DE1265175B

DE1265175B - Method for operating a shaft furnace system in connection with a melting chamber boiler

Info

Publication number: DE1265175B
Application number: DEST15720A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Otto Wolf
Original assignee: L&C Steinmueller GmbH
Current assignee: Hitachi Zosen Inova Steinmueller GmbH
Priority date: 1959-10-23
Filing date: 1959-10-23
Publication date: 1968-04-04

Description

Verfahren zum Betreiben einer Schachtofenanlage in Verbindung mit einem Schmelzkammerkessel Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur wirtschaftlichen Ausnutzung der Abgase von Schachtöfen. Es sind seit längerem Bestrebungen im Gange, die eine bessere Ausnutzung der Gichtgase von Hochöfen und der Abgase von Kupolöfen zum Gegenstand haben. Eine Schwierigkeit liegt indessen darin, daß sowohl die Gichtgase von Hochöfen als auch die von Kupolöfen verhältnismäßig viel Staub mitführen.Method for operating a shaft furnace system in connection with a melting chamber boiler The invention relates to a method and a system for economic use of exhaust gases from shaft furnaces. There have been efforts for a long time underway, making better use of furnace blast furnace gases and exhaust gases of cupolas. One difficulty, however, is that the furnace gases from blast furnaces as well as from cupolas are comparatively high Carry dust.

Es wurde bereits vorgeschlagen, Giehtstaub zusammen mit Kohlenstaub in eine gemauerte Kammer einzublasen und dort mit Hilfe der Kohlenstaubflamme einzuschmelzen, gegebenenfalls unter gleichzeitiger Reduktion des in der Schlacke enthaltenen Eisenoxyds und Eisenoxyduls. Der Wärmeinhalt der Gichtgase ist indessen wesentlich niedriger als der von Kohlenstaub und reicht nicht aus, um die Temperaturen zu erzeugen, welche für das Einschmelzen des mitgeführten Staubes erforderlich sind.It has already been suggested to mix goat dust with coal dust to be blown into a brick chamber and melted there with the help of the pulverized coal flame, possibly with simultaneous reduction of the iron oxide contained in the slag and iron oxide. The heat content of the furnace gases is, however, much lower than that of coal dust and is insufficient to generate the temperatures which are necessary for melting down the dust carried along.

Frühere Versuche, Gichtgase ungereinigt einer Kesselfeuerung zuzuführen, scheiterten an der raschen Verschmutzung der Rohgasleitungen und der Brenner, wobei sich ein Teil des mitgeführten Staubes in Form fester Verkrustungen an den Wänden ansetzte. Will man aber die Gichtgase vor ihrer Verbrennung reinigen, so müssen sie auf Temperaturen von 100° C oder tiefer abgekühlt werden, wobei ein großer Teil der ihnen vom Schachtofen aus innewohnencTen Wärme verlorengeht.Earlier attempts to feed blast furnace gases uncleaned to a boiler furnace, failed because of the rapid pollution of the raw gas pipes and the burner, whereby Part of the dust carried along in the form of solid incrustations on the walls started. But if you want to clean the blast furnace gases before they are burned, you have to they are cooled to temperatures of 100 ° C or lower, with a large part the heat inherent in them is lost from the shaft furnace.

Nach der Erfindung wird eine Schachtofenanlage (Hoch- oder Kupolanlage) mit einem Schmelzkammerkessel in der Weise kombiniert, daß die Abgase der Öfen ungekühlt und ungereinigt der mit Kühlrohren ausgekleideten Schmelzkammer des Schmelzkammerkessels zugeführt und dort unter Zusatz hocherhitzter Luft verbrannt werden. Die mitgeführten Staubteilchen werden dabei zum größten Teil eingeschmolzen und können als flüssige eisenhaltige Schlacke abgezogen werden, während die Rauchgase anschließend in den Strahlungskessel eintreten und dort ihre Wärme teilweise an Luft, teilweise an verdampfendes Wasser abgeben. Die für den Betrieb der Schachtöfen erforderliche Luft wird auf diese Weise im Strahlungskessel auf mindestens 600° C vorgewärmt und dann den Schachtöfen zugeführt.According to the invention, a shaft furnace system (high or cupola system) combined with a melting chamber boiler in such a way that the exhaust gases from the furnaces are uncooled and uncleaned the melting chamber of the melting chamber vessel, which is lined with cooling tubes and burned there with the addition of highly heated air. The carried Dust particles are for the most part melted down and can be considered liquid ferrous slag are withdrawn, while the flue gases are then in the Radiant boiler enter and there their heat partly in air, partly in vaporizing Give off water. The air required for the operation of the shaft furnaces is on preheated in this way in the radiation boiler to at least 600 ° C and then in the shaft furnace fed.

