DEGEL, Rolf (Im Laar 2, Ratingen, 40878, DE)
KUNZE, Jürgen (Ulmenweg 13, Xanten, 46509, DE)
SCHMIEDEN, Hartmut (Nordring 47, Issum, 47661, DE)
KÖNIG, Roland (Klotzdelle 15 d, Mülheim a. d. Ruhr, 45472, DE)
DEGEL, Rolf (Im Laar 2, Ratingen, 40878, DE)
KUNZE, Jürgen (Ulmenweg 13, Xanten, 46509, DE)
SCHMIEDEN, Hartmut (Nordring 47, Issum, 47661, DE)
| Ansprüche 1 . Verfahren zur Verminderung des metallurgischen Energiebedarfs eines geschlossenen elektrischen Schmelz- und/oder Reduktionsofens (1 ) für die Er- zeugung von Eisenlegierungen, Metallen, Silizium, für Recycling-Prozesse und chemische Prozesse, wobei das anfallende CO-reiche Prozessgas des Schmelz- und/oder Reduktionsofens (1 ) nach Kühlung und anschließender Gasreinigung in einem Gasmotor (3) zum Antrieb eines Generators (4) zur Erzeugung von elektrischer Energie verbrannt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Senkung des erforderlichen Energiebedarfs für den im elektrischen Schmelz- und/oder Reduktionsofen (1 ) ablaufenden metallurgischen/chemischen Prozess die heißen Verbrennungsgase des Gasmotors (3) zur gezielten Erhöhung der Eintrittstemperatur des in den Schmelz- und/oder Reduktionsofen (1 ) einzutragenden Beschickungsmaterials genutzt werden. 2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Aufheizung des Beschickungsmaterials zur Erhöhung seiner Eintrittstemperatur in den Schmelz- und/oder Reduktionsofen (1 ) in direktem Kontakt mit den heißen Verbrennungsgasen des Gasmotors (3) durchgeführt wird. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufheizung des Beschickungsmaterials in einem mit den Verbrennungsgasen durchströmten Drehrohr (5) oder vergleichbarem Aggregat durchgeführt wird. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung eines intensiven Wärmeaustausches zwischen den etwa 500 °C heißen Verbrennungsgasen des Gasmotors (3) und dem Beschickungsmaterial die Verbrennungsgase im Gegenstrom zum Beschickungsmaterial durch das Drehrohr (5) oder durch das vergleichbare Aggregat geführt werden. 5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die im Drehrohr (5) oder im vergleichbaren Aggregat durch den stattgefundenen Wärmeaustausch abgekühlte, aber Staubanteile des Beschickungsmaterials enthaltenden Verbrennungsgase nach dem Durchströmen des Drehrohrs (1 ) oder des vergleichbaren Aggregats in einfacher Weise, beispielsweise durch einen Schlauchfilter, entstaubt wird. 6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeenergie des Gasmotorkühlwassers einer betrieblichen Verwendung zugeführt wird. 7. Vorrichtung zur Verminderung des metallurgischen Energiebedarfs eines geschlossenen elektrischen Schmelz- und/oder Reduktionsofens (1 ) für die Erzeugung von Eisenlegierungen, Metallen, Silizium, für Recycling-Prozesse und chemische Prozesse, wobei das anfallende CO-reiche Prozessgas des Schmelz- und/oder Reduktionsofens (1 ) nach Kühlung und anschließender Gasreinigung in einem Gasmotor (3) zum Antrieb eines Generators (4) zur Erzeugung von elektrischer Energie verbrannt wird, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch ein oberhalb des Schmelz- und/oder Reduktionsofens (1 ) oder benachbart dazu in dessen Beschickungslinie angeordnetes Drehrohr (5) oder vergleichbares Aggregat zur gezielten Aufheizung des in den Schmelz- und/oder Reduktionsofen (1 ) einzutragenden Beschickungsmaterials mit den etwa 500 °C heißen Verbrennungsgasen des Gasmotors (3), wozu das Drehrohr (5) oder das ver- gleichbare Aggregat über eine isolierte Gasleitung (23) mit dem Gasmotor (3) und über Fördermittel (13, 14) mit dem Schmelz- und/oder Reduktionsofen (1 ) verbunden ist. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum des Drehrohrs (5) oder vergleichbaren Aggregats mit Mitteln zur Förderung des Beschickungsmaterials, beispielsweise mit Hubschaufeln ausgebildet ist. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehrohr (5) oder das vergleichbare Aggregat für eine Aufheizung des Beschi- ckungsmaterials nach dem Gegenstromprinzip ausgebildet ist. |
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verminderung des metallurgischen Energiebedarfs eines geschlossenen elektrischen Schmelz- und/oder Reduktionsofens für die Erzeugung von Eisenlegierungen, Metallen, Silizium, für Recycling-Prozesse und chemische Prozesse, wobei das anfallende CO-reiche Prozessgas des Schmelz- und/oder Reduktionsofens nach Kühlung und anschließender Gasreinigung in einem Gasmotor zum Antrieb eines Generators zur Erzeugung von elektrischer Energie verbrannt wird.
