DE3742156C1 - Verfahren zum Betrieb eines Einschmelzvergasers und Einschmelzvergaser zu dessen Durchfuehrung - Google Patents
Verfahren zum Betrieb eines Einschmelzvergasers und Einschmelzvergaser zu dessen DurchfuehrungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Einschmelz
vergaser zu dessen Durchführung.
Aus der DE-PS 30 34 539 ist ein Verfahren zur
direkten Erzeugung von flüssigem Roheisen aus
stückigem Eisenerz bekannt, bei dem das Eisen
erz in einem Reduktionsschachtofen mittels eines
heißen Reduktionsgases zu Eisenschwamm reduziert
und dann einem Einschmelzvergaser zugeführt wird.
In diesem werden aus eingebrachter Kohle und
eingeblasenem sauerstoffhaltigem Gas die zum
Schmelzen des Eisenschwamms erforderliche Wärme
und das Reduktionsgas erzeugt. Aus der von oben
eingebrachten Kohle und dem im unteren Teil des
Vergasers eingeblasenen sauerstoffhaltigen Gas
wird ein Fließbett gebildet, in dem die ebenfalls
oben zugeführten Eisenschwammpartikel abgebremst
und aufgeschmolzen werden. Zum Einblasen des
sauerstoffhaltigen Gases sind in gleicher Höhe
über den Umfang des Einschmelzvergasers ver
teilte, radiale Sauerstoffdüsen vorgesehen,
die aus einer Ringleitung gespeist werden.
Die Sauerstoffdüsen sind zwangsläufig wasser
gekühlt, um den hohen Temperaturen, die im
Inneren des Einschmelzvergasers insbesondere
vor diesen Düsen herrschen, standhalten zu
können. In diesem Bereich vor den Düsen wird
das Fließbett durch die hohen Temperaturen
in eine teigige bzw. flüssige Masse umgewandelt.
Tritt ein plötzlicher Ausfall der Zuführung des
sauerstoffhaltigen Gases ein, dann wird diese
teigige bzw. flüssige Masse nach außen in die
wassergekühlten Düsen hineingedrückt und
erstarrt in diesen. Wenn dann der Einschmelz
vergaser wieder in Betrieb genommen wird,
kann das sauerstoffhaltige Gas wegen der Ver
stopfung der Düsen nicht mehr oder nur in
begrenzter Menge wieder eingeblasen werden.
Entsprechende Probleme ergeben sich auch bei
einer planmäßigen Außerbetriebsetzung des Ein
schmelzvergasers mit einer langsamen Absenkung
des Betriebsdruckes und Reduzierung der Menge
des sauerhoffhaltigen Gases. Bei Unterschreiten
einer bestimmten Menge ist der Fluß dieses Gases
durch alle Düsen nicht mehr gewährleistet. Die
teigige bzw. flüssige Masse im Innern des
Einschmelzvergasers dringt dann zumindest in
einen Teil der Sauerstoffdüsen ein und erstarrt
wegen der Wasserkühlung in diesen. Bei der
Wiederinbetriebnahme des Einschmelzvergasers
strömt wegen der entstandenen Düsenverstopfungen
das sauerstoffhaltige Gas in kleinen Mengen
unkontrolliert durch die Kanäle zwischen den
kalten Düsenansätzen und der Ausmauerung
des Vergasers. An den heißen Stellen kommt
es zu einer Entzündung und unkontrollierten
Verbrennung, wobei sich die Flamme auch gegen
die Ausmauerung und sogar gegen den Panzer
des Vergasers richten kann, so daß Schäden
an diesen unvermeidbar sind.
