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Dokumentenidentifikation DE3851672T2 16.02.1995
EP-Veröffentlichungsnummer 0301577
Titel Vorrichtung zur Energierückgewinnung aus Gichtgas mit hoher Temperatur.
Anmelder Kawasaki Steel Corp., Kobe, Hyogo, JP
Erfinder Ishibashi, Genichi, Chiba-shi Chiba-ken, JP;
Kamano, Hideyuki, Chiba-shi Chiba-ken, JP;
Seki, Masahiko, Chiba-shi Chiba-ken, JP
Vertreter Grünecker, A., Dipl.-Ing.; Kinkeldey, H., Dipl.-Ing. Dr.-Ing.; Stockmair, W., Dipl.-Ing. Dr.-Ing. Ae.E. Cal Tech; Schumann, K., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat.; Jakob, P., Dipl.-Ing.; Bezold, G., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Meister, W., Dipl.-Ing.; Hilgers, H., Dipl.-Ing.; Meyer-Plath, H., Dipl.-Ing. Dr.-Ing.; Ehnold, A., Dipl.-Ing.; Schuster, T., Dipl.-Phys.; Goldbach, K., Dipl.-Ing.Dr.-Ing.; Aufenanger, M., Dipl.-Ing.; Klitzsch, G., Dipl.-Ing.; Vogelsang-Wenke, H., Dipl.-Chem. Dipl.-Biol.Univ. Dr.rer.nat., Pat.-Anwälte, 80538 München
DE-Aktenzeichen 3851672
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 29.07.1988
EP-Aktenzeichen 881123467
EP-Offenlegungsdatum 01.02.1989
EP date of grant 28.09.1994
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.02.1995
IPC-Hauptklasse C21B 7/00
IPC-Nebenklasse C21B 7/22   

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Technik zur Energierückgewinnung aus Gichtgas. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Energierückgewinnung aus Gichtgas, die eine trockene Staubentfernungsvorrichtung enthält. Ferner betrifft die Erfindung insbesondere ein Kühlsystem für das Gichtgas.

Beschreibung des Standes der Technik

Bei einem modernen Hochofen wird Gichtgas zur Verwendung bei der Erzeugung von elektrischer Energie usw. gesammelt oder wiedergewonnen. In dem Weg des Gichtgases ist eine Staubentfernungsvorrichtung, wie ein Sackfilter, vorgesehen, um von dem Gichtgas mitgeführten Staub zu entfernen. In den letzten Jahren sind trockene Staubentfernungsvorrichtung bevorzugt worden, weil Gas mit höherer Temperatur zu einer elektrischen Energieerzeugungsvorrichtung zur besseren Energieerzeugungsleistung zurückgeführt werden kann.

Ein solches System zur Energierückgewinnung aus Gichtgas ist zur größeren Energieerzeugungsleistung bei dem normalen Betriebszustand des Hochofens wirksam, bei dem die Temperatur des Gichtgases bei ungefähr 200ºC stabil gehalten wird. Wenn jedoch durchgeblasen wird, um einen direkten Weg für das Gichtgas zu bilden, und dadurch unmittelbar Hochtemperaturgas durch das obere Ende des Ofens ausgetragen wird, steigt die Temperatur des Gichtgases schnell auf ungefähr 300ºC bis ungefähr 400ºC an, und im schlimmsten Fall auf ungefähr 800ºC. Eine solche hohe Temperatur kann in der Staubentfernungsvorrichtung, in einer Stromgeneratorturbine, in einer Schieberventilanordnung und einem anderen Bauteil in dem System zur Energierückgewinnung aus Gichtgas zu einem Schaden führen. Um zu verhindern, daß Teile in dem System beschädigt werden, muß das Gas gekühlt werden, um die Temperatur auf einen niedereren Wert als die kritische Temperatur des jeweiligen Teils zu verringern.

Beispielsweise schlagen die japanische, erste (ungeprüfte) Patentveröffentlichung (Tokkai) Showa 54-40207, die erste, japanische Patentveröffentlichung (Tokkai) Showa 54-81107 und die erste, japanische Patentveröffentlichung (Tokkai) Showa 57-43913 das Kühlen von Gas vor, indem Wasser in Staubsammler gesprüht wird. Dieser Vorschlag ist zum Verringern der Gastemperatur wirksam. Jedoch muß in einem solchen Fall die Wassersprühvorrichtung eine Kühlkapazität haben, um zufriedenstellend die Gastemperatur zu verringern, selbst wenn ein Durchblasen auftritt. Dies erhöht die Kosten zum Bereitstellen der Wassersprühvorrichtung. Da das Durchblasen des Ofens selten auftritt und deshalb die vorgenannte Vorrichtung nur für den Notfall dient, ist eine beträchtliche Kostenerhöhung normalerweise unannehmbar.

Andererseits unterscheidet sich die kritische Temperatur jedes Bauteils des Systems zur Energierückgewinnung aus Gichtgas von den anderen. Beispielsweise ist die kritische Temperatur des Sackfilters als die Staubentfernungsvorrichtung normalerweise ungefähr 250ºC, die kritische Temperatur der Turbine ist normalerweise ungefähr 200ºC und die kritische Temperatur der Schieberventilanordnung ist normalerweise ungefähr 100ºC oder weniger. Dies bedeutet, daß die Gastemperatur an dem Sackfilter auf ungefähr 250ºC oder niederer gesteuert werden muß, und es nicht notwendig ist, niederer als die kritische Temperatur der Turbine und der Schieberventilanordnung zu sein.

