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Anlage zum Patentgesuch der Klöckner-Humboldt-Deutz AG, Köln und Maschinenbau
Aktiengesellschaft Balcke, Bochum Verfahren zur Beheizung eines Schmelzofens, insbesondere
eines metallurgischen Schlackenverblaseofens und eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Beheizung eines
Schmelzofens, insbesondere eines metallurgischen -Schlackenverblaseofens, durch
unterhalb des Spiegels der Schmelze in die Schmelze eingeführte heiße Gase.
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Die bisher bekannte Beheizung von Schlackenverblaseöfen bestand darin,
daß ein von Brennstoffzerstäuberdüsen und Luftdüsen vorbereitetes Brennsto ff-luf-t-Gemi
sch direkt in das Schlackenbad eingedüst wurde. Diese Verblaseeinrichtung erfüllten
ihre Aufgabe nur unzureichend, da infolge einer Entiniscliung des Brennstoff-LuSt-Gemisches
eine nur unzureichende Verbrennung stattfand. Außerdem traten örtliche Erstarrungen
der Schmelze auf, die sich relativ schnell ausbreiteten, so daß gerade in den Brennerbereichen
die Zündtemperatur unterschritten wurde und eine Verbrennung ganz aussetzte. Außerdem
beschränkte der Gegendruck des Schlackenbades die Regelbarkeit des Brenners.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des bekannten Beheizungsverfahrens
zu vermeiden. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die heißen Gase
durch eine wenigstens teilweise Verbrennung von flüssigem und/oder gasförmigem Brennstoff
außerhalb der Schmelze erzeugt werden. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß nach
der Zündung eines brennfähigen Gemisches ein Heißgasstrahl mit hoher Temperatur
kontinuierlich direkt in das Schlackenbad bläst und dort seine Wärmeenergie abgibt,
und daß die bisher beobachteten Nachteile, insbesondere ein Erlöschen der Flamme,
nicht auftreten.
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In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen,
daß der Brennstoff mittels Primärluft vorverbrannt, die weitere Verbrennung durch
Sekundärluft im Bereich des Eintritts der heißen Gase in die Schmelze durchgeführt
wird. Der Vorteil besteht darin, daß durch diese Maßnahme eine sehr gute Regelbarkeit
des Verbrennungsvorganges erzielt wird. Insbesondere kann das für eine einwandfreie
Zündung günstigste Brennstoff-Luft-Gemisch eingestellt werden, und zwar weitgehend
unabhängig von äußeren Einflüssen. Die weitere Verbrennung des Gemisches geschieht
dann mittels zugegebener Sekundärluft. Zweckm>ßigerweise ist das Verhältnis der
zwei Medien Primärluft und Sekundärluft regelbar, so daß sich die Verbrennung und
die Flammenführung optimal den Betriebsbedingungen des metallurgischen Verfahrens
in weiten Bereichen anpassen läßt, ohne daß ein Abreißen des Heißgasstrahls einsetzt
und so die Beheizung des Verblaseofens ausfällt.
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Außerdem ist in Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen,
daß die Sekundärluft durch Kühlung der Brennkammerwandung aufgeheizt wird. Durch
diese Maßnahme wird vor allem gewährleistet, daß die aus Festigkeitsgründen gegebenen
maximalen Brennkammerwandungstemperaturen nicht überschritten werden.
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Die weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor,
daß die Primärluft innerhalb der Brennkammer in Rotation versetzt wird. Hierdurch
ist es in einfacher Weise möglich, eine gleichmäßige Verteilung der Brennstoffpartikel
innerhalb der Brennkammer zu erreichen. Durch diese Ausgestaltung der Luftführung
lett sich außerdem ein Teil der Primärluft als Kühlfilm an die Innenseite der Brennkammerwandung
an.
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Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche gemäß der Erfindung aus einer vorzugsweise
zylindrischen Brennlrammer besteht, um deren Austrittsmündung herum mindestens eine
Sekundärluftaustrittsöffnung angeordnet ist, wobei die Brennstoiidüse und die Primärluftzuieitung
am entgegenliegenden Ende angeordnet sind. Zweckmäßig ist, daß die Brennkammeraustrittsmündung
bis in ein durch die Ofenwandung hindurchgefUhrtes Verbindungsrohr koaxial und mit
Abstand von dessen Wandung geführt ist. Diese eriindungsgemät3e Anordnung gewährleistet
in
besonders vorteilhafter Weise eine stabile und in weitem Umfang
regelbare Flammenführung im Bereich der Einführung der heißen Gase in die Schlacke.