Um ein Abkühlen der Gichtgase zu vermeiden, erhalten die Leitungen einen Wärmeschutz. Reicht der Wärmeschutz allein nicht aus, so kann die Temperatur durch Außenbeheizung oder Teilverbrennung der Gase auf der gewünschten Höhe gehalten werden. Bei diesem Verfahren behalten die Gichtgase bis in die Brenner hinein eine Temperatur bei, welche über dem Taupunkt liegt. Damit ist aber die Ursache für die Bildung von Verkrustungen in den Leitungen beseitigt; denn Verkrustungen bilden sich nur, wenn zu dem mitgeführten Staub Wasser hinzutritt. Außerdem bleibt die in den Gichtgasen vom Schachtofen her enthaltene Wärme zum größten Teil erhalten. Diese Wärmemenge zusammen mit der bei der Verbrennung entstehenden Wärme und der Wärme, die durch die hocherhitzte Luft - hier ist eine Mindestgrenze von 600° C vorgesehen - eingebracht wird, reicht aus, um die von den Abgasen mitgeführten Staubteilchen einzuschmelzen und eine Temperatur in der Vorkammer aufrechtzuerhalten, die so hoch ist, daß die Schlacke in flüssigem Zustand abgezogen werden kann. Da der Gichtstaub zum großen Teil aus Erzstaub besteht, kann die Schlacke auf Eisengewinnung weiterverarbeitet und das gewonnene Eisen den Schachtöfen wieder zugeführt werden, wodurch eine weitere Verbilligung des Verfahrens eintritt.In order to prevent the furnace gases from cooling down, the lines are preserved a thermal protection. If the thermal insulation alone is not sufficient, the temperature can kept at the desired level by external heating or partial combustion of the gases will. In this process, the furnace gases retain one right into the burner Temperature at which is above the dew point. But that is the cause of the Eliminates the formation of incrustations in the pipes; because incrustations form only if water is added to the dust carried along. In addition, the Most of the heat contained in the furnace gases is retained. This amount of heat together with the heat generated during combustion and the Heat generated by the highly heated air - here is a minimum limit of 600 ° C provided - is introduced, is sufficient to remove the dust particles carried along by the exhaust gases melt down and maintain a temperature in the antechamber that is so high is that the slag can be withdrawn in a liquid state. Because the gout dust consists largely of ore dust, the slag can be further processed to produce iron and the iron recovered are fed back to the shaft furnaces, whereby another The procedure becomes cheaper.

Aus der Vorkammer treten die Rauchgase mit einer ziemlich hohen Temperatur in den Strahlungszug ein, der in seinem unteren Teil mit Verdampferrohren ausgekleidet sein kann, und geben dort ihre Wärme ebenfalls an verdampfendes Wasser und später an die Luft ab. 7e nach der für den Betrieb der Schachtöfen erforderlichen Luftmenge wird entweder nur der obere Teil des Strahlungszuges oder auch der ganze Strahlungszug mit luftgekühlten Rohren ausgekleidet. Die im Strahlungszug auf eine normale Temperatur (800 bis 900° C) abgekühlten Rauchgase treten anschließend in den überhitzer, den ersten Teil des Lufterhitzers und dann in den Speisewasservorwärmer ein, wo sie sich auf 150° C abkühlen. Die in dem Strahlungskessel auf 600° C erhitzte Luft wird zum Teil als Verbrennungsluft in die Vorkammer geleitet, der Rest dient zum Betrieb der Schachtöfen.The flue gases exit the antechamber at a fairly high temperature into the radiation flue, the lower part of which is lined with evaporator tubes can be, and give their heat there also to evaporating water and later into the air. 7e according to the amount of air required for the operation of the shaft furnaces becomes either only the upper part of the radiation path or the entire radiation path lined with air-cooled pipes. Those in the radiation train to a normal temperature (800 to 900 ° C) cooled flue gases then enter the superheater, the first part of the air heater and then into the feed water preheater where they to 150 ° C cooling down. The one in the radiation boiler to 600 ° C Heated air is partly fed into the antechamber as combustion air, the The rest is used to operate the shaft furnaces.

