NO162260B - Fremgangsm te ved oppvarming av prosessluft for indt bruk. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte ved oppvarming av prosessluft for industrielle formål tjil en forutbestembar temperatur.

Forbruket av prosessgass, spesielt luft med høyere temperatur, er i mange industrielle prosesser stor. En vanlig varmebehandling av forskjellige store gassvolumer ved hjelp av f.eks. varmevekslere krever altfor store investeringer,

og man er derfor i den senere tid stadig gått mere over til å utnytte en forbrenning av fossilt brensel for slik oppvarming såsom kull, koks, naturgass, olje osv. Både fra miljømessige og prosesstekniske synspunkter er en slik forbrenning problematisk - miljømessig særlig ved at med-følgende utslipp av svovelforbindelser med tilsvarende for-suring av miljøet samt nedsmussing ved røk og sot og prosessteknisk ved at svovel ikke må forekomme i visse prosesser, f.eks. i forskjellige jern- og stålfremstillingsprosesser. Dertil kommer også kostnadsaspektene - ettersom prisene

på fossile brensler i den senere tid har steget skiredaktig.

i

I

Det ovenfor omtalte problem har stadig beskjeftiget mange fagmenn innenfor området. I forbindelse med stålfremstil-ling er det også allerede utviklet en metode for å øke temperaturen i blæstgass ved en masovn i den hensikt å

øke produksjonen og samtidig redusere koksforbruket. Ved denne kjente fremgangsmåte ledes blæstgassen helt eller delvis gjennom et plasma som dannes i en plasmagenerator av i og for seg kjent type ved hjelp av en elektrisk lys-bue. Fordelen med en plasmagenerator er dens høye virknings-grad som kommer opp i nærheten av 90% og at en meget høy temperatur kan oppnås, normalt over 3000°C.

I en plasmagass som dannes i en plasmagenerator er en del

av de foreliggende atomer og molekyler ioniserte, og disse ioniserte partikler er meget reaktive. Når plasmagass frem-stilt av en luftstrøm går over til normale betingelser ved lavere temperatur, får man imidlertid foruten nitrogen og oksygen også nitrogenoksyder. Nitrogenoksydene er som kjent meget giftige og gir opphav til dannelse av salpetersyre

som kan forstyrre prosessutstyret. Ved den tidligere kjente oppvarming av blæstluft for masovner er det ikke tatt noe hensyn- til nitrogenoksyddannelsen fordi plasmagassen som dannes innblåses direkte i masovnen, hvor en automatisk nedbrytning av nitrogenoksyder oppnås under gjennomløpet av masovnchargeringen.

Således angår US patent 3 708 409 en fremgangsmåte hvor nitrogen og argon eller luft, hydrogen og nitrogen bringes til å passere en plasmagenerator. Her er det imidlertid ikke tatt hensyn til slike dannede nitrogenoksyder.

Også i NO patent 142 989, som beskriver oppvarming av nitrogengass og argon i en plasmagenerator, GB patent 1 457 862 og SE patent 371 453,

som omhandler dannelse av en forbrenningsgass av CO og H2, er det sett bort fra problemet med dannelse av nitrogenoksyder.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å unngå ovennevnte ulemper, samt å tilveiebringe en fremgangsmåte ved oppvarming av prosessluft uten at prosessluften forurenses, og uten at den ovenfor nevnte nitrogenoksyddannelse finner sted, og som dessuten fører til en billigere oppvarming sammenlignet med en konvensjonell oppvarming ved hjelp av fossile brensler.

Dette løses ifølge oppfinnelse ved den innledningsvis beskrevne fremganas-måte, slik som beskrevet i krav l's karakteriserende del.

Gass-strømmen som oppvarmes i plasmageneratoren består

av vanndamp. Det har nemlig for en fagmann helt overraskende vist seg at. det ikke forekommer noe nitrogenoksyddannelse heller i blandingssonen når den varme plasmagass dannet av vanndamp blandes med luft.