Aus DE-A-30 17 761 ist ein System zur Rückgewinnung von Druck und Wärme aus Gichtgas bekannt, bei dem eine trockene Staubentfernungsvorrichtung verwendet wird. Bei dem genannten herkömmlichen System ist eine einzige Kühlvorrichtung stromabwärts der Staubentfernungsvorrichtung vorgesehen. Die stromabwärts der genannten Staubentfernungsvorrichtung erfaßte Temperatur wird verwendet, um das Kühlen durchzuführen, wenn ein Durchblasen oder ein plötzlicher übermäßiger Temperaturanstieg des Gases auftritt.

Aus JP-A 59-74206 ist eine Sicherheitsvorrichtung für Druckrückgewinnungsvorrichtungen aus der Hochofengicht bekannt. Gemäß der genannten Sicherheitsvorrichtung werden die Abfallgase aus der Hochofengicht durch einen trockenen Sammler zu einer Turbine geführt, die die in den Abfallgasen gespeicherte Energie in elektrische Energie umwandelt. Zwei Sensoren sind auf der stromaufwärtigen Seite des Staubsammlers vorgesehen, und eine Kühlfluideinspritzvorrichtung ist zwischen der stromabwärtigen Seite des genannten Sammlers und der stromaufwärtigen Seite der Turbine vorgesehen. Diese Sensoren erfassen die Abfallgastemperatur.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist deshalb eine Zielsetzung der Erfindung, ein System zur Energierückgewinnung aus Gichtgas zu schaffen, das wirksam jedes seiner Bauteile gegen Hitze schützen kann, indem die Gastemperatur an jedem Bauteil unabhängig von den anderen gesteuert wird, um eine zufriedenstellende Kühlwirkung zu erreichen, wobei die Kosten für die Vorrichtung vernünftig niedrig gehalten werden.

Um die vorgenannte und andere Zielsetzungen auszuführen, wird eine Vorrichtung zur Gichtgasumwälzung geschaffen, die umfaßt:

eine durch Gichtgas angetriebene Turbine zur Erzeugung elektrischer Energie, wobei die Turbine Turbinenschaufeln mit einer ersten Hitzebeständigkeitstemperatur aufweist;

eine die Gicht eines Hochofens mit der Turbine verbindende Gasdurchflußpassage;

eine trockene Staubentfernungseinrichtung, die in der Gasdurchflußpassage angeordnet ist und zum Entfernen von Staub im Gichtgas ausgestaltet ist, wobei die Einrichtung ein Filterelement aufweist, das eine zweite Hitzebeständigkeitstemperatur aufweist, die höher ist als die erste Hitzebeständigkeitstemperatur;

eine parallel zur Turbine vorgesehene Schieberventilanordnung, wobei die Schieberventilanordnung eine dritte Hitzebeständigkeitstemperatur aufweist;

einen Gasrückführungskreislauf zum Zurückführen eines Teils des Gichtgases zu einem Beschickungssystem des Hochofens;

eine stromaufwärts der trockenen Staubentfernungseinrichtung vorgesehene erste Kühleinrichtung zum Kühlen des Gichtgases auf eine Temperatur, die niedriger ist als die zweite Hitzebeständigkeitstemperatur;

eine stromabwärts der trockenen Staubentfernungseinrichtung und stromabwärts der Turbine vorgesehene zweite Kühleinrichtung, wobei die zweite Kühleinrichtung stromaufwärts derselben auf eine Gichtgastemperatur anspricht, die höher ist als die erste Hitzebeständigkeitstemperatur, um das Gichtgas auf eine Temperatur zu kühlen, die niedriger als die erste Hitzebeständigkeitstemperatur ist;

eine stromaufwärts der Schieberventilanordnung vorgesehene dritte Kühleinrichtung, die auf die Gichtgastemperatur anspricht, die höher als die dritte Hitzebeständigkeitstemperatur ist, um das Gichtgas auf eine Temperatur zu kühlen, die niedriger als die dritte Hitzebeständigkeitstemperatur ist;

eine innerhalb des Gasrückführungskreislaufs angeordnete vierte Kühleinrichtung, die auf eine Gichtgastemperatur beim Zurückführen im Gasrückführungskreislauf anspricht, die höher ist als eine vierte Temperatur, um das Gichtgas auf eine Temperatur unterhalb der besagten Temperatur zu kühlen;

eine in der Gasdurchflußpassage stromaufwärts der trockenen Staubentfernungseinrichtung vorgesehene Staubauffangeinrichtung, wobei die erste Kühleinrichtung innerhalb der Staubauffangeinrichtung angeordnet ist;

wobei die erste Kühleinrichtung eine mit einer druckbeaufschlagten Kühlwasserquelle über eine Zulauf- und Rücklaufleitung verbundene Kühlwassersprühdüse umfaßt, wobei die Rücklaufleitung mit der Zulaufleitung in einer Position stromaufwärts der Kühlwassersprühdüse verbunden ist, wobei in der Rücklaufleitung ein Druckflußregler zur Regelung des Drucks des der Kühlwassersprühdüse zugeführten Kühlwassers angeordnet ist;