Da mit einer gleichmäßigen Beschickung mit Gichtgas nicht gerechnet werden kann, ist es zweckmäßig, die Vorkammer mit Kohlenstaub- oder Koksstaubbrennern oder auch Ölbrennern auszustatten, die entweder überhaupt zusätzlich oder nur bei Wegfall der Gichtgaszufuhr in Tätigkeit treten. Eine besonders günstige Ausbildung der Vorkammer erhält man, wenn man sie als Stufenfeuerung ausbildet, wobei die oberen Brenner mit Gichtgas, die unteren mit Kohlenstaub bzw. Koksstaub beschickt werden.Since an even loading of furnace gas is not expected it is advisable to use coal dust or coke dust burners in the antechamber or to equip oil burners, either at all additionally or only at If the furnace gas supply is no longer necessary, take action. A particularly cheap training the antechamber is obtained if it is designed as a step firing, with the upper ones Burners with furnace gas, the lower ones with coal dust or coke dust.

In der F i g. 1 ist ein Schema der beschriebenen Anlage im Schnitt dargestellt. 1 und 2 sind Kupolöfen. Ihre isolierten Abgasleitungen 11, 12 sind an eine gemeinsame Sammelleitung 3 angeschlossen, von der eine Leitung 4 zu der Vorkammer 5 führt. An die Vorkammer 5 schließt sich ein Strahlungszug 6 an, der in seinem unteren Teil mit Verdampferheizflächen 7, in seinem oberen Teil mit Lufterhitzerheizflächen 8 ausgekleidet ist. An den Strahlungszug ist über einen Querzug der abwärts gehende Zug 9 angeschlossen. Dieser enthält die Berührungsheizflächen, und zwar oben überhitzerheizflächen 10, dahinter die erste Luftvorwärmerstufe 18 und den Speisewasservorwärmer bzw. Vorverdampferteil17. Die Rauchgase verlassen den zweiten Zug durch die Leitung 13. Von der letzten Luftvorwärmerstufe 8 führt eine Heißluftleitung 14 zu den Kupolöfen, die über die Leitungen 15, 16 an diese Heißluftleitung angeschlossen sind. Diese Abgabe von Heißluft, die gegebenenfalls auch an andere Heißluftverbraucher erfolgen könnte, erhöht den Gesamtwirkungsgrad der Kessel- und Turbinenanlage. Von der Leitung 14 ist eine Leitung 19 abgezweigt, die Verbrennungsluft nach der Vorkammer 5 liefert. 20 sind Zusatzbrenner für Kohlen- oder Koksstaub.In FIG. 1 shows a diagram of the system described in section. 1 and 2 are cupolas. Their insulated exhaust gas lines 11, 12 are connected to a common collecting line 3 , from which a line 4 leads to the antechamber 5. The antechamber 5 is followed by a radiation flue 6, which is lined in its lower part with evaporator heating surfaces 7 and in its upper part with air heater heating surfaces 8. The descending train 9 is connected to the radiation train via a transverse train. This contains the contact heating surfaces, namely superheater heating surfaces 10 at the top, followed by the first air preheater stage 18 and the feed water preheater or pre-evaporator part 17. The flue gases leave the second train through line 13. From the last air preheater stage 8, a hot air line 14 leads to the cupolas, which are connected to this hot air line via lines 15, 16. This release of hot air, which could possibly also take place to other hot air consumers, increases the overall efficiency of the boiler and turbine system. A line 19, which supplies combustion air to the antechamber 5, is branched off from the line 14. 20 are additional burners for coal or coke dust.

Beim Betrieb gelangen die Gichtgase über die Leitungen 11 und 12 in die Sammelleitung 3 und strömen über die Leitung 4 in die Vorkammer. Gleichzeitig erhält die Vorkammer hoch vorgewärmte Verbrennungsluft durch die Leitung 19. In der Vorkammer wird dadurch eine Temperatur erzeugt, die genügend hoch ist, um den Gichtstaub einzuschmelzen, der dann durch das Abflußloch 21 abgezogen werden kann. Die Rauchgase gelangen durch die öffnung 22 in den Strahlungszug 6, strömen in diesem nach oben, wobei sie die Verdampferrohre 7 und die zweite Stufe des Vorwärmers 8 beheizen, gelangen durch einen Querzug in den Abwärtszug 9, den sie unter Wärmeabgabe an den überhitzer 10, an die erste Stufe des Luftvorwärmers 18 und an den Speisewasservorwärmer bzw. Vorverdampfer 17 nach unten durchströmen, um über die Leitung 13 ins Freie zu gelangen. Durch entsprechende Wahl der Heizflächenverteilung kann man hierbei erreichen, daß die Rauchgase in den Kanal 13 mit 100 bis 120° C eintreten, so daß sie den weitaus größten Teil ihrer fühlbaren Wärme an die Kesselanlage abgeben. Bei Absinken der Giehtgaslieferung wird der Vorkammer über die Brenner 20 Kohlenstaub, Koksstaub oder Öl zugeführt, wodurch es möglich wird, die Schmelztemperatur in der Vorkammer aufrechtzuerhalten.During operation, the furnace gases reach the collecting line 3 via the lines 11 and 12 and flow via the line 4 into the antechamber. At the same time, the antechamber receives highly preheated combustion air through the line 19. This creates a temperature in the antechamber which is high enough to melt the gout dust, which can then be drawn off through the drain hole 21. The flue gases pass through the opening 22 into the radiant flue 6, flow upwards in this, heating the evaporator tubes 7 and the second stage of the preheater 8, pass through a transverse flue into the downward flue 9, which they transfer to the superheater 10, giving off heat, to the first stage of the air preheater 18 and to the feedwater preheater or pre-evaporator 17 flow down to reach the outside via line 13. By appropriate selection of the heating surface distribution one can achieve that the flue gases enter the channel 13 at 100 to 120 ° C, so that they give off the vast majority of their sensible heat to the boiler system. When the gas supply drops, coal dust, coke dust or oil is fed to the antechamber via the burners 20, which makes it possible to maintain the melting temperature in the antechamber.

