DE3126494C2

DE3126494C2 - Verfahren zum Betrieb einer Winderhitzeranlage

Info

Publication number: DE3126494C2
Application number: DE3126494A
Authority: DE
Inventors: Bernd 4300 Essen Voges
Original assignee: Krupp Koppers 4300 Essen De GmbH
Current assignee: Krupp Koppers 4300 Essen De GmbH
Priority date: 1981-07-04
Filing date: 1981-07-04
Publication date: 1986-10-09
Also published as: DE3126494A1; US4452586A; FR2508929B1; JPS586915A; PT75034A; FR2508929A1; JPH0380843B2; PT75034B

Abstract

Bei diesem Verfahren wird die im aus dem Winderhitzer austretende Rauchgas enthaltene fühlbare Wärme im indirekten Wärmeaustausch auf die Brennluft und/oder das Brenngas übertragen und zur Aufheizung desselben genutzt. Dabei ist vorgesehen, daß das hierzu verwendete Wärmeübertragungsmittel eine zusätzliche Aufheizung bis auf eine Temperatur erfährt, die eine derartige Vorwärmung von Brennluft und/oder Brenngas ermöglicht, daß im Brenngas eine völlige Substitution der heizwertreichen Brennstoffe durch heizwertarme Gase erfolgen kann. Die zusätzliche Aufheizung des Wärmeübertragungsmittels wird dabei vorzugsweise in einem Röhrenofen vorgenommen, der durch die Verbrennung eines Teilstromes der Brennluft und des Brenngases beheizt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Winderhitzeranlage, bei dem die im aus dem Winderhitzer austretenden Rauchgas enthaltene fühlbare Wärme über ein mit einem flüssigen Wärmeübertragungsmittel beschicktes Wärmeaustauschersystem im indirekten Wärmeaustausch auf auf die Brennluft und/ oder das Brenngas übertragen und zur Aufheizung derselben genutzt wird.

Die zu einer Hochofenanlage gehörenden Winderhitzer werden im Wechsel von dem aufzuheizenden Hochofenwind und den in den Brennschächten der Winderhitzer erzeugten Rauchgasen hoher Temperatur durchströmt. Die Rauchgase werden dabei durch Verbrennung von gasförmigen und/oder flüssigen Brennstoffen erzeugt. Für einen wirtschaftlichen Hochofenbetrieb ist normalerweise eine Windtemperatur von ca. 1 250⁰C erforderlich. Deshalb muß die Temperatur des zur Aufheizung des Winderhitzers verwendeten Rauchgases entsprechend höher liegen und beim Eintritt in den Besatz des Winderhitzers ca. 1 450° C betragen. Derartig hohe Rauchgastemperaturen können beispielsweise durch Verbrennung eines Gasgemisches aus Gichtgas und Koksofengas oder Erdgas oder aber durch Verbrennung von vorgewärmtem Gichtgas mit vorgewärmter Verbrennungsluft erreicht werden. Es ist aber auch eine Kombination beider Methoden möglich, das heißt, geringe Vorwärmung der Verbrennungsmedien und gleichzeitige Zumischung von Koksofengas oder Erdgas.

Da der im Wechsel mit Rauchgas durch die Winderhitzer geführte Hochofenwind aus betriebstechnischen Gründen auf Drücke von ca. 4—5 bar absolut verdichtet wird, hat er beim Eintritt in die Winderhitzer bereits eine relativ hohe Temperatur, beispielsweise 150° C. Das bedingt natürlich, daß die Endtemperatur des Rauchgases beim Verlassen des Winderhitzers auch noch relativ hoch ist So beträgt die Endtemperatur des Rauchgases beim Austritt aus dem Winderhitzer ca. 200° C am Beginn der Beheizungsphase und ca. 300° C am Ende derselben. In den Zeiten niedriger Energiepreise wurde das Rauchgas mit diesen Temperaturen durch den Kamin abgeleitet, da die Kapitalkosten einer Energierückgewinnung höher waren als die dadurch eingesparten Energiekosten.