wobei die Schieberventilanordnung wenigstens ein erstes und ein zweites Schieberventil umfaßt, und die dritte Gaskühlungseinrichtung eine Kühlwassersprüheinrichtung mit variabler, von den Ventilstellungen des ersten und des zweiten Schieberventils abhängiger, Kühlwassersprühmenge umfaßt; und

wobei die zweite Kühlwasseranordnung mit einem Gastemperaturfühler in Verbindung steht, der die Gichtgastemperatur in einer Position stromabwärts der trockenen Staubentfernungseinrichtung und stromaufwärts der zweiten Kühleinrichtung überwacht, und eine Gichtgastemperatur erfaßt, die höher ist als die besagte erste Temperatur, um die zweite Kühleinrichtung in Betrieb zu setzen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorliegende Erfindung wird vollständiger aus der detaillierten Beschreibung, die unten angegeben ist, und den beigefügten Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verstanden, die jedoch nicht betrachtet werden sollen, die Erfindung auf die besondere Ausführungsform zu begrenzen, sondern nur zur Erklärung und zum Verständnis sind.

In den Zeichnungen:

Fig. 1 ist ein erklärendes und schematisch dargestelltes Diagramm der bevorzugten Ausführungsform eines Gichtgas-Strömungskreises einschließlich eines Staubentfernungssystems, eines Turbinengenerators usw., gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist eine erläuternde Darstellung einer Kühlwassersprühdüse und eines verbundenen Kühlwasserzufuhrkreises, der mit einem Staubfänger in dem Diagramm der Fig. 1 verbunden ist;

Fig. 3 ist eine Darstellung eines Sackfilters, der in der bevorzugten Ausführungsform eines Gichtgas-Strömungskreises der Fig. 1 verwendet wird;

Fig. 4 ist eine erläuternde Darstellung einer Kühlwassersprühdüse und eines verbundenen Kühlwasserzufuhrkreises, der in einer Gasströmungsverrohrung verwendet wird, wie stromabwärts des Sackfilters in dem Kreis der Fig. 1;

Fig. 5 ist eine erläuternde Darstellung einer Kühlwassersprühdüse und eines verbundenen Kühlwasserzufuhrkreises, der in einer Gasströmungsverrohrung verwendet wird, wie stromaufwärts einer Schieberventilanordnung in dem Kreis der Fig. 1;

Fig. 6 ist ein Schnitt, der eine Einzelheit der Wassersprühdüse der Fig. 2 zeigt;

Fig. 7 ist ein vergrößerter Schnitt, der eine Konstruktion im einzeln eines Sprühdüsenelements der Wassersprühdüse der Fig. 6 zeigt;

Fig. 8 ist ein Diagramm, das ein Gaskühlsystem zum Kühlen von Gas zeigt, das in einen Staubfänger eingeführt worden ist; und

Fig. 9 ist ein Schaltungsdiagramm, das das Steuersystem für die die Wasserzufuhr für die Wassersprühdüse der Fig. 5 zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen, insbesondere auf Fig. 1, wobei die bevorzugte Ausführungsform eines Gichtgas-Strömungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung eine Rückgewinnungsturbine 10 für den Druck an der Hochofengicht zum Erzeugen elektrischer Energie enthält, die Gichtgas verwendet. Die Rückgewinnungsturbine 10 für den Druck an der Hochofengicht ist mit der Hochofengicht 12 über einen Staubfänger 14 und ein Sackfilter 16 verbunden. Das bei der dargestellten Ausführungsform des Gichtgas-Strömungskreissystems verwendete Sackfilter 16 ist ein Sackfilter vom trockenen Typ. Eine Schieberventilanordnung 18 ist parallel zu der Rückgewinnungsturbine 10 für den Hochofengichtdruck vorgesehen.

Brillenschieber 20 und 22 sind stromaufwärts und stromabwärts des Sackfilters 16 vorgesehen. Das Sackfilter 16 und die Brillenschieber 20 und 22 bilden eine trockene Staubentfernungsvorrichtung 24 in dem Gasströmungskreis. Parallel zu dem stromaufwärtigen Brillenschieber 20 befindet sich ein Fülldruck-Drosselventil 21.

Eine Ringschlitz-Waschvorrichtung 26 und ein Tropfenfänger 28, die eine nasse Staubentfernungsvorrichtung bilden, sind auch in der gezeigten Ausführungsform des Gichtgas-Strömungskreissystems parallel zu der trockenen Staubentfernungsvorrichtung 24 eingebaut. Drosselventile 32 und 34 sind stromaufwärts der Ringschlitz-Waschvorrichtung 26 und stromabwärts des Tropfenfängers 28 vorgesehen.