Die aus dem Schlackenabflußloch abgezogene Schlacke kann in entsprechenden Vorrichtungen ausreduziert und das gewonnene Eisen den Schachtöfen wieder zugeführt werden. Es ist auch möglich, die Schlacke sofort ohne weitere Behandlung und gegebenenfalls flüssig dem Schachtofen oder einem anderen metallurgischen Ofen zuzuführen.The slag withdrawn from the slag discharge hole can be in corresponding Devices reduced and the iron recovered fed back to the shaft furnaces will. It is also possible to remove the slag immediately without further treatment and if necessary to be supplied in liquid form to the shaft furnace or another metallurgical furnace.

F i g. 2 zeigt ein Schaltschema von Kupolöfen mit Schmelzkammer und Lufterhitzern. Der Einfachheit halber ist die Kesselanlage als Einzugkessel dargestellt. Die Bezeichnungen entsprechen im wesentlichen denen der F i g. 1, jedoch ist zu beachten, daB im Gegensatz zu F i g. 1 nur ein Kupolofen dargestellt ist, von dem die Leitung 4 unmittelbar abzweigt. In den Kupolofen wird die Heißluft durch Windformen 23, 33 eingeblasen, die durch die Leitungen 15, 25 an die Leitung 14 angeschlossen sind. Die Abgase verlassen den Kupolofen mit einer Temperatur von 500 bis 600° C und einem Staubgehalt von 20 bis 50 g/Nms. Die Kaltluft strömt zunächst durch die Leitung 24 in den Luftvorwärmer 18 ein, gelangt dann über die Leitung 34 in den Lufterhitzer 8, von wo sie mit einer Temperatur von 600 bis 700° C durch die Leitung 14 abgezogen wird.F i g. 2 shows a circuit diagram of cupolas with melting chambers and Air heaters. For the sake of simplicity, the boiler system is shown as a feed boiler. The designations essentially correspond to those of FIG. 1, however, is closed note that in contrast to FIG. 1 shows only one cupola, of which the line 4 branches off directly. In the cupola furnace, the hot air is blown through the wind 23, 33 which are connected to the line 14 by the lines 15, 25 are. The exhaust gases leave the cupola at a temperature of 500 to 600 ° C and a dust content of 20 to 50 g / Nms. The cold air initially flows through the Line 24 enters the air preheater 18, then passes through line 34 into the Air heater 8, from where it has a temperature of 600 to 700 ° C through the pipe 14 is deducted.

