Stand der - konventionellen - Technik
Die Aufgabe besteht darin, mit einem Einblasgefäß mengengeregelt Feststoffe pneumatisch einzublasen, entweder in Druckreaktoren oder durch eine Tauchlanze in Roheisenschmelzen. Dies wird erreicht durch nachführende Massenstromregelung (gravimetrische Erfassung und Gewichtsdifferentiation). In bekannten Entschwefelungsanlagen werden Kalk, Kalziumkarbid und Magnesium im Ko- bzw. Multiinjektionsverfahren in Roheisenschmelzen eingeblasen.
Da es kein sicheres Messprinzip für eine direkte Erfassung von Feststoffmengen in pneumatischen Förderleitungen gibt, besteht die einzige Möglichkeit darin, durch das abnehmende Gewicht des Druckbehälters über Waagen die Austragsrate pro Zeiteinheit abzuleiten. Der errechnete Istwert ist jedoch durch seine erhebliche Verspätung als Führungsgröße für einen Regelkreis ungeeignet. Bei Monoinjektion können alle genannten negativen Effekte noch kompensiert werden. Wenn jedoch mehrere Entschwefelungsmittel gleichzeitig im Ko- bzw. Multiinjektionsverfahren eingeblasen werden, zeigt sich die immanente Unzulänglichkeit des Systems. Eine direkte Regelung mit rückgerechneten Werten ist nicht nur höchstungenau, sondern verschlechtert grundsätzlich das Blasverhalten. Regelkreise in heutigen Anlagen sind extrem gedämpft, und die hochwirtschaftliche Fahrweise mit Polygonzügen ist zwar programmierbar, jedoch nicht umsetzbar.
Testen Sie Ihre konventionelle Technik
Hängen Sie an Ihr Einblasgefäß einen Behälter aus Rohr (Durchmesser: 250mm; Höhe: ca. 800mm; Konus mit ca. 18mm Auslaufbohrung).
Die Bohrung sollte mit einem Blech verschlossen sein, das mit Draht befestigt ist. Füllen Sie den Zusatzbehälter vollständig mit fließfähigem Sand (ca. 80 kg). Stellen Sie unter den Auslauf des Behälters eine Waage mit Auffangwanne.
- Aktivieren Sie die Austragsmengenerkennung über die Waage (Differentiation des zeitabhängigen Gewichtes) sowie die Kurvendarstellung des Leitsystems.
- Setzen Sie eine Stoppuhr gleich mit der Uhr des Leitsystems.
- Trennen Sie den Draht, der das Verschlussblech hält. Der Sand beginnt wie bei einer Sanduhr zu fließen.
- Lesen Sie alle 10 Sekunden das Gewicht von der transportablen Waage ab. Nach ca. 3 Minuten schließen Sie den Verschluss für ca. 30 Sek. und öffnen dann wieder. Nachdem das Zusatzgefäß nach ca. 8 Min. leer ist, ermitteln Sie die tatsächliche Auslaufmenge pro Zeiteinheit (jeweilige Differenz von Messwert zu Messwert mit 6 multiplizieren = Kg/min).
- Übertragen Sie die ermittelten Werte zeitgenau in das Kurvendiagramm vom Leitsystem.
- Sie werden erkennen, dass der Sand aus dem Zusatzgefäß konstant mit ca. 10Kg/min geflossen ist.
- Sie werden erkennen, dass der Beginn des Materialflusses nicht unmittelbar durch das Leitsystem erfasst wird.
- Sie werden erkennen, dass frühestens nach ca. 10 Sek. die ersten Mengen steigend bis > 10 Kg/ min erfasst werden.
- Sie werden erkennen, dass zum Zeitpunkt des zwischenzeitlichen Verschließens das Leitsystem weiterhin fließendes Material erkennt. Da die Waage zeitverzögert reagiert, wird möglicherweise noch eine unrealistische Spitze angezeigt.
- Nachdem der Verschluss wieder geöffnet ist und Sand wieder fließt, erkennen Sie, dass ca. 15 Sek. verspätet die Waage zunächst einen falschen Wert (viel zu niedrig) anzeigt.