Hier ist, um das in Fig. 3 gezeigte, trockene Sackfilter 16 beizubehalten, das eine Rohgaskammer 16a und eine Sackkammer 16b umfaßt, wobei darin eine Mehrzahl von zylindrischen Kunstharzfilterelementen 16c angeordnet sind, deren Hitzebeständigkeitstemperatur niederer oder gleich 250ºC ist. Deshalb wird, um zu verhindern, daß die Filterelemente 16c wegen einer übermäßigen Gichtgastemperatur herunterschmelzen, die in das Sackfilter einzuführende Gichtgastemperatur auf weniger als 200ºC und vorzugsweise in einem Bereich von 200ºC bis 180ºC gehalten. Andererseits muß, um die Turbinenschaufel der Rückgewinnungsturbine 10 für Hochofengichtdruck gegen eine Hitzebeschädigung zu schützen, die Gastemperatur unterhalb von 200ºC gehalten werden. Ferner muß in dem Fall, daß das Gichtgas zu der Rückgewinnungsturbine 10 für den oberen Druck aus gewissen Gründen, wie im Fall der Wartung, gesperrt wird, die Temperatur des Gichtgases, das durch die Schieberventilanordnung 18 fließt, niederer als 100ºC sein. Andererseits liegt beim normalen Hochofenbetrieb das Gichtgas an der Hochofengicht 12 üblicherweise bei einer Temperatur von 150ºC bis 200ºC. Deshalb beeinträchtigt, solange der Hochofen bei normalen Bedingungen arbeitet, die Temperatur des Gichtgases in dem normalen Temperaturbereich, d. h. 200ºC bis 180ºC, das trockene Sackfilter 16 und die Rückgewinnungsturbine 10 für den oberen Druck nicht. Jedoch neigt das Gichtgas an der Hochofengicht 12 dazu, in beträchtlichem Maße in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Ofens zu schwanken, so daß die Gichtgastemperatur an dem oberen Ende des Hochofens 12 höher als die obere Temperaturgrenze, d. h. 250ºC des Sackfilters 16 wird. In dem bedeutenden Fall, wie beim Auftreten des Durchblasens, neigt die Gichtgastemperatur dazu, höher als 1000ºC zu werden. In einem solchen Fall muß das Gichtgas wirksam gekühlt werden, damit es die Teile des Gichtgas-Strömungskreises nicht beschädigt.

Um einen zufriedenstellenden Schutz der Teile des Gichtgas- Strömungskreises durchzuführen, ohne eine wesentliche Erhöhung der Kosten und eine Verschlechterung des Wirkungsgrades der elektrischen Energieerzeugung mit der Rückgewinnungsturbine 10 für den oberen Druck durchzuführen, sind Gaskühlvorrichtungen 36, 38, 40 und 42 in dem Kreis vorgesehen. Die Gaskühlvorrichtung 36 ist in dem Staubfänger 14 angeordnet. Die Gaskühlvorrichtung 38 ist in der Gasflußleitung stromabwärts des Sackfilters 16 angeordnet. Die Gaskühlvorrichtung 40 ist an einer Stelle stromaufwärts der Schieberventilanordnung vorgesehen. Die Gaskühlvorrichtung 42 ist in einer Rückführrohrleitung vorgesehen, die das Gas zu einem Beschickungssystem des Hochofens 12 zurückführt.

Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, umfaßt die Gaskühlvorrichtung 36 eine ringförmige Wassersprühdüse 44, die in dem Staubfänger angeordnet ist. Die Wassersprühdüse 44 ist mit einem Kühlwasserzufuhrsystem verbunden, das eine Kühlsprühzufuhrleitung 46 und eine Rückführleitung 48 enthält. Die Rückführleitung 48 ist mit der Zufuhrleitung 46 an der Stelle stromaufwärts der Kühlwassersprühdüse 44 und auch stromaufwärts einer Pumpe 47 verbunden, die das Kühlwasser unter Druck setzt. Ein Stromventil 50 ist in der Rückführleitung 48 vorgesehen, um den Kühlwasserdruck einzustellen, der in dem Kühlwasserzufuhrsystem über die Kühlwassersprühdüse 44 umläuft und dadurch die Kühlwassermenge einzustellen, die durch die Kühlwassersprühdüse ausgebracht werden soll. Der gezeigte Kühlwasserzufuhrkreis wird vorzugsweise eingeführt, um die Gichtgastemperatur in dem Staubfänger 14 genau einzustellen. Um die genaue Gastemperatursteuerung zu erleichtern, ist die Gaskühlvorrichtung 36 mit einem Gaskühlsteuersystem für den Staubfänger verbunden, das in Fig. 8 gezeigt ist und später erörtert wird.

Wie es in Fig. 4 gezeigt ist, umfaßt die Gaskühlvorrichtung 38 eine ringförmige Kühlwassersprühdüse 52, die innerhalb einer Gasströmungsrohrleitung 54 angeordnet ist, die das Sackfilter 16 mit der Rückgewinnungsturbine 16 für den oberen Druck verbunden ist. Die Kühlwassersprühdüse 52 ist mit einem Kühlwasserzufuhrsystem verbunden, das eine Kühlwasserzufuhrleitung 56 und ein Stromventil 58 für die Kühlwassermenge aufweist, das in der Zuführleitung angeordnet ist. Das Stromventil 58 für die Kühlwassermenge ist mit einer Ventilbetätigungsvorrichtung 60 verbunden, die mit einem Temperatursensor 62 verbunden ist, der in der Gasströmungsleitung 54 angeordnet ist. Der Temperatursensor 62 ist ausgelegt, daß er den Sensorsignalpegel zwischen den Pegeln HOCH und NIEDRIG in Abhängigkeit von der Gichtgastemperatur in bezug auf eine eingestellte Temperatur ändert. Wenn nämlich die Gichtgastemperatur über die eingestellte Temperatur ansteigt, ändert sich der Sensorsignalpegel von dem Pegel NIEDRIG zu dem Pegel HOCH, um die Ventilbetätigungsvorrichtung 60 zu aktivieren, um das Stromventil 58 zu öffnen. Wie man erkennt, wird, da das in die Turbine der Rückgewinnungsturbine 10 für den oberen Druck einzuführende Gichtgas auf ungefähr 200ºC bis 180ºC aufrechterhalten werden soll, die eingestellte Temperatur in diesem Bereich eingestellt, so daß die Gaskühlvorrichtung 38 aktiv ist, wenn das Gichtgas, das durch die Gasströmungsleitung 54 strömt, höher als 200ºC ist.