F i g. 3 stellt ein Schaltbild Hochofen-Schmelzkammer-Lufterhitzer dar. Die Bezeichnungen der F i g. 1 und 2 sind soweit wie möglich auf dieses Schaltbild übertragen. Auch in diesem Fall ist nur ein einziger Hochofen dargestellt, der mit 31 bezeichnet ist. Die Windformen sind wiederum mit 23, 33 bezeichnet. 15 und 25 sind Heißluftleitungen, die von der Leitung 14 abzweigen und zu den Winddüsen führen. In die Leitung 4 ist in diesem Fall ein Staubsack 26 eingeschaltet, durch den eine Grobreinigung des Gichtgases vorgenommen wird. Von dem Staubsack 26 führt eine Leitung 29 zur Vorkammer 5. Das durch diese Leitung der Vorkammer zuströmende Gas hat eine Temperatur von etwa 200° C und einen Staubgehalt von 8 bis 12 g/Nms. Eine zweite Leitung 28 führt zunächst durch Kesselheizflächen 27, wo das Gas auf eine Temperatur von 120° C abgekühlt wird, und dann unter Zwischenschaltung eines Vorkühlers 35 zur Feinreinigung 32. Von der Feinreinigung wird das nunmehr gereinigte Gas durch die Leitung 38 den Verbrauchsstellen zugeführt. Da der Staubgehalt des vorgereinigten Gichtgases nur 8 bis 12 g/Nm3 beträgt, besteht bei dieser Schaltung die Möglichkeit, zusätzlich Staub durch eine Leitung 30 in die Vorkammer 5 einzublasen. Dieser Staub könnte beispielsweise der Feinreinigung entnommen werden.F i g. 3 shows a circuit diagram of the blast furnace / melting chamber / air heater. The designations of FIGS. 1 and 2 have been transferred to this circuit diagram as far as possible. In this case, too, only a single blast furnace is shown, which is designated by 31. The wind forms are again designated by 23, 33. 15 and 25 are hot air lines that branch off from line 14 and lead to the tuyeres. In this case, a dust bag 26 is connected to the line 4, through which a coarse cleaning of the top gas is carried out. A line 29 leads from the dust bag 26 to the antechamber 5. The gas flowing into the antechamber through this line has a temperature of about 200 ° C. and a dust content of 8 to 12 g / Nms. A second line 28 first leads through boiler heating surfaces 27, where the gas is cooled to a temperature of 120 ° C, and then with the interposition of a precooler 35 for fine cleaning 32. The now cleaned gas is fed through line 38 to the consumption points from the fine cleaning. Since the dust content of the pre-cleaned top gas is only 8 to 12 g / Nm3, with this circuit there is the possibility of additionally blowing dust through a line 30 into the antechamber 5. This dust could be taken from the fine cleaning, for example.

Für den Fall, daß das durch die Leitung 29 zuströmende Gichtgas nicht ausreicht, um den Dampfbedarf zu decken, sind weitere Brenner für einen zusätzlichen Brennstoff vorgesehen, der durch die Leitung 20 zugeführt wird. Von der Luftleitung 14 kann eine Leitung 19 abgezweigt werden, die dem Feuerraum 5 vorgewärmte Verbrennungsluft zuführt.In the event that the furnace gas flowing in through line 29 does not sufficient to cover the steam requirement, there are additional burners for an additional one Fuel is provided, which is supplied through line 20. From the air pipe 14, a line 19 can be branched off, the combustion air preheated to the combustion chamber 5 feeds.

Claims

Claims: 1. Method for operating a shaft furnace system in connection with a melting chamber boiler, characterized in that the exhaust gases of the shaft furnaces uncooled and one uncleaned as a melting chamber of a melting chamber boiler trained antechamber fed and there with the addition of highly heated air - at least 600 ° C - are incinerated, with the dust particles carried for the most part melted down and considered liquid ferrous slag withdrawn while the flue gases are then in the radiation part of a melting chamber boiler enter, in which they take their heat partly in air, partly in water or water vapor give off, and that the air required for the operation of the shaft furnaces in the radiation boiler preheated to at least 600 ° C and then fed to the shaft furnaces.

2. Procedure according to claim 1, characterized in that some of the in the radiation boiler high preheated air is branched off and fed to the antechamber as combustion air.

3. Plant for performing the method according to claims 1 and 2, consisting from a shaft furnace system and a melting chamber boiler, the melting chamber is designed as an antechamber, characterized in that the antechamber and the lower part of the subsequent radiation train lined with pre-evaporator tubes are, while the upper part of the radiant flue is lined with air heater tubes is, and the air preheater and feed water preheater as well as the superheater part are housed as contact heating surfaces in the second train.

4. Implementation facility of the method according to claim 3, characterized in that only the antechamber with Evaporator tubes is lined, while the cooling tubes of the radiation part are made Air heater tubes exist.

5. Plant according to claims 3 and 4, characterized in that that the antechamber is equipped with staged firing, the upper stage with the top gas of the shaft furnaces, the lower stage is charged with coal dust or coke dust will.

6. Plant according to claims 3 to 5, characterized in that the air heater is housed in a double train of known construction, so that a scheme the air temperature in a similar way to the superheating temperature of the steam is possible.

7. Plant according to claim 6, characterized in that in addition to the air heater also the superheater is housed in the double pass and that the steam temperature can also be kept constant. Publications considered: German Patent Nos. 418101, 971242; German Auslegeschrift No. 1007 934; U.S. Patent No. 1815 888.