Elektrische Schmelzöfen werden für die Erzeugung von Legierungen, Silizium, für Recycling Prozesse und chemische Prozesse eingesetzt. Sofern dabei oxidisch vorliegende Bestandteile reduziert werden, entsteht ein CO-reiches Gas. Bei so genannten offenen Öfen verbrennt dieses stark CO-haltige Gas unmittelbar an der Oberfläche des mit Beschickungsmaterial (Möller) gefüllten Ofens zu CO2. Die heißen Abgase werden teilweise aufgefangen, gereinigt und die thermische Energie in manchen Fällen zur Warmwasser- oder auch Dampferzeugung genutzt.
Bei geschlossenen Öfen wird der elektrische Schmelz- und Reduktionsofen mit einem gasdichten Deckel ausgestattet. Das Prozessgas verbleibt ohne Frischluftzufuhr in einem so genannten Gasraum oberhalb des Beschickungsmaterials im Ofen und wird über Abgasleitungen einer Kühlung und anschließenden Reinigung zugeführt. Das so gereinigte Abgas kann verbrannt und zur Dampferzeugung genutzt werden. Dieser Dampf dient in chemischen Betrieben als Prozessdampf, in anderen Fällen wird er zur Stromerzeugung mittels Dampfturbinen genutzt. Aus der EP 0139 310 B1 ist ein Verfahren zur Erzeugung von flüssigem, kohlenstoffhaltigem Eisen aus Eisenschwamm bekannt, wobei Eisenschwamm in einem Drehrohrofen reduziert, das reduzierte Material nach einer Aufbereitung in den Elektroreduktionsofen chargiert, das erzeugte kohlenstoffhaltige Eisen aufgekohlt und schließlich in einem Konverter zu Stahl Verblasen wird. Die im Drehrohrofen, im Elektroreduktionsofen und im Konverter anfallenden Prozessgase werden jeweils einer elektrischen Energieerzeugung zugeführt, bestehend aus einer Nachverbrennung, Dampferzeugung und Stromerzeugung . Die erzeugte elektrische Energie wird dem Elektroreduktionsofen zugeführt und zur Sauerstofferzeugung für den Konverter verwendet.
Eine weitere Verwendungsmöglichkeit zur Nutzung von Prozessgasen aus der Stahl- und Kokserzeugung ist der Einsatz von Gasmotoren. Diese Gasmotoren treiben dann ohne den Umweg über eine vorherige Dampferzeugung durch Verbrennung der Prozessgase Generatoren zur Erzeugung von elektrischer Energie an. Um den Wirkungsgrad solcher Anlagen mit Gasmotoren weiter zu erhöhen, ist es bekannt, die Abgase der Gasmotoren vereinzelt durch Wärme- tauscher zu führen, um somit wiederum Dampf und damit Strom zu erzeugen.