Da von der Gaskühlvorrichtung 38 keine hohe Genauigkeit beim Einstellen der Gichtgastemperatur verlangt wird, wie sie von der Gaskühlvorrichtung 36 verlangt wird, wäre die einfache, oben angegebene Konstruktion zufriedenstellend, um die erwünschte Gaskühlwirkung zu erreichen.

Man beachte, daß die Gaskühlvorrichtung 42 in der Rückführleitung die gleiche Konstruktion wie die Gaskühlvorrichtung 38 aufweist, die oben angegeben worden ist.

Fig. 5 zeigt die Konstruktion der Gaskühlvorrichtung 40 zum Kühlen des Gichtgases, das in die Schieberventilanordnung 18 eingeführt werden soll. Die Gaskühlvorrichtung 40 umfaßt ein Paar aus einer Kühlwassersprühdüse 64 mit größerem Durchmesser und einer Kühlwassersprühdüse 66 mit kleinerem Durchmesser. Die Kühlwassersprühdüsen 64 und 66 sind mit einem Kühlwasserzufuhrkreis 68 verbunden, der die mit ihnen verbundene Zweigleitung 70 bzw. 72 enthält. Stromventile 74 und 76 sind in den Zweigleitungen 70 und 72 angeordnet, um die Wasserzufuhr zu den jeweils verbundenen Kühlwassersprühdüsen 64 und 66 zu steuern. Die Stromventile 66 und 72 sind mit Ventilbetätigungsvorrichtungen 78 und 80 verbunden. Die Ventilbetätigungsvorrichtungen 78 und 80 werden selektiv zum Steuern der Kühlwasserzufuhr in Abhängigkeit von der Temperatur des Gichtgases betätigt, das durch den Gasströmungsdurchlaß 82 für die Schieberventilanordnung 18 fließt, wie sie mittels eines Gastemperatursensors 84 überwacht wird und in Abhängigkeit von dem Ventilzustand der Schieberventilanordnung 18. In der dargestellten Ausführungsform hat die Schieberventilanordnung 18 nämlich drei Ventilelemente 18a, 18b und 18c, die selektiv in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Rückgewinnungsturbine 10 für den oberen Druck geöffnet und geschlossen sind. Um die Stromventile 74 und 76 synchron mit der Auswahl der Ventilelemente 18a, 18b und 18c zu steuern und um den Kühlungswirkungsgrad einzustellen, sind die Ventilbetätigungsvorrichtungen 78 und 80 mit einem elektrischen Wassersprühsteuersystem verbunden, das in Fig. 9 dargestellt ist und später erörtert wird.

Wie man in den Fig. 6 und 7 sehen kann, umfaßt die ringförmige Kühlwassersprühdüse 44 einen ringförmigen Sprühkörper 44a, an dem eine Austragsdüsenanordnung 44b angeordnet ist, um im wesentlichen kleine Kühlwassertröpfchen auszutragen oder zu sprühen. Die Austragsdüseneinrichtung 44b umfaßt eine Düsenbasis 44c, die fest in den Sprühkörper 44a eingeschraubt ist, und einen Düsenkopf 44d, der fest in die Düsenbasis 44c eingeschraubt ist. Jede Düsenbasis 44c ist mit einer Mehrzahl von umfangsmäßig angeordneten Düsenkopfaufnahmen 44e gebildet, an denen die Düsenköpfe 44d befestigt sind. Jeder Düsenkopf 44d hat eine Austragsöffnung 44f, um Kühlwasser mit im wesentlichen hohen Druck und kleiner Tropfengröße hindurchzusprühen.