Zudem wird in einfacher Weise ermöglicht, mehrere Brennkammern radial zur Ofenachse
an der Ofenwandung anzuordnen und eine um den ganzen Umfang des Ofens gleichmäßige
Beheizung zu erzielen.
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In Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen,
daß die Primärluftzuleitung koaxial zur Brennstoffdüse in die Brennkammer einmündet,
wobei zweckmäßig die Mündungsöffnung der Primärluftzuleitung mit einem Drallkörper
versehen ist.
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Durch diese Maßnahme wird eine weitere Stabilisierung der Flamme in
der Brennkammer erreicht. Insbesondere bei der Verwendung von Drallkörpern wird
die in die Brennkammer eintretende Luft in Rotation versetzt, so daß zusätzlich
eine Kühlung der Innenwand der Brennkammer erfolgt.
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Außerdem ist in Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen,
daß die Brennkammer von einer Sekundärluftzufuhrkammer wenigstens teilweise umschlossen
ist, die in dem ihrer Austrittsöffnung abgekehrten Bereich mit einer Luftzufuhröffnung
versehen ist. Diese maßnahme ermöglicht eine gesteuerte Zufuhr von Sekundärluft
zum Flammstrahl an der Brennkammeraustrittsmündung, ohne Beeinträchtigung der Stabilität
des Verbrennungsvorganges innerhalb der Brennkammer. Die in die Luftzufuhrkammer
einströmende
Sekundärluft ergibt einen gleichmäßigen Wärmeübergang von der Brezinkammerwandung
zur Sekundärluft und kühlt so unter gleichzeitiger vorteilhafter Erhöhung der Sekundärlufttemperatur
die äußere Brennkammerwandung auf werkstofiverträgliche Temperaturen ab.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand eines AusfUhrungsbeispiels
einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens dem weitere Merkmale der Erfindung
zu entnehmen sind, näher erläutert.
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Die Zeichnungen zeigen in: Fig. 1: einen Schnitt durch die Vorrichtung
Fig. 2: eine Seitenansicht der Vorrichtung in Richtung des Pfeiles II in Fig. 1
Fig. 3: eine schematische Darstellung der Anordnung mehrerer Vorrichtungen an einem
Schlackenverblaseofen.
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Figur 1 zeigt in einem Längsschnitt die Anordnung der Vorrichtung
zur Beheizung eines Schlackenverblaseofens, beispielsweise zur Gewinnung des Restzinngehaltes
aus einer zinnhaltigen Schlakke. Hierbei wird die schmelzflüssige Schlacke in einem
Ofen erhitzt,
und unter Zugabe von Eisensulfid (Pyrit) und Luftsauerstoff
nach einer Zinnsulfidbildung und nach Reaktion des Zinnsulfids mit dem Luftsauerstoff
kann das Zinn in Form von Zinnoxidverbindungen aus dem Ofenabgas abgetrennt werden.
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Die Darstellung gemäß Figur 1 und Figur 2 zeigt einen Teil eines Verblaseofens
1 mit einem von mehreren, durch seine Ofenwandung 2 hindurchgeführten Verbindungsrohren
3, in dessen Zufuhröffnung 4 die Austrittsmündung 5 einer vorzugsweise zylindrischen
Brennkaümier 6 einmündet. Die Austrittsmündung 5 ist dabei koaxial zur Brenakammer
6 und mit Abstand von der Wandung des Verbindungsrohres 3 angeordnet.
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Am gegenüberliegenden Ende der Brennksmmeraustrittsmundung 5 sind
die Brennstoffdüse 7 und die Primärluftzuleitung 8 angeordnet. Die Brennstoffdüse
7 liegt hierbei koaxial zur Brennkammer 6. Die Primärluftzuleitung 8 ist derart
ausgebildet, daß sie symmetrisch und ebenfalls koaxial zur Brennkammer 6 die Brennstoffdüse
7 einschließt. Die Mündungsöffnung 9 der Primärluftzuleitung 8 schließt mit einem
Drallkörper 10 ab, der innerhalb zweier zylindrischer koaxialer Rohrstücke mehrere
zur Strömungsrichtung der Primärluft schräg gestellte Leitbleche aufweist.