Bei einem Ausfall der Kühlwasserzuführung für
die Düsen treten zwangsläufig Schäden an den
Düsen auf. Ein Ausfall der Kühlwasserzuführung
führt auch automatisch zum Ausfall der gesamten
Anlage, so daß ebenfalls die Gefahr besteht,
daß die flüssige bzw. teigige Fließbettmasse
in die Düsen eintritt und diese verstopft.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
im Falle der vorgenannten Störungen oder auch
planmäßigen Veränderungen beim Betrieb eines
Einschmelzvergasers Verstopfungen der Sauerstoff
düsen durch Eindringen und nachfolgendes Er
starren von Fließbettmaterial zu verhindern
und auch für den Fall des Ausfalls der Kühlwasser
zuführung zu den Düsen eine zu deren Beschädigung
führende thermische Belastung zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei dem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im
kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen
Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie bevorzugte
Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Dadurch, daß zum Schutz der Sauerstoffdüsen
bei einem Ausfall oder einer Absenkung der
Sauerstoffzufuhr unter eine vorgegebene
Menge sowie bei einem Ausfall der Wasserkühlung
der Sauerstoffdüsen die etwa noch vorhandene
Sauerstoffzufuhr unterbunden und statt dessen
ein inertes Gas über die Sauerstoffdüsen in
den Einschmelzvergaser eingeleitet wird,
kann sichergestellt werden, daß der freie
Durchgang durch die Düsen auch bei Eintritt
eines Störungsfalls oder bei einer Still
setzung des Einschmelzvergasers aufrechterhalten
wird, so daß bei einer erneuten Inbetrieb
setzung das sauerstoffhaltige Gas kontrolliert
wieder zugeführt werden und die Reaktion
zwischen diesem Gas und dem Kohlenstoffträger
planmäßig ablaufen kann. Beim Ausfall der
Kühlwasserzuführung dient das inerte Gas gleich
zeitig als Kühlmedium für die Notkühlung der
Düsen und es bringt zusammen mit dem in den
Düsen verbliebenen Wasser die teigige Fließ
bettmasse an den Stirnflächen der Düsen zum
Erstarren, wodurch die Düsen zusätzlich vor
einem Eindringen noch nicht erstarrter Fließ
bettmasse geschützt werden.
Die erforderliche Menge inerten Gases ist vom
Betriebsdruck des Einschmelzvergasers zum
Zeitpunkt des die Einleitung des inerten Gases
auslösenden Ereignisses abhängig. Da jedem dieser
Ereignisse ein bestimmter Betriebsdruck zuge
ordnet werden kann, wird zweckmäßig die Menge
des eingeleiteten inerten Gases in Abhängigkeit
von der Art des die Einleitung auslösenden
Ereignisses gesteuert.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in
den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 in schematischer Darstellung
eine Anlage zur Herstellung von
Roheisen gemäß einer ersten
Ausführungsform und
Fig. 2 in schematischer Darstellung
eine Anlage zur Herstellung von
Roheisen gemäß einer zweiten
Ausführungsform.
Die Anlagen nach den Fig. 1 und 2 enthalten jeweils
einen in bekannter Weise ausgebildeten Direkt
reduktionsschachtofen 1, dem von oben Eisenerz
und gegebenenfalls Zuschlagstoffe zugeführt werden.
Weiterhin wird über eine Leitung 2 Reduktions
gas in den unteren Bereich des Schachtofens 1
eingeleitet, das in diesem aufsteigt und das
im Gegenstrom herabsinkende Eisenerz reduziert.
Das verbrauchte Reduktionsgas wird als Gichtgas
aus dem oberen Bereich des Schachtofens 1 abge
führt.
Der durch Reduktion des Eisenerzes entstandene
Eisenschwamm gelangt über Fallrohre 3 in einen
Einschmelzvergaser 4, in den außerdem über eine
Leitung 5 ein fester Kohlenstoffträger, zum Beispiel
Kohle oder Koks, eingebracht und über Düsen 6
ein sauerstoffhaltiges Gas eingeblasen werden.
Die Fallrohre 3 und die Leitung 5 münden in den
oberen Bereich und die Düsen 6 in den unteren
Bereich des Einschmelzvergasers 4.
Das aufsteigende sauerstoffhaltige Gas und die
in entgegengesetzter Richtung absinkenden Teil
chen des Kohlenstoffträgers bilden im Ein
schmelzvergaser 4 ein Fließbett, das die herab
fallenden Eisenschwammteilchen zunächst abbremst
und in dem diese dann durch die bei der
Reaktion des Kohlenstoffträgers mit dem Sauer
stoff entstehende Wärme geschmolzen werden.
Das sich am Boden des Einschmelzvergasers 4
sammelnde flüssige Roheisen und die auf diesem
schwimmende flüssige Schlacke werden über einen
Abstich 7 periodisch abgestochen.
Das bei der Reaktion des Kohlenstoffträgers mit
dem Sauerstoff entstehende Gas wird über eine
Leitung 8 aus dem Einschmelzvergaser 4 herausge
führt und in einem Zyklon 9 gereinigt, bevor
es gegebenenfalls nach Abkühlung auf eine ge
eignete Temperatur durch die Leitung 2 als Reduktions
gas in den Schachtofen 1 gelangt.