Fig. 8 zeigt das Gaskühlsteuersystem, das vorgesehen ist, um die Kühlwassersprühmenge zu steuern, die durch Gaskühlvorrichtung 36 in den Staubfänger 14 ausgetragen werden soll. Um die Steuerung der genauen Gichtgastemperatur mit ausreichend großer Reaktion zu erleichtern, verwendet das gezeigte Gaskühlsteuersystem Optimalsteuerungstechnologien, um den eingestellten Druck in dem Stromventil einzustellen. Wie es insbesondere in Fig. 9 dargestellt ist, verwendet die Ausführungsform drei Kühlwassersprühdüsen 45a, 45b und 45c, die in vertikaler Ausrichtung zueinander in dem Staubfänger 14 angeordnet sind. In der gezeigten Ausführungsform hat die oberste Sprühdüse 45a 35 Düsenköpfe zum Austragen von Kühlwasser, die unterste Sprühdüse 45c hat 17 Düsenköpfe und die mittlere Sprühdüse 45b hat 18 Düsenköpfe. Ein Kühlwasserzufuhrsystem umfaßt drei Wasserpumpen 84, 86 und 88, die in Tandem-Anordnung angeordnet sind. Das Druckkühlwasser fließt durch die Pumpen in der Reihenfolge 88, 86 und 84. Der Auslaß der Pumpe 84 ist mit der Kühlwassersprühdüse 45a über eine Zufuhrleitung 90 verbunden. Die Sprühdüse 45a ist auch mit dem Einlaß der Pumpe 88 über eine Rückführleitung 92 verbunden, in der das Stromventil 60a vorgesehen ist. Das Druckregelventil 60a ist mit einer Ventilbetätigungsvorrichtung 94 verbunden. Die Pumpe 88 weist zwei Austragsauslässe auf. Einer der Auslässe ist mit der Pumpe 86 verbunden. Andererseits ist der andere der Auslässe gemeinsam mit den Sprühdüsen 45b und 45c verbunden. Die Sprühdüsen 45b und 45c sind auch mit dem Einlaß der Pumpe 88 durch eine Rückführleitung 96 über ein Druckregelventil 98 verbunden. Das Druckregelventil 98 ist mit der Ventilbetätigungsvorrichtung 100 verbunden.

Die Ventilbetätigungsvorrichtungen 94 und 100 sind mit einem elektrischen oder elektronischen Gaskühlsteuersystem verbunden, das in der Form eines Funktionsdiagramms dargestellt ist, das die Operationen zeigt, die von dem Steuersystem durchgeführt werden sollen. Das Steuersystem enthält eine Berechnungsstufe 102 für einen Mittelwert, die das Sensorsignal für die Gichtgastemperatur von den Temperatursensoren 104 erhält, um eine eine Gastemperatur anzeigende Date zu erzeugen, die die Gichtgastemperatur an dem oberen Ende des Hochofens 12 anzeigt, wobei diese die Gichtgastemperatur anzeigende Date nachfolgend als "obere Gastemperaturdate" bezeichnet wird. Die obere Gastemperaturdate wird einer Optimalwert-Steuerungsrechenstufe 106 zugeführt, in der eine Kühlwassermenge bestimmt wird, die durch die Kühlwassersprühdüsen 45a, 45b und 45c ausgetragen werden soll.

Die Optimalwert-Steuerungsrechenstufe 106 ist mit einer Verzögerungsberechnungsstufe 108 für die Gasfortbewegung verbunden, die wiederum mit einer trockenen Umwandlungsstufe 110 verbunden ist, in der ein Gasströmungsverzögerungsfaktor auf der Grundlage einer Geschwindigkeitsdate für die Gichtgasströmung abgeleitet wird, die mittels eines Gasflußmeters 112 erhalten wird, das in der Nähe des Sackfilters 16 vorgesehen ist. Die Optimalwert-Steuerungsrechenstufe 106 ist mit einer Ableitungsstufe 114 für eine Rückkopplungs-Gastemperaturdate verbunden, die "hohe Auswahl" genannt wird, und Sensorsignale für die Gichtgastemperatur von den Temperatursensoren 116 erhält, um das eine höhere Temperatur anzeigende Gastemperatursensorsignal als die Rückkopplungs-Gastemperaturdate auszuwählen. Ferner ist die Optimalwert-Steuerrechenstufe 106 unmittelbar mit der trockenen Umwandlungsstufe 110 verbunden, um von ihr eine die Gasströmungsmenge angebende Date zu erhalten.

In der Optimalwert-Steuerungsrechenstufe 106 wird eine Rechenoperation zum Ableiten der Kühlwasseraustragsmenge durchgeführt, wobei die obere Gastemperaturdate, der Gas- Strömungsverzögerungsfaktor, die Rückkopplungsgastemperaturdate und die Gasströmungsmengendate genommen werden. Die Verteilung der abgeleiteten Kühlwasseraustragsmenge, die durch die Sprühdüsen 45a, 45b und 45c ausgebracht werden soll, wird durch eine Ableitungsstufe 116 für die Austragsverteilung bestimmt. In der Ableitungsstufe 116 für die Austragsverteilung werden Austragssteuersignale für die Ventilbetätigungsvorrichtungen 94 und 100 erzeugt und letzteren über integrierte Strömungssteuerschaltkreise 118 und 120 zugeführt. Die integrierten Strömungssteuerschaltkreise 118 und 120 sind jeweils mit Subtrahiereinrichtungen 122 und 124 verbunden. Die Subtrahiereinrichtung 122 ist mit den Kühlwasserdrucksensoren 126 und 128 verbunden, um eine eine Wasserdruckdifferenz anzeigende Date zu erzeugen. Ebenso ist die Subtrahiereinrichtung 124 mit den Kühlwasserdrucksensoren 130 und 132 verbunden, um eine eine Wasserdruckdifferenz anzeigende Date zu erzeugen. Diese die Druckdifferenz anzeigenden Daten werden integrierten Strömungssteuerkreisen 118 und 120 als Rückkopplungsdaten zugeführt, so daß auf deren Grundlage die Betätigungsgrößen der Ventilbetätigungsvorrichtungen 94 und 100 gesteuert wird.

