Inbetriebnahme und Messungen an einer Versuchsanlage zur Kühlung heißer Abgase in der Stahlindustrie mittels flüssiger Salze

Abstract

Die im Heißgas eines Elektrolichtbogenofens enthaltene Energie soll für nachgeschaltene Energienutzungskonzepte bereit gestellt werden. Aufgrund der chemischen Zusammensetzung des Heißgases, können die Wärmetauscherelemente einem Korrosionsmechanismus unterliegen, dessen potentielle Folgen experimentell an Testrohren, welche in die Heißgasleitung eines bestehenden Elektrolichtbogenofens eingebracht wurden, untersucht werden. Da die nicht messbaren Oberflächentemperaturen der Versuchsmaterialien die Abtragungsraten durch die Korrosion maßgeblich beeinflussen, werden diese Temperaturen berechnet, um einerseits die Testparameter festlegen zu können, andererseits werden diese für die Auswertung der Korrosionserscheinungen benötigt. Die Materialtests werden bei einer nahezu konstanten Oberflächentemperatur der Testrohre durchgeführt, was durch den Einsatz eines Wärmespeichermediums, im vorliegenden Fall eine Salzschmelze, realisiert wird. Die Erfahrungen im Umgang mit der Salzschmelze sind insofern von Bedeutung, als dass diese als Wärmespeichermedium und damit als Ausgleich für die aufgrund der Prozessführung entstehenden instationären Schwankungen im Temperaturniveau des Heißgases und damit für die Schwankungen in der abgegebenen Wärmenergie verwendet werden kann, was eine Voraussetzung für die sinnvolle Nutzung der Wärmeenergie für nachgeschaltene Prozesse ist, weil diese dann auf konstantem Temperaturniveau zur Verfügung gestellt werden kann. Ziel dieser Arbeit ist es, das thermodynamische Verhalten der Versuchsanlage zur Kühlung der Wärmeübertragerelemente in der Heißgasleitung eines Elektrolichtbogenofens zu berechnen, um eine geeignete Parametereinstellung für die Versuchsdurchführung zu finden und die während der Versuchsdurchführung vorherrschenden, für die Korrosion maßgeblichen und nur auf rechnerischem Wege zu ermittelnden Oberflächentemperaturen in der Heißgasleitung zu berechnen. Durch die Auswertung der Messdaten und einem Vergleich mit den berechneten Ergebnissen, werden die mathematischen Modelle auf ihre Gültigkeit überprüft. Zudem wird die Inbetriebnahme der Versuchsanlage unterstützt.

The heat of the hot gases of an electric arc furnace shall be used for the subsequent usage of energy. Due to the chemical composition of the hot gases, the heat exchanger may be exposed to high temperature corrosion, whose potential outcome is tested through placing probes in an already existing hot gas line of an electric arc furnace. Since the corrosion rates are strongly dependent on the non-measurable surface temperatures of the probes, these temperatures are calculated. These temperatures are required to define the parameters for the experiment as well as to analyse the corrosion rates. The experiments are carried out under nearly constant temperatures of the surface which is realised through a heat transfer fluid, in particular molten salt. The experiences of the usage of molten salt are from importance regarding its usage as a heat storage medium to overcome the unsteady temperatures of the hot gas and therefore the unsteady amount of extractable heat in order to supply the energy in a reasonable way to subsequent processes, meaning the supply of heat at a constant level of temperature. Objective of this work is to calculate the thermodynamic behaviour of a testing plant used for cooling heat transfer elements in the hot gas line of an electric arc furnace in order to choose appropriate parameters for the testing stage as well as to calculate the non-measurable temperatures of the surface of the probes in the hot gas line, which strongly depend the outcome of the corrosion-rates and therefore are needed to classify the corrosion rates. The validity of the mathematical models will be checked through an analyse of the measurement data and a comparison with the calculated results. Furthermore, the commissioning of the testing plant will be supported.