DE2341160B2 - Kontinuierliches verfahren zum durchfuehren von endothermen prozessen an feststoffen und ofen hierfuer - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein kontinuierliches Verfahren zum Durchführen von endothermen Prozessen an Feststoffen, bei dem die Feststoffe mit einem heißen Gasstrom im Gleichstrom gehandelt werden, die Abgase zur Vorwärmung des Äusgangsmaterials im Gegenstrom ausgenutzt werden und die Brennerluft mit Abwärme vorgewärmt wird, sowie die im den Prozeß verlassenden Feststoff enthaltene Abwärme durch Gegenstromkühlung mittels Luft gewonnen wird, und auf einen Ofen hierfür.

Bei öfen, in denen stark endotherme Prozesse stattfinden, z. B. bei Kalköfen, ist der thermische Wirkungsgrad relativ gering, da das Verhältnis zwischen der verfügbaren Wärme, d. h. der Wärme, die bei einem genügend hohen Temperaturniveau liegt, um für den eigentlichen endothermen Prozeß verbraucht werden zu können und dem Wärmeinhalt des Wärmeträgers, niedrig ist Überschreitet die für den endothermen Prozeß unverfügbare, in den Brenngasen enthaltene Wärme die Rückgewinnungsmöglichkeiten durch Vorwärmung, so bedingt das hohe Abgaswärmeverluste.

Diese Wärmeverluste werden vergrößert, falls man den Überbrand des aus dem endothermen Prozeß entstandenen Materials vermeiden muß, was einen Betrieb mit hohem Luftüberschuß oder mit Beigabe großer Mengen inerter Gase, z. B. rezirkulierter Abgase, erfordert

Es sind öfen bek annt, z. B. Kalköfen, die zur Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades rekuperative Tubularlufterhitzer benutzen. Diese haben aber den Nachteil, daß die verwendeten Tubularrekuperatoren einen niedrigen thermischen Wirkungsgrad besitzen, so daß trotz der großen Wärmeübertragungsflächen, die erforderlich sind, der thermische Wirkungsgrad gering bleibt. Außerdem weisen die Tubularrekuperatoren einen hohen Investitionswert auf, weil sie aus teurem hitzebeständigen hochlegiertem Stahl gefertigt sind, und andererseits den Nachteil haben, daß sie wegen der an den Röhren anbackenden Kalkpartikeln häufige Reinigungsarbeiten erfordern.

Bekannt sind, z. B. durch die OE-PS 2 11214, ebenfalls öfen, z. B. Kalköfen mit Wärmeregeneratorsystemen, die aus zwei bis drei Zwillingsschächten mit einem periodischen Betrieb in Gleichstrom-Gegenstrom gebil det sind. Diese vermeiden die erwähnten Nachteile der öfen mit Tubularrekuperatoren, aber sie weisen ihrerseits andere Nachteile auf, Nachteile, die durch das periodische Betriebsprinzip erzeugt werden, sie bedingen nämlich eine periodische Verminderung des Entsäuerungsprozesses in jedem Schacht und andererseits bringen sie eine Komplizierung der technologischen Führung des Ofens.

Ein dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechendes Verfahren ist durch die US-PS 36 45.513 bekannt geworden. Dieses Verfahren ist jedoch nur für feinkörnige Güter verwendbar. Es gestattet eine gute Wärmeausnutzung, ist aber operativ recht aufwendig und benötigt einen relativ großen Installationsraum.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

betriebssicheres Verfahren anzugeben, das in einer konstruktiv einfachen Apparatur durchgeführt werden kann. Dies geschieht gemäß der Erfindung dadurch, daß man

a) nur einen Teil der den Brenner «erlassenden heißen Gase im Gegenstrom zu dem in die Reaktionszone eingebrachten Feststoff führt, daß man

b) den Rest in der Reaktionszone im Gleichstrom zum Feststoff führt,

c) mit dem Abgas aus b) die Brennerluft vorwärmt, indem man den frisch in die Anlage eintretenden Feststoff in einer ersten Zone im Gegenstrom mit dem Abgas erwärmt und in einer zweiten Zone die Wärme des Feststoffes im Gegenstrom auf die Brenneriuft überträgt, und daß man ι S

d) beim Kühlen des den Prozeß verlassenden Feststoffes erwärmte Luft zusammen mit dem Abgas dem Verfahrensschritt c) unterwirft

Das neue Verfahren gestattet somit auch den Einsatz von stückigem Material.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustausch zwischen Abgas und Brennerluft in einem Regeneratorschacht erfolgt, daß man in einem Brennschacht die Gutvorwärmung, den eigentlichen endothermen Prozeß und eine Gutkühlung durchführt, wobei man das stückige Material nacheinander den Regeneratorschacht, eine Kornsichtung und den Brennschacht durchlaufen läßt

Ein für die Durchführung dieses Verfahrens geeigneter Ofen ist dadurch gekennzeichnet, daß er aus zwei Schächten besteht und zwar einem Regeneratorschacht (1) und einem Brennschacht (2), welche miteinander durch eine Leitung (12) für die Führung eines Teiles des Gases von dem Brennschacht (2) zum Regeneratorschacht (1) verbunden sind, wobei der Regeneratorschacht mit an sich bekannten Vorrichtungen (14) und (16) in Form von horizontal angeordneten Trägern, die eine gleichmäßige Absaugung der erwärmten Luft bzw. eine gleichmäßige Verteilung der heißen Gase im ganzen Querschnitt des Schachtes sichern, versehen ist, und zwischen dem Regeneratorschacht (1) und dem Brennschacht (2) eine Kornsichteinrichtung (3) aufweist.