Durch die stark gestiegenen Energiepreise hat sich dieses Bild in den letzten Jahren jedoch grundsätzlich geändert. In immer stärkerem Maße werden deshalb sowohl Neuanlagen als auch bereits bestehende Altanlagen mit Wärmerückgewinnungseinrichtungen ausgerüstet

Bei Neuanlagen wird dieses Problem normalerweise dadurch gelöst, daß die den Winderhitzer verlassenden Rauchgase unmittelbar durch einen Brennluft- und Brenngaswärmeaustauscher geleitet werden, in denen sie ihre fühlbare Wärme im indirekten Wärmeaustausch auf die Brennluft und das Brenngas übertragen, die zum Brennschacht des Winderhitzers strömen. Dabei ist es ebenfalls bekannt, die Rauchgase vor dem Eintritt in die genannten Wärmeaustauscher in einer vorgeschalteten Brennkammer durch Verbrennung heizwertarmer Gase auf höhere Temperaturen zu bringen, um damit die Vorwärmtemperaturen der Brennluft und des Brenngases weiter zu steigern. Dieses System hat jedoch den Nachteil, daß sowohl Brennluft und Brenngas als auch das Rauchgas durch dieselben Wärmeaustauscher geleitet werden müssen. Wegen der großen Durchmesser, die die Gasleitungen in diesem Falle haben müssen, erfordert dieses System die Aufstellung der Wärmeaustauscher in unmittelbarer Nähe der Winderhitzer sowie eine auf dieses System genau abgestimmte Rohrleitungsführung. Deshalb eignet es sich vorzugsweise nur für Neuanlagen. Bei der Umrüstung von bereits vorhandenen Altanlagen erfordert es dagegen meistens umfangreiche und kostspielige Umbauten an den Rohrleitungen, und außerdem machen die örtlichen Platzverhältnisse eine derartige Umrüstung oft auch unmöglich. Speziell für die Umrüstung von Altanlagen ist deshalb ein Wärmeaustauschersystem entwickelt worden, bei dem der Rauchgaswärmeaustauscher und der Brennluft- sowie der Brenngaswärmeaustauscher von einander getrennt und durch ein geeignetes, flüssiges Wärmeübertragungsmittel, das im Kreislauf geführt wird, miteinander verbunden sind. Dabei wird die fühlbare Wärme des aus dem Winderhitzer austretenden Rauchgases zunächst an das flüssige Wärmeübertragungsmittel, z. B. Alkyl-Diphenyl, übertragen, welches sie wiederum im

