht mehr passieren kann Gase mit niedrigem Druck können aber nicht zusammen mit Gasen mit hohem Druck mit diesem Brennerkopf entsorgt werden.
Die DE 746 810 C beschreibt einen Fackelbrenner, der auch wie alle davor angeführten Brenner eine Hoch- wie Niederdruckgaszuleitung zur Brenngasversorgung aufweist und bei dem die Düsen so angeordnet sind, dass bei Überschuss an Niederdruckgas ein Russen der Flamme verhindert oder zumindest minimiert werden soll. Der Brenner weist jedoch eine Zuführung für Wasser bzw. Wasserdampf auf, um dieser Forderung nachkommen zu können.
Nachteilig bei den oben aufgezeigten Vorrichtungen ist, dass bis auf bei der in der US 4,892,477 A beschriebenen Vorrichtung, sowohl eine eigene Niederdruckgaszuleitung als auch eine eigene Hochdruckleitung im Fackelkamin angeordnet sind, wobei die unter verschieden hohen Drücken stehenden Abgase am Kopf der Fackel getrennt verbrannt werden. Ein solcher Fackel- kamin ist sowohl durch einen besonders hohen apparativen als auch regelungstechnischen Aufwand gekennzeichnet.
In einem Einschmelzvergaser, beispielsweise einer COREX-Anlage, wird in einer Einschmelz- vergasungszone aus Eisenschwamm flüssiges Roheisen unter Zufuhr fester, stückiger Kohlenstoff- träger und sauerstoffhältigem Gas erschmolzen. Dabei wird ein CO- und H2-hältiges Reduktions- gas erzeugt, das aus dem Einschmelzvergaser abgezogen wird.
In der Reduktionszone eines Direktreduktionsofens wird Eisenerz, üblicherweise in Stückform und/oder in Form von Agglomeraten, mit einem beispielsweise aus einem Einschmelzvergaser abgezogenen Reduktionsgas zu Eisenschwamm umgesetzt. Das teilweise umgesetzte Reduk- tionsgas wird als Topgas aus dem Direktreduktionsofen abgezogen.
Das aus dem Einschmelzvergaser abgezogene Reduktionsgas steht dabei unter höherem Druck (mehrere bar), als das aus dem Direktreduktionsofen abgezogene Topgas (atmosphärischer Druck bis geringer Überdruck). Sowohl für den Einschmelzvergaser, als auch den Direktreduktions- ofen ist es unter bestimmten Prozesssituationen erforderlich, grosse Mengen dieser Gase, gegebe- nenfalls gleichzeitig, über eine Fackel zu entsorgen. Da normalerweise die Abgase mit hohem Druck und die Abgase mit niedrigem Druck nur kurzzeitig gleichzeitig anfallen, ist der Aufwand für einen aus dem Stand der Technik bekannten Fackelkamin unverhältnismässig hoch.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, welche die oben angeführten Nachteile vermeiden. Insbesondere sollen sowohl Hochdruck- als auch Nieder- druckgas gemeinsam entsorgt, insbesondere verbrannt werden können, ohne dass dafür ein
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aufwendiger Fackelkamin mit gesonderten Brennern für unter hohem und niedrigem Druck stehendem Abgas samt gesonderten Hoch- und Niederdruckgaszuleitungen erforderlich ist.
Weiters sollen sowohl Hoch- als auch Niederdruckgas in nahezu beliebigem Verhältnis zueinander verbrannt werden können.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemässe Verfahren gelöst, welches dadurch gekenn- zeichnet ist, dass Hochdruckgas und Niederdruckgas mittels gesonderter Zuleitungen einem Fackelkamin zugeführt werden, wobei das Hochdruckgas dem Fackelkamin auf eine Weise zuge- führt wird, dass daraus eine Sogwirkung auf das dem Fackelkamin zugeführte Niederdruckgas resultiert, und dass die beiden Gasströme nach dem Durchströmen einer Einschnürung des Fackelkamins gemeinsam einem Brenner zugeführt werden.