Ifølge en ytterligere foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen1 dannes vanndampen som oppvarmes i plasmageneratoren helt eller delvis ved hjelp av de kjølevannstap som oppnås

i plasmageneratoren.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under hen-visning til de vedlagte tegninger som på eksemplifiserende måte viser noen utførelsesformer av oppfinnelsen hvor: fig. 1 viser skjematisk en anordning ifølge oppfinnelsen, fig. 2 viser skjematisk et kulsinterverk med båndrist ut- styrt med varmluftdannelsen ifølge oppfinnelsen og fig. 3 viser et snitt langs linjen IV - IV gjennom anord ningen ifølge fig. 2. 1 fig. 1 vises således skjematisk en plasmagenerator som er angitt med 1. Plasmageneratoren 1 har en tilførselsledning 2 for en gass-strøm for oppvarming, som fortrinnsvis består av vanndamp. Ved passasjen av den elektriske lysbuen som dannes i plasmageneratoren får gassen en plasmatilstand og såkalt plasmagass dannes. Umiddelbart etter plasmageneratoren sett i strømningsretningen er det anordnet en vann-kjølt form 3 med tilhørende lanser 4 for tilførsel av even-tuelt tilsetningsmateriale. Umiddelbart etter formen til-føres strømmen av luftvolumet for oppvarming en plasmagass med meget høy temperatur, hvilket foretas gjennom et tilløp 7 som munner i det som kan betegnes som en blandings- eller reaksjonssone 8.

Plasmageneratorens metalldeler er vannkjølte og ca. 15%

av effekten som tilføres plasmageneratoren faller bort som tap til kjølevannet. Ved å konstruere plasmageneratoren slik at trykk og temperatur kan økes, kan vannet benyttes for dampgenerering i en varmeveksler.

Trykket i dampen som skal mates til plasmageneratoren skal fortrinnsvis ligge på 3 - 4 bar, hvilket medfører tempera-turer på minst 120°C, og plasmageneratorens kjølekanaler må således dimensjoneres for å tåle i det minste disse betingelser hvilket likevel ikke innebærer noe problem.

I fig. 2 vises tilpasning av oppfinnelsen til et kulsinterverk med båndrist. I det her viste kulsinterverket arbeider et endeløst bånd 11 bestående av et stort antall innbyrdes koblede vogner 12 som ruller på skinner for transport av agglomerert jernmalmslagg, såkalte pellets,gjennom en ovn 13. Tilførselen av pellets til vognene 12 skjer kontinuerlig gjennom en rullesikt 14. Vognene 12 passerer i nevnte orden to tørkesoner 15, 16, en. forvarmingssone 17, en sintrings-sone 18 med to sintringssoner 18a, 18b samt to kjølesoner 19, 20. Bunnflaten i disse vogner 12 er utformet luftgjennom-trengelige og kunne f.eks. være gitterformede eller nett-formede .

Som prosessluft til kulsinterverket kan det f.eks. anvendes kjøleluft fra en annen del av prosessen. Luften innmates ved hjelp av en kjølevifte 21, hvorunder luften først blåses inn i kjølesonene 19, 20'. En mindre del av luften strømmer gjennom den siste kjølesonen 20, mates ved hjelp av en tørke-luftvifte 2 2 til den første tørkesone 15 for å strømme oppad gjennom sjiktet av pellets i vognene og gjennom en utsugnings-vifte 23 ut i en skorstein 24.

Den største del av den innsugde luft føres opp i et rør eller kappe 25, hvoretter den strømmer ned gjennom kanaler 25a, 25b til i forvarmingssonen 17 og til i sintringszonen 18 anord-nede brennere 26 henholdsvis 27. En passende fordeling kan være fire par brennere i forvarmingssonen og 7 par brennere i sintringssonen.

En liten del av kjøleluften bringes til å strømme ned gjennom vognene i den andre ettersintringssonen 18b, slik at sintringsprosessen fullbyrdes også i de nederste pellets-sjiktene i vognene.

Under sintringssonene 18a, 18b er det anordnet en rekupera-sjonsvifte 28, fra hvilken luften føres gjennom en ledning 29 til den andre tørkesonen 16,for etter å ha passert vognene som er fylt med pellets, å blåses ut gjennom skorsteinen sammen med luften fra sintringssonen ved hjelp av en avgass-vifte.

Ved tilpasning av den ifølge oppfinnelsen foreslåtte

teknikk til et slikt kulsinterverk, erstattes gjerne

seks av brennerparene i sintringssonen med plasmageneratorer utformet ifølge fig. 1 hvorigjennom den nødvendige oppvarming av luften oppnås uten nitrogenoksyddannelse.

Volumet av den atomiseringsluft som normalt anvendes for olje-brennerene er tilstrekkelig for anvendelse i de plasmageneratorer som er foreslått ifølge oppfinnelsen. Noen ytterligere prosessteknisk forandring, såsom installering av ytterligere vifter og kompressorer, kreves derfor ikke hvis kulsinterverkets prosessluftoppvarming skjer på den måte som foreslås ifølge oppfinnelsen. Det eneste som kreves er således en installasjon av plasmabrennerene som er foreslått ifølge oppfinnelsen med tilhørende elektrisk! utstyr og tilbehør, samt tilkobling til en kilde for vanddamp eller annen gass.