Für den praktischen Fall sind Daten für die Kühlwassersprühdüsen 45a, 45b und 45c im folgenden dargestellt:

AUSTRAGSSTARTBEDINGUNG Sprühdüse 45a

Wenn die obere Gastemperatur 400ºC erreicht oder wenn die an die Düsen 45b und 45c zu verteilende Kühlwassermenge größer als oder gleich 80 m³/h wird.

Sprühdüse 45b

Wenn die Kühlwasserströmungsmenge, die an die Düsen 45c verteilt werden soll, größer als oder gleich 30 m³/h wird.

Sprühdüse 45c

Wenn die obere Gastemperatur 250ºC erreicht oder wenn die Rückkopplungsgastemperatur 190ºC erreicht.

AUSTRAGUNGSBEENDIGUNGSBEDINGUNG Sprühdüse 45a

Wenn die obere Gastemperatur 370ºC erreicht oder wenn die an die Düsen 45b und 45c zu verteilende Kühlwassermenge größer als oder gleich 70 m³/h wird.

Sprühdüse 45b

Wenn die Kühlwasserströmungsmenge, die an die Düsen 45b und 45c verteilt werden soll, kleiner als oder gleich 20 m³/h wird.

Sprühdüse 45c

Wenn die obere Gastemperatur 240ºC erreicht oder wenn die Rückkopplungsgastemperatur 170ºC erreicht.

MINIMALE AUSTRAGSMENGE

Sprühdüse 45a 60 m³/h

Sprühdüse 45b 10 m³/h

Sprühdüse 45c 4 m³/h

MAXIMALE AUSTRAGSMENGE

Sprühdüse 45a 253 m³/h

Sprühdüsen 45b + 45c 131 m³/h

MITTLERE SPRÜHWASSERTROPFENGRÖSSE

Sprühdüse 45a 120 Mikrometer

Sprühdüse 45b + 45c 96 Mikrometer

Die obigen beispielhaften Daten werden in der Optimalwert- Steuerungsrechenstufe 106 eingestellt, um zum Ableiten der Kühlwasseraustragsmenge verwendet zu werden.

Fig. 9 zeigt die Steuerschaltung zum Steuern der Kühlwasserzufuhr zu den Kühlwassersprühdüsen 64 und 66. Die Steuerschaltung enthält drei UND-Tore 134, 136 und 138. Ein Eingang des UND-Tors 134 ist mit einem von der Gastemperatur abhängigen Signalerzeugungselement 140 verbunden, das ausgelegt ist, das Ausgangssignal umzukehren, um in Reaktion auf die Gastemperatur, wie sie durch den Gastemperatursensor 84 überwacht wird, ein Signal mit dem Pegel HOCH zu erzeugen, wenn sie größer als ein vorbestimmtes Wasseraustragskriterium ist, und das Ausgangssignal umzukehren, um ein Signal mit dem Pegel NIEDRIG in Reaktion auf die Gastemperatur zu erzeugen, wenn sie niederer als ein vorbestimmtes Beendigungskriterium für die Wasseraustragung ist. Das von der Gastemperatur abhängige Signalerzeugungselement 140 ist auch mit einer Eingangsklemme der UND-Tore 136 und 138 verbunden. An die andere Eingangsklemme des UND-Tors 134 wird ein Signal mit dem Pegel HOCH eingegeben, wenn zwei Turbinen in Betrieb sind. An die andere Eingangsklemme des UND-Tors 136 wird ein Signal mit dem Pegel HOCH eingegeben, wenn eine einzige Turbine in Betrieb ist. Andererseits wird dem UND- Tor 138 ein Signal mit dem Pegel HOCH eingegeben, wenn keine Turbine angetrieben wird.

Die Ausgangsklemme des UND-Tors 134 ist mit einer der Eingangsklemmen eines anderen UND-Tors 142 verbunden. Das andere UND-Tor 142 ist mit einem Flip-Flop 144 verbunden, das gesetzt wird, wenn der Wert des Öffnungsgrades der Schieberventilanordnung größer als oder gleich 10% wird, und wird zurückgesetzt, wenn der Wert des Öffnungsgrades kleiner als oder gleich 5% wird. Die Ausgangsanschlüsse der UND-Tore 142, 136 und 138 sind mit einem ODER-Tor 146 verbunden. Die Ausgangsklemme des ODER-Tors ist mit der Ventilbetätigungsvorrichtung 78 verbunden. Die Ausgangsklemme des UND-Tors 138 ist mit der Ventilbetätigungsvorrichtung 80 verbunden.

Durch die oben angegebene Steuerschaltung kann das Kühlwasser wahlweise den Kühlwassersprühdüsen in Abhängigkeit von der Betriebsbedingung der Wiedergewinnungsturbine 10 für den oberen Druck und in Abhängigkeit von der Gastemperatur zugeführt werden.