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; Brennluft- und Brenngaswärmeaustauscher an die Schemas erläutert werden. Dieses Fließ-Schema zeigt \ Brennluft und das Brenngas abgibt Ein derartiges Sy- dabei selbstverständlich nur die für die Verfahrenserläustem eignet sich vorzüglich zum nachträglichen Einbau terung unbedingt notwendigen Anlagenteile, während in eine bereits bestehende Anlage, weil die Wärmeaus- Nebeneinrichtungen sowie die sonstigen Anlagen des tauscher getrennt von einander in die bestehenden 5 Hüttenwerkskomplexes nicht dargestellt sind.
Rohrleitungen eingebaut bzw. im Bypass diesen züge- Die in der Abbildung dargestellte Winderhitzeranlaordnet werden können und umfangreiche Rohrleitungs- ge besteht aus drei Winderhitzern 1 mit den dazugehöriumbauten dabei im allgemeinen vermieden werden kön- gen Brennschächten 2. Hierbei kann es sich um normale nen. Winderhitzerkonstruktionen handeln, wie sie in der Die in dem aus dem Winderhitzer austretenden 10 Technik allgemein gebräuchlich sind. Durch die Leitung Rauchgas eiuhaltene Wärmemenge sowie die Rauch- 10 werden der Anlage ca. 67 000 NmVh Brennluft und gastemperatur erlauben naturgemäß nur die Vorwär- durch die Leitung 11100 000 NmVh Gichtgas als Brenn-L mung der Verbrennungsmedien bis zu einer bestimmten gas zugeführt In der Leitung 10 ist dabei der Brennluftj.jj Temperatur, beispielsweise bis zu 150⁰C. Wenn jedoch, wärmeaustauscher 5 und in der Leitung 11 der Brenn- ·■? was immer mehr angestrebt wird, als Brenngas Gichtgas 15 gaswärmeaustauscher 4 angeordnet In diesen Wärmeverwendet wird, dann reichen diese Vorwärmtempera- austaaschern werden die Brennluft und das Brenngas türen nicht aus, um im Brennschacht die gewünschte jeweils bis auf ca. 250°C vorgewärmt Mit dieser Temhohe Verbrennungstemperatur von z. B. 1 450⁰C zu er- peratur gelangen die Verbrennungsmedien über die Abreichen. Bei Anwendung des vorstehend beschriebenen Zweigleitungen 12 bis 17 in die Brennschächte 2 der Systems muß daher in der Regel dem Gichtgas noch ein 20 Winderhitzer 1, in denen ihre Verbrennung erfolgt Die heizwertreicherer Brennstoff, wie z. B. Koksofen- oder mit einer Temperatur von ca. 200 bis 300⁰C aus den Erdgas bzw. Heizöl, zugemischt werden, um die ge- Winderhitzern 1 austretenden Rauchgase werden über wünschten hohen Verbrennungstemperaturen erzielen die Leitungen 18 bis 23 abgezogen, die in die zum Kamin zu können. Dies ist jedoch unerwünscht, da Gichtgas als 3 führende Rauchgassammelleitung 24 münden. Im Ver-Kuppelprodukt der Roheisenerzeugung meist reichlich 25 lauf der Rauchgassammelleitung 24 ist der Rauchgas- und preiswert zur Verfügung steht, während der zuzu- wärmeaustauscher 6 angeordnet, in dem die gesammelmischende heizwertreichere Brennstoff als Fremdener- ten Rauchgase, insgesamt ca. 160000 NmVh, eine Abgie teuer hinzugekauft werden muß oder einer anderen kühlung bis auf ca. 150° C erfahren. Bei den in der Abbilnutzbringenden Einsatzmöglichkeit innerhalb oder au- di<ng dargestellten Wärmeaustauschern handelt es sich ßerhalb des Hüttenwerkskomplexes entzogen wird. 30 um sogen. Röhrenwärmeaustauscher, in deren Rohrsy-Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, stern ein flüssiges Wärmeübertragungsmittel, wie z. B. .': ein möglichst einfaches Verfahren zum Betrieb einer Alkyl-Diphenyl, fließt Die im Rauchgaswärmeaustau-Winderhitzeranlage zu entwickeln, das im Brenngas die scher 6 zurückgewonnene Wärme wird dabei durch das ,;■'? völlige Substitution der heizwertreichen Brennstoffe Wärmeübertragungsmittel über die Leitung 25 auf das durch heizwertarme Gase, wie z. B. Gichtgas, erlaubt, 35 Rohrsystem des Brenngaswärmeaustauschers 4 und des und weiterhin dieses Verfahren so zu gestalten, daß Brennluftwärmeaustauschers 5 übertragen. Hier erfährt trotz der großen Unterschiede der Rauchgastemperatu- das Wärmeübertragungsmittel unter gleichzeitiger Vorren beim Beginn und am Ende der Beheizungsphase wärmung der Verbrennungsmedien eine entsprechende eine möglichst gleichmäßige Vorwärmtemperatur von Abkühlung. Über die Leitung 26 wird das abgekühlte Brenngas und/oder Brennluft erreicht wird. Außerdem 40 Wärmeübertragungsmittel abgezogen und durch die soll das erfindungsgemäße Verfahren möglichst ohne Umwälzpumpe 7 in das Rohrsystem des Rauchgaswärgroße Umbauten und Betriebsunterbrechungen in be- meaustauschers 6 zurückgefördert, in dem es eine erreits bestehende Winderhitzeranlagen integrierbar sein. neute Aufheizung erfährt Damit ist der Kreislauf des