Diese beschriebene Abgaswärmerückgewinnung von Gasmotoren, die zur Verbrennung von Prozessgasen aus der Stahl- und Kokserzeugung eingesetzt werden, haben den Nachteil, dass mindestens 3 Aggregate (Wärmetauscher, Dampfturbine und Generator) bei vergleichsweise geringen Leistungen benötigt werden und insbesondere durch die Verkettung dieser Aggregate ein nicht ü- berzeugender mäßiger elektrothermischer Wirkungsgrad von etwa 35 - 40 % solcher Rückgewinnungs-Anlagen erreicht wird. Ausgehend von den oben geschilderten Nachteilen bei einem Einsatz von Gasmotoren zur Verbrennung von Prozessgasen ist es Aufgabe der Erfindung, die Abgaswärmerückgewinnung von Gasmotoren so weiter auszubilden, dass eine optimierte Nutzung der Gasmotorentechnik für elektrische Schmelzöfen mit hohem Wirkungsgrad erhalten wird. Die gestellte Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass zur Senkung des erforderlichen Energiebedarfs für den im elektrischen Schmelz- und/oder Reduktionsofen ablaufenden metallurgischen/chemischen Prozess die heißen Verbrennungsgase des Gasmotors zur gezielten Erhöhung der Eintrittstemperatur des in den Schmelz- und/oder Re- duktionsofen einzutragenden Beschickungsmaterials genutzt werden.
Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 7 angegeben. Im Gegensatz zum sonst üblichen Verfahren werden die heißen Abgase von Gasmotoren nicht zur Rückgewinnung von Energie in Form von Dampf bzw. elek-trischer Energie genutzt, sondern zur Senkung des erforderlichen Energiebedarfs für den im elektrischen Schmelz- und/oder Reduktionsofen ablaufenden metallurgischen bzw. chemischen Prozess durch eine Erhöhung der Eintritts- temperatur des Beschickungsmaterials in den elektrischen Schmelz- und/oder Reduktionsofen. Da ein nennenswerter Anteil der in den elektrischen Schmelz- und/oder Reduktionsofen einzubringenden Energie für die Erwärmung und das Aufschmelzen des Beschickungsmaterials (Möllers) benötigt wird, lässt sich auf diese Art ohne Energieumwandlungsstufen in direkter Weise metallurgische Energie sparen und somit der Energiebedarf des Ofens deutlich reduzieren.
Erfindungsgemäß wird die Aufheizung des Beschickungsmaterials zur Erhöhung seiner Eintrittstemperatur in den Schmelz- und/oder Reduktionsofen in direktem Kontakt mit den heißen Verbrennungsgasen des Gasmotors in einem mit den Verbrennungsgasen durchströmten Drehrohr oder vergleichbarem Aggregat durchgeführt. Das Drehrohr oder vergleichbare Aggregat ist oberhalb des Schmelz- und/oder Reduktionsofens oder benachbart dazu in dessen Beschickungslinie angeordnet und für die Zuführung der heißen Verbrennungsgase über eine isolierte Gasleitung mit dem Gasmotor verbunden. Die örtliche Nähe des Drehrohrs oder vergleichbaren Aggregats zum Schmelz- und/oder Reduktionsofen ist hierbei wichtig, da sonst während eines weiten Transport- weges das aufgeheizte Beschickungsmaterial unerwünscht wieder abkühlt und unnötige Transport- und Isolierkosten anfallen.
Das Drehrohr oder das vergleichbare Aggregat ist so ausgebildet, dass zur Herstellung eines intensiven Wärmeaustausches zwischen den etwa 500 °C heißen Verbrennungsgasen des Gasmotors und dem Beschickungsmaterial d ie Verbrennungsgase im Gegenstrom zum Beschickungsmaterial durch das Drehrohr oder durch das vergleichbare Aggregat geführt werden. Zur Förderung des Beschickungsmaterials ist das Drehrohr oder das vergleichbare Aggregat in Förderrichtung geneigt angeordnet, oder der Innenraum des Drehrohrs oder des vergleichbaren Aggregats ist mit entsprechenden Mitteln, beispielsweise Hubschaufeln ausgebildet.
Durch den in direktem Kontakt stattgefundenen Wärmeaustausch der Verbrennungsgase mit dem Beschickungsmaterial enthalten die abgekühlten Verbren- nungsgase Staubanteile des Beschickungsmaterials, die in einfacher Weise, beispielsweise durch einen Schlauchfilter, entfernt werden können.
Da auch das Gasmotorkühlwasser eine wenn auch geringe nutzbare Wärmeenergie enthält, kann das Gasmotorkühlwasser zur Nutzung dieser Wärme- energie einer betrieblichen Verwendung zugeführt werden.
