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Vorrichtung zur Kreislaufführung von Abgasen und aus diesen ausgeschiedener
Feststoffe beim Betrieb eines Wirbelschichtofens Bekannt sind Wirbelschichtöfen,
in denen feinkörniges oder staubförmiges oxydhaltiges Gut durch ein aufwärts strömendes
Reaktionsgas in den Schwebezustand versetzt und bei entsprechender Temperatur z.
B. reduziert wird.
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Derartige Wirbelschichtöfen haben jedoch den Nachteil, daß ihr Wirkungsgrad
durch verschiedene Verluste herabgesetzt wird. Ein Teil des in der Schwebe befindlichen
Staubes wird, ohne voll zur Reaktion zu gelangen, von dem Reaktionsgas, das zur
Erzielung des Schwebezustandes mit einer bestimmten Geschwindigkeit in dem Ofen
aufwärts strömt und am oberen Ende des Ofens als Abgas austritt, mitgerissen und
mit dem Abgas aus dem Ofen ausgetragen. Man hat daher den Staub vom Abgas getrennt
und in den Ofen zurückgeleitet.
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Außerdem befindet sich in dem Abgas ein großer Anteil an unverbrauchtem
Reaktionsgas, da das Reaktionsgas die Wirbelschicht mit hoher Geschwindigkeit durchströmt.
Eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades kann bei bekannten Vorrichtungen dadurch
erzielt werden, daß das Abgas wenigstens teilweise zur weiteren Ausnutzung oder
zur Rückführung der hohen Abgaswärme in den Reaktionsprozeß zurückgeleitet wird.
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Man hat versucht, zur Verbesserung des Wirkungsgrades den Staub in
Staubabscheidern, häufig in Zyklonabscheidern, von den Abgasen zu trennen und den
Staub und einen Teil des Abgases getrennt in den Ofen zurückzuführen. Dabei hat
man den Staub mittels mechanischer Fördermittel, z. B. als Rutschen wirkende Rohre,
in den Ofen zurückgefördert und den Abgasteil mittels Pumpen oder Gebläsen verdichtet
und erneut in den Ofen eingeblasen. Dieses Verfahren besitzt die Nachteile, daß
die Rückführung des Staubes und des Abgasteiles zusätzlichen Energieaufwand und
aufwendige Einrichtungen erfordert und daß der Abgasteil in zusätzlichen Apparaten
gereinigt oder ein hoher Verschleiß der Pumpen durch im Abgas zurückgebliebene Staubteilchen
in Kauf genommen werden muß.
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Die Erfindung vermeidet diese Nachteile dadurch, daß der aus den
Abgasen des Ofens abgeschiedene Staub mit einem als Traggas dienenden Teil der Abgase
von einer mit frischem Reaktionsgas hohen Druckes angetriebenen Strahlpumpe angesaugt
und in den Wirbelschichtofen zurückbefördert wird. Das aus dem Ofen austretende
Gas wird in einen Staubabscheider geleitet, in dem die Abscheidung des Staubes aus
dem Abgas erfolgt. Der aus dem Staubabscheider austretende staubfreie Teil des Abgases
kann noch zur Vorwärmung frischen Staubes oder frischen Re-
aktionsgases verwendet
werden. Der andere Teil des Abgases wird durch eine Staubrückführungsleitung, die
den Staubabscheider mit der Strahlpumpe verbindet, aus dem Staubabscheider abgesaugt,
wobei der abgeschiedene Staub von diesem Abgasteil mitgefördert wird, und mit frischem
Reaktionsgas, das die Strahlpumpe mit hoher Geschwindigkeit durchströmt, erneut
in den Ofen eingeblasen. Zweckmäßigerweise besitzt die Strahlpumpe einen verstellbaren
Düsenquerschnitt, dessen Verstellung eine Veränderung der Saugwirkung bei konstanter
Frischgasmenge bewirkt, so daß die Menge des in den Ofen zurückzuführenden Abgases
entsprechend dem Anteil an unverbrauchtem Reaktionsgas im Abgas auf einfache Weise
reguliert werden kann. Dies besitzt den Vorteil, daß der Staub und ein Teil des
Abgases ohne zusätzliche energieverbrauchende Fordermittewl und Pumpen und ohne
Gasreinigungsanlagen in den Reaktionsprozeß zurückgeführt werden können. Durch den
ständigen Kreislauf von abgeschiedenem Staub und einem Teil des Abgases, das unverbrauchtes
Reaktionsgas enthält, wird der Wirkungsgrad des Wirbelschichtreaktionsprozesses
wesentlich erhöht Außerdem wird der Wirkungsgrad des Staub scheiders durch die Saugwirkung
der Strahlpumpe erhöht. Die Wärmebilanz des Reaktionsprozesses kann dadurch verbessert
werden, daß die Stanbrück führungsleitung isoliert wird, so daß der rückgeführte
Abgasteil und der Staub, die einen hohen Wärmeinhalt haben, in noch heißem Zustand
in den Ofen eingeführt werden.
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Bekannt ist ein Wirbelschichtofen mit außerhalb des Ofens angeordnetem
Staubabscheider, dessen Fallrohr unmittelbar mit dem unteren Ofenteil verbunden
ist, wobei außerdem eine davon getrennte Vorrichtung zur Kreislaufführung von Abgasen
vorgesehen
ist, die unter Verwendung einer Strahlpumpe arbeitet.
Erfindungsgemäß werden Feststoff und Gas zusammen in den Ofen zurückgeführt. Demgemäß
ist die Saugkammer der an die Frischgasleitung angeschlossenen Strahlpumpe mit der
Staubrückführungsleitung des Abscheiders verbunden. Vorzugsweise ist die Strahlpumpe
mit einer verstellbaren Düsennadel ausgestattet.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens für die Reduktion
von Erzstaub in intermittierendem Betrieb an einem Wirbelschichtreduktionsofen schematisch
dargestellt.