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Die Brennkammer 6 selbst ist außen und mit Abstand von der Brennkammerwandung
11 von einer ebenfalls zweckmäßigerweise zylindrischen Sekundärluftzufuhrkammer
12 umgeben. Im Bereich der Brennkazineraustrittsmündung 5 ist die Sekundärluftzufuhrkammer
12 mit einer die Brennkammeraustrittsmündung koaxial umfassenden Sekundärluftaustrittsöffnung
13 versehen. Das der Austrittsöffnung abgekehrte hde der Sekundärluftzufuhrkammer
12 ist zweckmäßigerweise mit einer tangential eingeführten Luftzufuhröffnung 14
versehen, an welche die Luftzuleitung 15 für die Sekundärluft angeschlossen ist,
so daß die Zuleitung 15 für die Sekundärluft mit der Einmündungsstelle der Brennkammer
6 in das Verbindungsrohr 3 in Verbindung steht. Durch diese Ausgestaltung der Luftführung
ergibt sich eine gleichmäßige Verteilung der gleichzeitig als Kühlluft für die Brennkammer
6 dienenden Sekundärluft in der Luftzufuhrkammer 12 und damit eine gleichmäßige
Kühlung.
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Die Sekundärluftzufuhrkammer 12 und die Brennkammer 6 sind in ihrem
hinteren Bereich mit einem Deckflansch 16 versehen, der neben der Brennstoffdüse
7, der Zuleitung 8 für die Primärluft und dem Drallkörper 10 auch zweckmäßigerweise
eine verschließbare Öffnung 17 für die Einführung einer Zündeinrichtung aufweist.
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Die Arbeitsweise der Vorrichtung wird im folgenden näher beschrieben:
Durch
die Luftzuleitung aCSund Luftzufuhröffnung 14 wird aufgeheizte Sekundärluft in die
Luftzufuhrkammer 12 eingeblasen.
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Dabei herrscht in der Sekundärluftzufuhrkammer 12 wahrend der Inbetriebnahme
der Vorrichtung ein höherer Druck als in der Brennkammer 6 selbst, in welche mittels
der Primärluftzuleitung 8 ebenfalls aufgeheizte Primärluft geblasen wird. Die verschließbare
Öffnung 17 im Deckflansch 16 der Brennkammer 6 wird geöffnet und die vorgesehene
Zündeinrichtung eingeführt.
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Dann wird unter hohem Druck durch die Brennstoffdüse 7 der Brennstoff
eingedüst. Der überspringende Funke entzündet den Brennstoff sofort. Es bildet sich
eine gleichmäßige Flamme -aus.
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Der hohe Druck an der Brennstoffdüse 7 wird zurückgenommen und die
Öffnung 17 dicht geschlossen.
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Unter gleichzeitiger Erhöhung von Druck und Durchsatz für die Primärluft
wird diese beSiburchströmen des Drallkörpers 10 in Rotation versetzt, stabilisiert
hierbei den Verbrennungsvorgang in der Brennkammer und legt sich gleichzeitig als
Kühlfilm an die Innenseite der Brennkammerwandung 11 an.
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Nun wird der Innendruck der Sekundärluftzufuhrkammer 12 und der Durchsatz
der Sekundärluft ebenfalls erhöht. Die Sekundärluft wird in die Luftzufuhrkammer
12 geblasen, umströmt so in vorteilhafter Weise die Brennkammer 6, kühlt deren äußere
Wandung 11 ab, wobei eine weitere Aufheizung der Sekundärluft stattfindet, und strömt
an der Austrittsmündung 5 der Brennkammer 6
entlang in das Verbindungsrohr
3. Zweckmäßig ist es, im Bereich vor der Brennkammeraustrittsmündung 5 einen Teil
der Sekundärluft durch Verbindungsöffnungen 18 zwischen dem Brennkammerinneren 6
und der Sekundärluftzufuhrkammer 12 (in der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel
18' gestrichelt dargestellt) in das Brennkammerinnere zu leiten, wodurch ein eventuelles
Absetzen von Brennstoffpartikeln auf Grund von unvollständiger Verbrennung vermieden
wird. Im Verbindungsrohr 3 findet dann ein weiterer Verbrennungsvorgang statt, so
daß ein Heißgasstrahl mit hoher Temperatur in die Schmelze eintritt.
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Der im Bereich der Austrittsmündung 5 stattfindende Verbrennungsvorgang
erweist sich als derart stabil, daß ein Abriß der Flamme unter üblichen Regel- und
Betriebsbedingungen nicht eintritt.
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Figur 3 gibt einen schematischen Überblick über die Anschlußmöglichkeiten
der erfindungsgemäßen Vorrichtung an einen Schlakkenverblaseofen. Dabei wird der
an der Außenwand des Ofens radial angeflanschten Vorrichtung über eine Heißluftringleitung
19 und die Luftzufuhrleitungen 8, 15 die zur Verbrennung benötigte Primär- und Sekundärluft
zugeführt. Über die Reduzierventile 20 werden die vom Brennerbetrieb geforderten
Drücke für die Sekundär- und Primärluft eingestellt und über die Manometer 21 überwacht.
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- Patentansprüche -