Das der Lösung dieser Aufgabe dienende Verfahren Wärmeübertragungsmittels geschlossen.
der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß da- 45 Beim erfindungsgemäßen Verfahren erfolgen die durch gekennzeichnet, daß das zur Wärmeübertragung Aufheizung des Wärmeübertragungsmittels und damit zwischen dem Rauchgaswärmeaustauscher und dem die Vorwärmung der Verbrennungsmedien jedoch nicht Brennluft- und/oder Brenngaswärmeaustauscher be- unkontrolliert und nicht nur bis zu der Höhe, die der nutzte Wärmeübertragungsmittel in einem weiteren, Wärmeinhalt und die Temperatur der Rauchgase im mit heizwertarmen Gasen, wie z. B. Gichtgas, beheizten 50 Rauchgaswärmeaustauscher 6 erlauben. Das erfin-Wärmeaustauscher eine zusätzliche Aufheizung erfährt, dungsgemäße Verfahren sieht vielmehr vor, daß das wobei das Wärmeübertragungsmittel bis auf eine Tem- Wärmeübertragungsmittel in der Leitung 25 durch dieperatur erhitzt wird, die eine derartige Vorwärmung der Zwischenschaltung eines weiteren Wärmeaustauschers, Verbrennungsmedien (Brennluft und/oder -gas) ermög- der in diesem Fall als Röhrenofen 8 ausgebildet ist, eine licht, daß im Brenngas eine völlige Substitution der heiz- 55 zusätzliche Aufheizung bis auf ca. 300°C erfährt Das wertreichen Brennstoffe durch heizwertarme Gase er- Wärmeübertragungsmittel wird dabei durch das Rohrfolgen kann. system des Röhrenofens 8 geleitet, der durch Verbren-Das heißt, das erfindungsgemäße Verfahren gestattet nen eines Teilstromes der Brennluft und des Brenngases es, die Beheizung der Winderhitzeranlage ausschließlich beheizt wird. Für die Zufuhr der hierfür erforderlichen mit heizwertarmem Gas durchzuführen. Hierfür kommt, 60 Brennluft sowie des erforderlichen Brenngases sind die wie bereits festgestellt wurde, insbesondere das Gicht- L^itun^en 27 und 28 vorgesehen, dis im vorHs^ender! gas in Frage. Es ist aber natürlich auch der Einsatz eines Falle hinter dem Brennluftwärmeaustauscher 5 bzw. anderen heizwertarmen Gases möglich, sofern dessen hinter dem Brenngaswärmeaustauscher 4 von den Lei-Heizwert nicht unter ca. 2 500 kJ/Nm³ liegt. tunger 10 bzw. 11 abzweigen. Das heißt, es werden im ;»! Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfah- 65 vorliegenden Falle vorgewärmte Brennluft und vorgell rens ergeben sich aus den vorliegenden Unteransprü- wärmtes Brenngas verwendet. Es ist aber ebenfalls ij chen und sollen nachfolgend ?n einem Verfahrensbei- möglich, den Röhrenofen 8 mit kalten Verbrennungs-Π spiel mit Hilfe des in der Abbildung dargestellten Fließ- medien zu beheizen, deren Abzue aus den Leitungen 10

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bzw. 11 dann vor den genannten Wärmeaustauschern erfolgt Die bei der Beheizung des Röhrenofens 8 anfallenden Rauchgase werden über die Leitung 29 zum Ka- l min 3 abgezogen bzw. durch einen separaten Kamin ins Freie geleitet. 5 \

Um Taupunktunterschreitungen und damit Korrosionen im Rauchgaswärmetauscher 6 zu vermeiden, ist

zwischen der Leitung 26 und der Leitung 25 die Bypass- pl

Leitung 30 vorgesehen, so daß das Wärmeübertra- ;|

gungsmittel im Rauchgaswärmeaustauscher 6 im Kreis- io jf

lauf geführt werden kann. Hierbei wird das Wärmeüber- $

tragungsmittel erst dann durch die Leitung 25 abgezo- ί

gen, wenn es eine Temperatur von wenigstens 100° C :·*'

erreicht hat. Die entsprechende Einstellung kann durch ',)

den Dreiwegehahn 31 vorgenommen werden. 15 ^:;i

in die Leitung 25 kann außerdem der Tank 9 zwi- %'