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An eine Leitung 1, die der Zufuhr von Generatorgas als Reduktionsgas
dient, ist eine Strahlpumpe 2 mit einer über ein Handrad 4 verstellbaren Düsennadel
3 angeschlossen. Der Austrittskanal 5 der Strahl-Pumpe 2 mündet in ein Rohr 17 ein,
das unterhalb eines konischen Unterteils 7 des Ofens 6 angeordnet ist. Am unteren
Ende des Rohres 17 befindet sich ein Sammelraum 8 mit einer Entleerungsöffnung 9.
Oberhalb des Unterteils 7 mündet in den zylindrischen Teil des Ofens 6 eine Leitung
10 ein, durch die der zu reduzierende oxydhaltige Erzstaub zugeführt wird.
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Von dem oberen Ende des Ofens 6 führt eine Leitung 11 zu einem Zyklonstaubabscheider
12, in den eine Abgasleitungl3 hineinragt. Der Staubsammelraum 14 des Abscheiders
12 ist durch eine Staubrückführungsleitung 15 mit der Saugkammer 16 der Strahlpumpe
2 verbunden.
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Der Betrieb des Reduktionsofens 6 erfolgt in der Weise, daß zunächst
das Reduktionsgas aus der Leitung 1 in das Rohr 17 einströmt und in dem Ofen 6 aufsteigt.
Sodann wird durch die Leitung 10 eine bestimmte Menge Erzstaub in den Ofen 6 eingeführt.
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Infolge der hohen Geschwindigkeit, mit der das Gas aus dem Rohr 17
in den konischen Unterteil 7 eintritt, und der Verringerung der Geschwindigkeit
des in dem sich nach oben erweiterten Unterteil 7 aufsteigenden Gases wird der eingefüllte
Staub in dem Unterteil 7 dort in der Schwebe gehalten, wo die Geschwindigkeit des
Gases eine Auftriebskraft erzeugt, die dem Gewicht der Staubkörner entspricht. Während
dieses Schwebezustandes wird der Erzstaub, beispielsweise Fe2O3-Staub, reduziert,
wobei das Kohlenoxyd des Reduktionsgases zu einem Teil zu Kohlendioxyd oxydiert
wird. Infolge des Abriebs der Körner aneinander und an den Wandungen wird ein Teil
des Staubes, der sich aus Staubkörnern mit entsprechend niedrigem Korngewicht zusammensetzt,
von dem aufströmenden Gas hochgerissen und durch die Leitung 11 aus dem Ofen 6 ausgeblasen.
Das aus der Leitung 1 einströmende Reduktionsgas durchströmt die Wirbelschicht im
Unterteil7, ohne vollständig mit dem Staub zu reagieren, und gelangt als noch teilweise
reduktionsfähiges Abgas in den Abscheider 12. In dem Abscheider 12 wird der mitgerissene
Staub von dem Abgas getrennt, wobei der Staub in den Sammelraum 14 fällt. Der abgeschiedene
Staub wird mit einem als Traggas wirkenden
Teil des Abgases durch die Leitung 15
in die Strahlpumpe 2 abgesaugt, in der das mit hoher Geschwindigkeit durchströmende
Frischgas einen mittels der Düsennadel 3 regulierbaren Sog erzeugt, und erneut in
den Ofen 6 eingeblasen. Der übrige Teil des Abgases entweicht als entstaubtes Gas
durch die Leir tung 13 aus dem Abscheider 12. Durch Erhöhen der Saugwirkung der
Strahlpumpe 2 kann die in den Ofen 6 ; zuruckgefiihrte Abgasmenge vergrößert werden,
z. B. wenn die aus dem Ofen ausgetragene Staubmenge ansteigt. Nach Beendigung des
Reduktionsprozesses wird die Frischgaszufuhr in der Leitung 1 abgesperrt, so daß
der reduzierte Staub aus dem Unterteil 7 durch das Rohr 17 in den Sammelraum 8 fällt,
der durch die Öffnung 9 entleert wird.
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Danach wiederholt sich der Vorgang in der beschriebenen Weise.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung kann auch zum Magnetisieren von
nicht magnetischem Fe24 durch partielle Reduktion zu dem magnetischen Fels04 verwendet
werden, das sodann durch Magnet abscheider leicht von Gesteasbeimengungen getrennt
werden kann. Da für diesen Prozeß nur eine geringe Frischgasmenge benötigt wird,
jedoch zur Erzeugt der Wirbelschicht eine große Gasmenge erforderlich ist, kann
die Strahlpumpe derart eingestellt werde; daß ein großer Abgasanteil aus dem StaubabscheiX
abgesaugt wird. Dadurch wird eine große Abgas menge in ständigem Kreislauf durch
den Ofen gefördert, so daß sowohl eine große Menge an unausge nutztem Abgas als
auch ein großer Teil der hohen Abgaswärme ständig in den Ofen zurückgelangt.
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Das Verfahren kann ferner zum Brennen von Karbonaten, beispielsweise
Kalziumkarbonat, in einem Wirbelschichtofen verwendet werden. Bei diesem Prozeß
zerfällt CaCO3 unter der Einwirkung eines heilen Reaktionsgases in CaO und CO2.
Durch die Saugwirkung der Strahlpumpe werden ständig ungespaltenes Kalziumkarbonat
und eine große Menge des Abgases, das noch einen hohen Wärmeinhalt besitzt, aus
dem Staubabscheider abgesaugt und mit frischem Heißgas erneut in den Ofen eingeblasen.