- Sie werden spätestens jetzt erkennen, dass mit Ihrer Technik eine Austragsregelung bei Ko- und Multiinjektion und entsprechend wechselnden Wiederständen in der Leitung nicht möglich ist. Weiterhin werden Sie erkennen, dass Ihr System extrem gedämpft ist und ihre möglicherweise zufriedenstellende Dokumentation der Einblasrate nicht der Tatsache entspricht. Sie betreiben Ihre Anlage unwirtschaftlich.
Bedingt durch die genannten technischen Unwegsamkeiten wurde das Europäische Patent 0 530 552 mit dem Titel „Verfahren zur Behandlung von Roheisenschmelzen zu deren Entschwefelung“ der ThyssenKrupp Stahl AG, basierend auf eine Fahrweise mit Polygonzügen (programmierte Rampen), nie entsprechend umgesetzt. Trotz der hohen Wirtschaftlichkeit bleibt das Potenzial dieses Patentes ungenutzt, da bei Nutzung bzw. Anwendung Anlagenstörungen (verstopfte Tauchlanzen) die Regel wären.
Das Grundgebot bei Entschwefelungsanlagen ist es, die pneumatische Dichtstromförderung hart zu halten und der Kompressibilität des Gases möglichst wenig Raum zu bieten. Pneumatische Einblasgefäße mit Dosierschnecken oder Dosierzellenradschleusen arbeiten genau gegen dieses Gebot.
Mit dem gesamten Gefäßvolumen, das direkt mit dem Transportdruck verbunden ist, wird das System extrem weich gestaltet. Je größer das Volumen des Gefäßes, desto weicher ist das System, und desto eher setzen sich Tauchlanzen an den Austrittslöchern zu. Gut ausgelegte Koinjektionsanlagen haben z.B. ein freies Leitungsvolumen von ca. 20 Litern. Würde eine solch gut ausgelegte Anlage mit einem z.B. 1000 Liter Einblasgefäß mit Schneckenförderer erweitert, so würde der Raum für das Transportgas um ein Vielfaches steigen und das System wäre zu weich und somit nicht tauglich.
Bei Erweiterung einer Koinjektionsanlage mit einer Dosierförderanlage für z.B. Magnesium werden 4 Liter mehr frei (Dosierkolben ca. 3 Liter + 1 Liter für z.B. 5 Meter Förderleitung DN 16). Wird eine DFA aus Platzgründen 50 m entfernt von der Koinjektionsanlage installiert, würden durch die lange Förderleitung 13 Liter mehr frei. Diese relativ kleinen Mengen zusätzlicher Volumina wirken sich nicht negativ aus.
Bedingt durch das Prinzip der Zwangsdosierung der Dosierförderanlage passt diese Technik in jede Entschwefelungsanlage und bietet sich zur Erweiterung von Entschwefelungsanlage optimal an. Bei Platzmangel kann eine Dosierförderanlage z.B. 50 Meter Leitungslänge entfernt von den vorhandenen Einblasgefäße aufgestellt werden. (z.B. in einer Nachbarhalle; Höhenunterschied unerheblich)
In der Literatur herrscht Einigkeit darüber, dass bei der Roheisenentschwefelung mit Calziumkarbid nur 30 % der Partikel mit der Schmelze in Kontakt geraten. 70 % der Partikel haften auf – bzw. schweben innerhalb der Trägergasblase und steigen ungenutzt in die Schlacke auf. Dieser schlechte Wirkungsgrad wird weltweit akzeptiert, da die Einblastechnik pulverförmiges Entschwefelungsmittel voraussetzt.
Die DFA ist in der Lage, zur Roheisenentschwefelung körnige Feststoffe mit einem Kornband von z.B. 1-3 mm zu fördern. Jedes Korn hat während der Aufstiegsphase Kontakt mit der Schmelze und wird vom Roheisen aufgezehrt. Über eine Einlochlanze in Richtung Pfannenboden startet jedes Korn die längstmögliche Aufstiegsphase und ist lange mit dem Roheisen in Berührung.
Wir halten den heutigen Wirkungsgrad von 0,3 für nicht akzeptabel und sehen hier ein gewaltiges Einsparungspotenzial, das mithilfe der DFA erschlossen werden könnte.