Das Hochdruckgas wird dem Fackelkamin vorzugsweise im Bereich der Einschnürung, und zwar mit zumindest einer - in Bezug auf den Fackelkamin - axialen Komponente zugeführt. Durch die dabei entstehende Sogwirkung wird das Niederdruckgas, welches - bezogen auf die Strömungsrichtung des dem Fackelkamin zugeführten Hochdruckgases - hinter dem Hochdruck- gas dem Fackelkamin zugeführt wird, gleichsam "mitgerissen".
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren ist es erstmals möglich, eine Verbrennung von Abgasen unterschiedlichen Drucks mit nur einer Fackel unter Verwendung lediglich eines einzigen Brenners durchzuführen. Insbesondere ist es dem Niederdruckgas möglich, durch die beschrie- bene Sogwirkung die Druckdifferenz zum Hochdruckgas zu überwinden und dadurch gemeinsam mit dem Hochdruckgas demselben Fackelkamin zur Verbrennung zugeführt zu werden.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens der freie Querschnitt des Fackelkamins im Bereich dessen Einschnürung geregelt. Auf diese Weise wird auch die Druckdifferenz zwischen Hochdruckgas und Niederdruckgas und damit die entstehende Sogwirkung geregelt. Dadurch kann eine Einflussnahme dieser Sogwirkung auf das System, durch welches das Niederdruckgas bereitgestellt wird, beispielsweise einen Direktreduktionsofen, verhindert werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird die Geschwin- digkeit, mit der das Hochdruckgas die Hochdruckgaszuleitung verlässt, geregelt. Auch dadurch wird die Druckdifferenz zwischen Hochdruckgas und Niederdruckgas gesteuert.
Gemäss einem weiteren Merkmal des erfindungsgemässen Verfahrens werden die Massen- ströme in den Zuleitungen sowohl des Hochdruckgases als auch des Niederdruckgases geregelt Während das Hochdruckgas stets nur kurzzeitig, beispielsweise während weniger Minuten anfällt, ist das Niederdruckgas zwar gleichmässiger, aber auch zeitlich nicht völlig konstant verfügbar. Die Regelung der Massenströme in beiden Abgaszuleitungen gestattet einen störungsfreien Betrieb der Fackel.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zum Entsorgen von Gasen aus eisen- metallurgischen Prozessen, bei welchen Gase mit niedrigem Druck und Gase mit hohem Druck anfallen, wobei die Vorrichtung einen Fackelkamin, dem die Gase zugeführt werden, sowie einen an der Spitze des Fackelkamins angeordneten Brenner aufweist.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass in den Fackelkamin eine Niederdruckgaszuleitung mündet, dass - in Strömungsrichtung des dem Fackelkamin zugeführten Niederdruckgases - nach dieser Niederdruckgaszuleitung eine Hochdruckgaszuleitung mit zumin- dest einer Komponente in Strömungsrichtung des Niederdruckgases in den Fackelkamin mündet, und dass der Fackelkamin im Bereich oberhalb der Mündung der Hochdruckgaszuleitung eine Einschnürung aufweist, an die sich in Richtung des Brenners ein Abschnitt mit wiederum erweiter- tem Querschnitt anschliesst, wobei gemäss einer bevorzugten Ausgestaltungsform der erfindungs- gemässen Vorrichtung die Hochdruckgaszuleitung im Fackelkamin etwa rechtwinklig nach oben abgewinkelt ist.
Mit dieser erfindungsgemässen Vorrichtung ist es möglich, für die gemeinsame thermische Entsorgung von Hoch- und Niederdruckgas nur eine einzige Fackel und nur einen einzigen Brenner vorzusehen.
Gemäss einer Ausgestaltung der erfindungsgemässen Vorrichtung sind Mittel zur Regelung des freien Querschnitts des Fackelkamins vorgesehen. Bevorzugterweise weist dazu die Mündung der
Hochdruckgaszuleitung einen sich in Richtung der Einschnürung des Fackelkamins verjüngenden Aufsatz auf, welcher innerhalb eines sich gleichsinnig mit dem Aufsatz verjüngend ausgeführten Teils der Einschnürung axial verfahrbar, beispielsweise mittels eines hydraulischen Gestänges,
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angeordnet ist.