schengeschaltet werden, in den bei entsprechender Stel- ίi

lung der Tank 32 bis 34 über die Leitung 35 flüssiges ΐ

Wärmeübertragungsmittel eingeleitet und über die Lei- f

tung 36 wieder abgezogen werden kann. Mit Hilfe des 20 '

im Tank gegebenenfalls gelagerten Wärmeübertragungsmittels ist eine gewisse Wärmespeicherung möglich. Dadurch kann das hohe Wärmeangebot des Rauchgases, das am Ende der Beheizungsphase des Winderhitzers auftritt, gespeichert und auf den Beginn der Beheizungsphase übertragen werden, wenn das Wärmeangebot des Rauchgases besonders gering ist Diese Vergleichmäßigung der Wärmeübertragung führt nicht nur zu einer Vergleichmäßigung der Vorwärmung der Verbrennungsmedien, sondern wirkt sich auch günstig auf

den Betrieb des Röhrenofens 8 aus. Da in diesem Falle ;

das Wärmeübertragungsmittel mit verhältnismäßig konstanter Temperatur in den Röhrenofen tf eingeleitet werden kann, ist eine sonst unter Umständen notwendige Überdimensionierung desselben nicht erforderlich. 35 ^! Selbstverständlich ist der Tank 9 an seiner Außenseite

mit einer Wärmeisolierung versehen. Die Ventile 37 bis λ

48 dienen der Umschaltung der Winderhitzer von der Beheizungsphase auf die Windvorwärm-Phase und umgekehrt

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Temperatur des Wärmeübertragungsmittels und damit die ^! Vorwärmtemperatur der Verbrennungsmedien so angehoben werden können, daß auf den Einsatz von heizwertreichen Gasen oder von Heizöl zur Beheizung der Winderhitzer 1 verzichtet werden kann. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind an den bereits vorhandenen Gas-, Luft- und Rauchgasleitungen keine nennenswerten Veränderungen erforderlich. Der Röhrenofen 8 kann ohne jedwede Umbauten und ohne Betriebsunterbrechungen der bereits bestehenden Anlage hinzugefügt werden. Die Aufstellung des Röhrenofens 8 kann dabei gegebenenfalls auch weit außerhalb der eigentlichen Winderhitzeranlage erfolgen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Betrieb einer Winderhitzeranlage, bei dem die im aus dem Winderhitzer austretenden Rauchgas enthaltene fühlbare Wärme über ein mit einem flüssigen Wärmeübertragungsmittel beschicktes Wärmeaustauschersystem im indirekten Wärmeaustausch auf die Brennluft und/oder das Brenngas übertragen und zur Aufheizung derselben genutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Wärmeübertragung zwischen dem Rauchgaswärmeaustauscher und dem Brennluft- und/oder Brenngaswärmeaustauscher benutzte Wärmeübertragungsmittel in einem weiteren, mit heizwertarmen Gasen, wie z. B. Gichtgas, beheizten Wärmeaustauscher eine zusätzliche Aufheizung erfährt, wobei das Wärmeübertragungsmittel bis auf eine Temperatur erhitzt wird, die eine derartige Vorwärmung der Verbrennungsmedien (Brennluft und/ oder -gas) ermöglicht, daß im Brenngas eine völlige Substitution der heizwertreichen Brennstoffe durch heizwertarme Gase erfolgen kann.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeübertragungsmittel bis auf eine Temperatur von 220 bis 300° C erhitzt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der für die zusätzliche Aufheizung des Wärmeübertragungsmittels verwendete Wärmeaustauscher ein Röhrenofen ist, der durch Verbrennung eines aus der Brenngas- und Brennluftleitung abgezweigten Teilstromes von Brenngas und Brennluft beheizt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeübertragungsmittel im Rauchgaswärmeaustauscher derart im Kreislauf geführt wird, daß der Taupunkt der Rauchgase nicht unterschritten und wobei das Wärmeübertragungsmittel nur mit einer Temperatur von wenigstens 100 bis 150° C zu den übrigen Wärmeaustauschern geleitet wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kreislauf des Wärmeübertragungsmittels ein als Wärmespeicher dienender Behälter (Tank) für das Wärmeübertragungsmittel eingeschaltet wird.