Die erfindungsgemäße Prozesskette aus elektrischem Schmelz- und/oder Reduktionsofen, Prozessgasreinigung, Gasmotor zur Stromerzeugung mittels Generator und Drehrohr oder vergleichbarem Aggregat als Wärmetauscher zur gezielten Vorwärmung des Einsatzmaterials stellt somit eine optimierte Nutzung der Gasmotorentechnik für elektrische Schmelz- und/oder Reduktionsöfen mit hohem Wirkungsgrad dar.
In einer schematischen Zeichnungsfigur wird nachfolgend diese Prozesskette an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist als Basis der Prozesskette der elektrische Reduktionsofen 1 ein Submerged arc furnace (SAF), der kammerweise über Fördermittel mit dem aus einem Zwischenlager 6 entnommenen Beschickungsmaterial gefüllt wird. Die in diesem Reduktionsofen 1 anfallenden Prozessgase werden über eine Prozessgasleitung 21 einer (nicht dargestellten) Kühlung und einer Gasreinigung 2 zugeführt und gelangen dann über eine weitere Prozessgasleitung 22 zu einem Gasmotor 3, in dem die gekühlten und gereinigten Prozessgase zum Antrieb eines Generators 4 zur Erzeugung von e- lektrischer Energie 25 verbrannt werden. Erfindungsgemäß ist in der Beschickungslinie zwischen dem Zwischenlager und dem Reduktionsofen 1 ein zum Reduktionsofen 1 hin geneigtes Drehrohr 5 zur Aufheizung des Beschickungsmaterials angeordnet. Das aus dem Zwischenlager 6 entnommene zunächst noch kalte Beschickungsmaterial wird über das Fördermittel 1 1 in das obere Ende (in der Zeichnungsfigur rechts) des ge- neigten Drehrohrs 5 eingebracht und dort in Förderrichtung 12 zum unteren Austragsende hin (in der Zeichnungsfigur links) transportiert.
Die bei der Verbrennung der Prozessgase im Gasmotor 3 entstehenden ca. 500 °C heißen Verbrennungsgase gelangen über eine entsprechend isolierte Gas- leitung 23 vom Gasmotor 3 zum Drehrohr 5 und werden dort am Austragsende eingeleitet. Die Verbrennungsgase durchströmen nach dem Gegenstromprinzip das Drehrohr 5 in Strömungsrichtung 24 entgegengesetzt zur Förderrichtung 12 des Beschickungsmaterials. Auf ihrem entgegengesetzten Weg durch das Drehrohr 5 und der dadurch bedingten Verweilzeit erfolgt in direktem Kontakt ein Wärmeübergang von den Verbrennungsgasen zum Beschickungsmaterial, wobei letzteres aufgeheizt und die Verbrennungsgase selbst abgekühlt werden und zusätzlich etwas Staub des Beschickungsmaterials aufnehmen.
Das das Drehrohr 5 am Austragsende verlassende heiße Beschickungsmaterial wird mit einem hitzebeständigen Fördermittel 13 zu einem möglichst isolierten Zwischenlager 7 und von dort mit einem weiteren hitzebeständigen Fördermittel 14 in den Reduktionsofen 1 chargiert.
Bezugszeichenliste
1 Reduktionsofen (Submerged arc furnace)
2 Gasreinigung
3 Gasmotor
4 Generator
5 Drehrohr
6 Zwischenlager für kaltes Beschickungsmaterial
7 Zwischenlager für aufgeheiztes Beschickungsmaterial
1 1 Fördermittel für das kalte Beschickungsmaterial zum Drehrohr
12 Transportrichtung des Beschickungsmaterials im Drehrohr
13 Fördermittel für das aufgeheizte Beschickungsmaterial nach dem Drehrohr
14 Fördermittel für das aufgeheizte Beschickungsmaterial in den Redukti- onsofen
21 Prozessgasleitung vom Reduktionsofen zur Gasreinigung
22 Prozessgasleitung von der Gasreinigung zum Gasmotor
23 Gasleitung für die heißen Verbrennungsgase des Gasmotors zum Drehrohr
24 Strömungsrichtung der heißen Verbrennungsgase des Gasmotors im Drehrohr
25 erzeugte elektrische Energie
Next Patent: SYSTEM AND METHOD FOR CASTING AND ROLLING METAL