Die in gleichmäßigen Abständen über den Umfang
des Einschmelzvergasers 4 in gleicher Höhe ange
ordneten Düsen 6 sind mit einer Ringleitung 10
verbunden, der das sauerstoffhaltige Gas über
eine Leitung 11 zugeführt wird. In dieser Leitung
11 befinden sich eine Regelarmatur 12 und eine
Durchflußmengen-Meßeinrichtung 13. Die zugeführte
Menge des sauerstoffhaltigen Gases wird somit
von der Meßeinrichtung 13 gemessen und mit Hilfe
der Regelarmatur 12 eingestellt.
Durch eine Leitung 14, die in die Leitung 11 mündet,
kann inertes Gas, insbesondere Stickstoff, in die
Leitung 11 eingespeist werden. In die Leitung 14
sind ebenfalls eine Regelarmatur 15 und eine
Durchflußmengen-Meßeinrichtung 16 eingesetzt.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 wird beim
Unterschreiten der von der Meßeinrichtung 13
ermittelten Durchflußmenge unterhalb einen
vorgegebenen Wert die Regelarmatur 12 für das
sauerstoffhaltige Gas automatisch geschlossen
und die Regelarmatur 15 für das inerte Gas
geöffnet, so daß nun dieses anstelle des sauer
stoffhaltigen Gases durch die Düsen 6 in den
Einschmelzvergaser 4 strömt. Durch das Ein
blasen des inerten Gases wird vermieden, daß
die Düsenöffnungen durch eindringende flüssige
und dann erstarrende Fließbettmasse verstopft
werden. Das inerte Gas kann gleichzeitig als
Kühlmedium für die Düsen wirksam sein und diese
vor Schäden durch zu hohe thermische Belastung
schützen, wenn die Kühlwasserzuführung zu diesen
ausfällt.
Die Abnahme der Zuführung des sauerstoffhaltigen
Gases kann verschiedene Gründe haben. Sie kann
schlagartig erfolgen, wenn ein Störungsfall
eintritt, oder auch stetig durchgeführt werden,
wenn die Anlage planmäßig stillgesetzt wird.
Die Zuführung des inerten Gases wird vorzugsweise
zeitabhängig gesteuert, derart, daß zunächst
die für das jeweilige Ereignis maximale Gasmenge
durch die Düsen 6 geleitet wird und dann über
die Regelarmatur 15 eine gesteuerte Drosselung
erfolgt. Die anfängliche Menge des inerten Gases
ist abhängig von der Art des die Zuführung dieses
Gases auslösenden Ereignisses bzw. von dem zum
Zeitpunkt dieses Ereignisses herrschenden
Betriebsdruck im Einschmelzvergaser 4. Es hat
sich als zweckmäßig erwiesen, diese Menge nach
einer allmählichen Absenkung des Betriebs
druckes und der Sauerstoffzufuhr bei der plan
mäßigen Abstellung des Einschmelzvergasers
auf etwa 15%, bei störungsbedingter plötzlicher
Unterbrechung der Sauerstoffzufuhr bei normalem
Betriebsdruck auf etwa 25% und bei Ausfall
der Wasserkühlung, bei der das inerte Gas zu
sätzlich eine Kühlfunktion übernehmen muß,
auf etwa 30% der Normalmenge des sauerstoff
haltigen Gases einzustellen.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 mündet
in die Leitung 14 eine weitere Leitung 17 eben
falls zur Zuführung von inertem Gas, in die eine
Regelarmatur 18 eingesetzt ist. Das inerte Gas
kann somit über zwei parallele Leitungen ge
liefert werden, wobei über die Leitung 14 eine
größere Menge Gases zugeführt wird als über die
Leitung 17. Die Steuerung der Regelarmaturen 15
und 18 erfolgt in der Weise, daß zu Beginn einer
Einspeisung von inertem Gas beide Armaturen
geöffnet werden und nach Ablauf einer vorgegebenen
Zeitspanne die Regelarmatur 15 geschlossen wird,
so daß nur noch eine relativ kleine Menge inerten
Gases über die Leitung 17 zugeführt wird. Diese
Ausbildung hat den Vorteil, daß die Regel
armatur 15 keiner stetigen Regelung bedarf,
sondern als einfache Auf-Zu-Armatur ausgestaltet
sein kann. Dies führt auch zu einer größeren
Sicherheit der Anlage.
Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß bei
Anwendung des vorliegenden Verfahrens bei
einem Ausfall oder einem Außerbetriebsetzen
der Anlage alle Düsenöffnungen freigehalten
werden, daß die kanalartigen Verbindungen
zwischen den Düsenöffnungen und der heißen
Fließbettmasse aufrechterhalten werden und
daß bei Ausfall der Kühlwasserzuführung keine
Schäden an den Sauerstoffdüsen auftreten.
Claims (8)
1. Verfahren zum Betrieb eines Einschmelz
vergasers, in dem eisenerzhaltige Einsatz
sotffe oder aus diesen durch Direktreduktion
erhaltener Eisenschwamm durch Zugabe von
Kohlenstoffträgern und Zufuhr eines sauer
stoffhaltigen Gases über Sauerstoffdüsen
in einem hierdurch errichteten Fließbett
geschmolzen und zu flüssigem Roheisen oder
Stahlvormaterial reduziert werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß zum Schutz der Sauerstoffdüsen (6)
bei einem Ausfall oder einer Absenkung
der Sauerstoffzufuhr unter eine vorgegebene
Menge sowie bei einem Ausfall der Wasser
kühlung der Sauerstoffdüsen (6) die etwa
noch vorhandene Sauerstoffzufuhr unter
bunden und statt dessen ein inertes Gas
über die Sauerstoffdüsen (6) in den Ein
schmelzvergaser (4) eingeleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Einleitung des inerten
Gases nach einer bestimmten Zeitspanne
reduziert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Menge des einge
leiteten inerten Gases in Abhängigkeit
von der Art des die Einleitung auslösenden
Ereignisses gesteuert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß bei einem Abstellen des
Einschmelzvergasers nach allmählicher
Absenkung des Betriebsdruckes und der
Sauerstoffzufuhr die Menge des inerten
Gases auf etwa 15%, bei Unterbrechung
der Sauerstoffzufuhr bei normalem Betriebs
druck auf etwa 25% und bei Ausfall der
Wasserkühlung auf etwa 30% der Normal
menge des sauerstoffhaltigen Gases
eingestellt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß als inertes
Gas Stickstoff verwendet wird.
6. Einschmelzvergaser mit einer Zugabevorrichtung für die Zugabe von Kohlenstoff
trägern und Düsen für die Zufuhr eines sauerstoffhaltigen Gases
und einem Fließbett zur Durchführung des
Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
bei dem zur Zuführung des sauerstoffhaltigen
Gases eine Ringleitung vorgesehen ist,
aus der die Sauerstoffdüsen gespeist werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ringleitung (10) sowohl mit einer
Zuführungsleitung (11) für sauerstoffhaltiges
Gas als auch mit einer Zuführungsleitung
(14) für inertes Gas verbunden ist und
daß in beiden Zuführungsleitungen (11, 14)
Durchflußregelarmaturen (12, 15) angeordnet
sind.
7. Einschmelzvergaser nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß in der Zuführungsleitung
(11) für sauerstoffhaltiges Gas eine Mengen
meßvorrichtung (13) angeordnet ist und daß
die Durchflußregelarmaturen (12, 15) in
Abhängigkeit von der gemessenen Menge
sauerstoffhaltigen Gases steuerbar sind,
derart, daß bei einem vorgegebenen Abfall
der gemessenen Menge sauerstoffhaltigen
Gases die Durchflußregelarmatur (12) für
das sauerstoffhaltige Gas geschlossen
und die Durchflußregelarmatur (15) für das
inerte Gas geöffnet werden.
8. Einschmelzvergaser nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungs
leitung für inertes Gas aus zwei parallelen
Leitungen (14, 17) für unterschiedliche
Zuführungsmengen besteht, die jeweils mit
einer eigenen Durchflußregelarmatur (15, 18)
versehen sind, und daß zu Beginn des Ein
leitens des inerten Gases zunächst beide
Durchflußregelarmaturen (15, 18) und nach
einer vorgegebenen Zeitspanne nur noch die
Durchflußregelarmatur (18) in der Leitung
(17) mit der geringeren Zuführungsmenge ge
öffnet sind.
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