Indem der Aufsatz innerhalb des sich verjüngenden Teils der Einschnürung verfahrbar ist, wird dadurch der freie Querschnitt des Fackelkamins in diesem Bereich verändert und damit die Sogwirkung auf das Niederdruckgas gesteuert.
Nach einer weiteren Ausgestaltungsform enthält die Mündung der Hochdruckgaszuleitung in den Fackelkamin Mittel, beispielsweise eine Düse mit veränderlichem freiem Querschnitt, zur Regelung der Austrittsgeschwindigkeit des Hochdruckgases aus der Hochdruckgaszuleitung.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind sowohl in der Hochdruckgaszuleitung als auch in der Niederdruckgaszuleitung Mittel zur Regelung des Massenstroms angeordnet, wobei zur Erfassung des Druckes in der Hochdruckgaszuleitung und der Niederdruckgaszuleitung Sensoren angeordnet sind. Dadurch ist es möglich, die Entsorgung beider Gase den Schwan- kungen der eisenmetallurgischen Prozesse anzupassen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zur Regelung der Massenströme ein Regelsystem, vorzugsweise ein Prozessleitsystem, vorgesehen.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung wird in der Folge in der Zeichnung Fig. 1 anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Fig. 1 : einen Fackelkamin mit Brenner und Gaszuleitungen.
Fig. 2: Fackelkamin mit veränderlichem freien Querschnitt im Bereich der Einschnürung.
Dem in Fig. 1 gezeigten Fackelkamin 1 wird über eine Niederdruckgaszuleitung 2 Niederdruck- gas zugeführt. Über eine Hochdruckgaszuleitung 3, welche innerhalb des Fackelkamins 1 etwa rechtwinklig nach oben abgewinkelt ist, wird Hochdruckgas dem Fackelkamin 1 zugeführt. Die Mündung 4 der Hochdruckgaszuleitung 3 befindet sich im Bereich einer Einschnürung 5 des Fackelkamins und ist beispielsweise als Düse mit veränderlichem freien Querschnitt ausgeführt. An den Bereich der Einschnürung 5 des Fackelkamins schliesst sich in Richtung eines Brenners 6 ein Abschnitt 7 mit wiederum vergrössertem Querschnitt an. Sowohl in der Niederdruckgaszuleitung 2 als auch in der Hochdruckgaszuleitung 3 sind sowohl Mittel 8 zur Regelung der Massenströme des jeweiligen Gases, als auch Sensoren 9 zur Erfassung der in den Gaszuleitungen 2,3 herrschenden Drücke angeordnet.
Mittels eines Prozessleitsystems (nicht dargestellt) werden aufgrund der erfassten Drücke die Mengenströme in den Gaszuleitungen 2,3 gesteuert.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Fackelkamin 1 weist die Mündung 4 der Hochdruckgas- zuieitung 3 einen Aufsatz 10 auf, der in Richtung der Einschnürung 5 verjüngend ausgeführt ist und welcher mittels eines hydraulischen Gestänges (nicht dargestellt) in Pfeilrichtung verfahrbar ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Entsorgen von Gasen aus eisenmetallurgischen Prozessen, wobei Gase mit niedrigem Druck und Gase mit hohem Druck anfallen und die Gase verbrannt werden, dadurch gekennzeichnet, dass Hochdruckgas und Niederdruckgas mittels gesonderter
Zuleitungen einem Fackelkamin zugeführt werden, wobei das Hochdruckgas dem Fackel- kamin auf eine Weise zugeführt wird, dass daraus eine Sogwirkung auf das dem Fackel- kamin zugeführte Niederdruckgas resultiert, und dass die beiden Gasströme nach dem
Durchströmen einer Einschnürung des Fackelkamins gemeinsam einem Brenner zugeführt werden, wobei - wie an sich bekannt - der freie Querschnitt des Fackelkamins im Bereich dessen Einschnürung - zur Steuerung der durch das Hochdruckgas auf das Niederdruck- gas ausgeübten Sogwirkung - geregelt wird.