Anspruch[de]

1. Vorrichtung zur Gichtgasumwälzung umfassend:

eine durch Gichtgas angetriebene Turbine zur Erzeugung elektrischer Energie, wobei die Turbine Turbinenschaufeln mit einer ersten Hitzebeständigkeitstemperatur aufweist;

eine die Gicht eines Hochofens mit der Turbine verbindende Gasdurchflußpassage;

eine trockene Staubentfernungseinrichtung, die in der Gasdurchflußpassage angeordnet ist und zum Entfernen von Staub im Gichtgas ausgestaltet ist, wobei die Einrichtung ein Filterelement aufweist, das eine zweite Hitzebeständigkeitstemperatur aufweist, die höher ist als die erste Hitzebeständigkeitstemperatur;

eine parallel zur Turbine vorgesehene Schieberventilanordnung, wobei die Schieberventilanordnung eine dritte Hitzebeständigkeitstemperatur aufweist;

einen Gasrückführungskreislauf zum Zurückführen eines Teils des Gichtgases zu einem Beschickungssystem des Hochofens;

eine stromaufwärts der trockenen Staubentfernungseinrichtung vorgesehene erste Kühleinrichtung zum Kühlen des Gichtgases auf eine Temperatur, die niedriger ist als die zweite Hitzebeständigkeitstemperatur;

eine stromabwärts der trockenen Staubentfernungseinrichtung und stromabwärts der Turbine vorgesehene zweite Kühleinrichtung, wobei die zweite Kühleinrichtung stromaufwärts derselben auf eine Gichtgastemperatur anspricht, die höher ist als die erste Hitzebeständigkeitstemperatur, um das Gichtgas auf eine Temperatur zu kühlen, die niedriger als die erste Hitzebeständigkeitstemperatur ist;

eine stromaufwärts der Schieberventilanordnung vorgesehene dritte Kühleinrichtung, die auf die Gichtgastemperatur anspricht, die höher als die dritte Hitzebeständigkeitstemperatur ist, um das Gichtgas auf eine Temperatur zu kühlen, die niedriger als die dritte Hitzebeständigkeitstemperatur ist;

eine innerhalb des Gasrückführungskreislaufs angeordnete vierte Kühleinrichtung, die auf eine Gichtgastemperatur beim Zurückführen im Gasrückführungskreislauf anspricht, die höher ist als eine vierte Temperatur, um das Gichtgas auf eine Temperatur unterhalb der besagten Temperatur zu kühlen;

eine in der Gasdurchflußpassage stromaufwärts der trockenen Staubentfernungseinrichtung vorgesehene Staubauffangeinrichtung, wobei die erste Kühleinrichtung innerhalb der Staubauffangeinrichtung angeordnet ist;

wobei die erste Kühleinrichtung eine mit einer druckbeaufschlagten Kühlwasserquelle über eine Zulauf- und Rücklaufleitung verbundene Kühlwassersprühdüse umfaßt, wobei die Rücklaufleitung mit der Zulaufleitung in einer Position stromaufwärts der Kühlwassersprühdüse verbunden ist, wobei in der Rücklaufleitung ein Druckflußregler zur Regelung des Drucks des der Kühlwassersprühdüse zugeführten Kühlwassers angeordnet ist;

wobei die Schieberventilanordnung wenigstens ein erstes und ein zweites Schieberventil umfaßt, und die dritte Gaskühlungseinrichtung eine Kühlwassersprüheinrichtung mit variabler, von den Ventilstellungen des ersten und des zweiten Schieberventils abhängiger, Kühlwassersprühmenge umfaßt; und

wobei die zweite Kühlwasseranordnung mit einem Gastemperaturfühler in Verbindung steht, der die Gichtgastemperatur in einer Position stromabwärts der trockenen Staubentfernungseinrichtung und stromaufwärts der zweiten Kühleinrichtung überwacht, und eine Gichtgastemperatur erfaßt, die höher ist als die besagte erste Temperatur, um die zweite Kühleinrichtung in Betrieb zu setzen.

2. Vorrichtung zur Gichtgasumwälzung nach Anspruch 1, wobei die erste Kühleinrichtung eine Mehrzahl von Kühlwassersprühdüsen aufweist, die wenigstens eine erste und eine zweite Düse umfassen, wobei die erste Düse mit einem ersten druckbeaufschlagten Kühlwasserversorgungssystem verbunden ist, das eine erste Zulauf- und eine erste Rücklaufleitung, in der ein erster Druckflußregler angeordnet ist, umfaßt, und wobei die mit einem zweiten druckbeaufschlagten Kühlwasserversorgungssystem verbundene zweite Düse eine zweite Zulauf- und eine zweite Rücklaufleitung, in der ein Druckflußregler angeordnet ist, umfaßt;

3. Vorrichtung zur Gichtgasumwälzung nach Anspruch 1, wobei die dritte Kühleinrichtung mit einem Temperaturkühler in Verbindung steht, der Gichtgastemperaturen erfaßt, die höher sind als die sich nach der Hitzebeständigkeitstemperatur von Bestandteilen der Schieberventilanordnung richtende dritte Hitzebeständigkeitstemperatur, derart, daß die dritte Kühleinrichtung in Betrieb gesetzt wird, wenn eine Gichtgastemperatur erfaßt wird, die höher als die dritte Hitzebeständigkeitstemperatur ist.

4. Vorrichtung zur Gichtgasumwälzung nach Anspruch 1, wobei die zweite Kühleinrichtung eine Kühlwasserdüse umfaßt, die mit einem druckbeaufschlagten Kühlwasservorrat über eine Zulaufleitung verbunden ist, in der ein Druckflußregler angeordnet ist, der auf den das Gichtgas erfassenden Temperaturfühler reagiert.







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