I fig. 3 vises et tverrsnitt gjennom anordningen i fig. 2 langs linjen IV - IV som går gjennom sintringssonen.

Herav fremgår at vognene 12 med hjul 31 går på skinner

32. Luften som er oppvarmet til 900°C,strømmer fra kappen

25 ned gjennom kanalene 25a og 25b til brennerområdet, hvor den oppvarmes for siden å komme inn i ovnsområdet 33 og ned gjennom vognene som er fylt med pellets. I fig. 3

vises anordningen med plasmageneratorer utformet ifølge oppfinnelsen som vist i fig. 1. Anleggets funksjon vil fremgå klarere i forbindelse med det nedenfor beskrevne utførelseseksempel.

Man skal være oppmerksom på at den beskrevne tilpasning

av oppfinnelsen bare er en av de mange tenkelige tekniske

I

f

tilpasninger som kan utføres takket være at problemet med nitrogenoksyddannelsen nå er løst på en tilfredsstil-lende måte.

Oppfinnelsen skal nå belyses nærmere ved et utførelses-eksempel i forbindelse med et kulsinterverk som er skjematisk gjengitt i fig. 2 og 3.

Eksempel

Produksjonen i kulsinterverket antas å nå 420 tonn pellets pr. time. Tidligere i prosessen anvendt luft med en temperatur på ca. 900°C anvendes som inngangsluft. For selve sintringsprosessen kreves som kjent en temperatur på ca. 1300°C. Imidlertid må innkomne pellets ikke utsettes for en sprangvis økning av temperaturen til 1300OC. Derfor er anordningen slik utformet, hvilket også fremgår av ovenstående detaljerte beskrivelse, at man i en første tørkesone anvender en tørkeluft som har en temperatur på

ca. 250°C, hvorpå lufttemperaturen sakte økes i forvarm-ingssoner. Etter sintringssonen er det anordnet ettervarm-ingssoner, hvilket kreves for at også de pellets som ligger underst skal rekke å sintre. Således er det særlig i selve sintringssonen som skal foreligge at de tidligere anvendte oljebrennere erstattes med piasmageneratorene som foreslås ifølge oppfinnelsen.

Med nevnte produksjonskapasitet kreves et effekttilskudd på 3 9 MW tilsvarende 3,4 tonn olje/time for oppvarming av ca. 70.000 Nm<3> luft/time.

Båndovnsverket i utførelseseksempelet har 11 brennerpar hvorav 7 i sintringssonen. Ved denne tilpasning av oppfinnelsen byttes fortrinnsvis de 6 siste brennerparene ut mot 6 parvis koblede plasmageneratorer. Volumet av den gass-strøm som passerer plasmageneratoren for dannelse av plasmagass,utgjør som regel bare 10% av det til slutt er-holdte volum prosessluft som anvendes for sintringen. Inngangstemperaturen på denne gass-strømmen er derfor ikke kritisk.

En forutsetning for en vellykket prosessutvikling ved så investeringskrevende anlegg som kulsinterverk,er absolutt at eventuelle forbedringer kan oppnås med minst mulig inn-grep i det foreliggende anlegg. Disse krav oppfylles i foreliggende tilfelle, hvor oljebrenneraggregatene bare behøver å erstattes med piasmageneratorene sammen med elektrisk utstyr for elektrisk forsyning av disse og visse mindre til-setninger. Energibehovet ved anvendelse av plasmabrenner og oljebrenner er i store trekk de samme. Plasmabrennerens virk-ningsgrad er likevel høyere enn virkningsgraden til oljebren-nerene. Det vesentlige i sammenhengen er likevel at fossile brennstoffer, hvis priser sti.ger meget raskt, ved oppfinnelsen kan erstattes med den vesentlig billigere elektriske energi.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte ved oppvarming av prosessluft for industrielle formål til en forutbestembar temperatur, karakterisert ved at en vanndamp som er fri for fritt nitrogen og oksygen føres gjennom en plasmagenerator og i denne oppvarmes til en høy temperatur og at den derved dannede plasmagass blandes med en prosess-luftstrøm i slike forhold at en forutbestemt temperatur oppnås i den resultende gass-strøm.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at vanndampen helt eller delvis dannes med hjelp av de kjølevannstap som forekommer i plasmageneratoren.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2,karakterisert ved at plasmagassen som dannes i plasmageneratoren blandes inn i prosessluftstrømmen umiddelbart etter plasmageneratoren.

4- Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 - 3, karakterisert ved at gass-strømmen som oppvarmes i plasmageneratoren utgjør ca. 10% av prosess-luf tstrømmen .