In praktischer Durchführung des Verfahrens können öfen verschiedener Art verwendet werden.

Im folgenden wird als Beispiel ein Ofen, der z. B. zum Kalkbrennen dient, im Zusammenhang mit der Zeichnung, F i g. 1, die schematisch einen senkrechten Schnitt durch den Ofen darstellt, beschrieben.

Der Ofen besteht aus zwei Schächten 1 und 2, durch die das Material sukzessiv durchläuft; im Schacht 1 findet der Wärmeregenerationsprozeß und im Schacht 2 das Kalkbrennen statt. Zwischen den zwei Schächten ist eine Kornsichteinrichtung 3 vorgesehen, die aus einem Sieb oder einer anderen, an sich bekannten, geeigneten Vorrichtung besteht, mit deren Hilfe das kleinkörnige Material, bestehend aus den tonigen Verunreinigungen, die durch Trocknung von den Stückoberflächen losgelöst wurden, und/oder aus dem kleinkörnig durch Zerrieselung während des Wärmeaustausches, der im Regenerationsschacht 1 stattfindet, entstandene Material beseitigt wird.

Beide Schächte, 1 und 2, sind am oberen Teil mit Zuführungsschleusen 4 und 5, und am unteren Teil mit Materialaustragsvorrichtungen 6 und 7 versehen.

Der Schacht 2 ist mit einem oder mehreren Brennern 8, die mit Brennstoff durch eine Leitung 9 und mit der nötigen Verbrennungsluft durch eine Leitung 10 versorgt sind, ausgerüstet Ein Teil der durch Verbrennung entstandenen Gase wird im Gegenstrom gegenüber dem Kalkstein geführt; der übrige Teil im Gleichstrom.

Das Verhältnis zwischen den im Gegenstrom und den im Gleichstrom geführten Gasen ist so auszuwählen, daß die durch die die Vorwärmzone verlassenden Gase verlorene Wärmemenge noch in annehmbaren Grenzen liegt

Die durch Schacht 2 im Gegenstrom geführten Gase werden, nachdem sie zur teilweisen Entsäuerung und zur Vorwärmung des Kalksteins gedient haben, aus dem oberen Teil des Schachtes 2 durch einen Exhaustor 11 evakuiert.

Die durch Schacht 2 in Gleichstrom geführten Verbrennungsgase werden, nachdem sie dem Brenngut ihre zur Entsäuerung verfügbare Wärme übertragen haben, an einem günstig gewählten Niveau zusammen mit der Kalkkühlluft, die bis zu diesem Niveau in Gegenstrom gegenüber dem Kalk zirkuliert, abgesaugt und durch eine Leitung 12 dem Schacht 1 zugeführt.

Das Absaugen dieser Gase aus Schacht 2 und deren Verteilung im Schacht 1 wird durch einige Vorrichtungen 13 und 14, die eine gleichmäßige Absaugung bzw. gleichmäßige Verteilung im ganzen Querschnitt des Schachtes sichern, wie z. B. horizontal durchquerende Träger, durchgeführt.

Das im Schacht 1 durch Leitung 12 und Vorrichtung 13 abgesaugte Gasgemisch steigt im Gegenstrom gegenüber dem Kalkstein auf, wärmt diesen dabei vor und wird mittels eines Exhaustors 15 in die Atmosphäre abgegeben. Der in diesem oberen Teil des Schachtes 1 vorgewärmte Kalkstein wandert kontinuierlich durch die Austragsvorrichtung 6 herunter, wobei die vom Kalkstein gespeicherte Wärme der in dieser Zone in Gegenströmen zirkulierenden Luft übertragen wird. Die Kühlluft wird im Schacht 1 durch die Austragungs einrichtung 6 eingesaugt, dann vom Schacht 1 durch eine Einrichtung 16, die eine gleichmäßige Absaugung über den ganzen Querschnitt sichert durch einen Ventilator 17 durch die Leitung 10 zum Brenner 8 geführt. Eventuell mitgeführte feine Abriebteilchen werden mittels eines Zyklons 18 oder einer anderen geeigneten Entstaubungsvorrichtung entfernt.

Auf diese Weise wird die zur Entsäuerung nicht verwendete Wärme der im Gleichstrom strömenden Gase zusammen mit der von der Kalkkühlluft aufgenommenen Wärme für den endothermen Prozeß im Schacht 2 verwendbar gemacht, indem sie der im Schacht 2 benützten Verbrennungsluft übertragen wird.

Falls der verwendete Rohstoff mit nassen, an der Kornoberfläche anhaftenden Tonteilen verunreinigt ist, trocknen diese während der ersten Erwärmung des Kalksteines, die im oberen Teil des Schachtes 1 stattfindet, lösen sich ab und werden nachher von dem Kornsichter 3 vor der Zuführung in dem Schacht 2 abgeschieden.

Im Falle, daß der verwendete Rohstoff, der aus der ersten Erwärmung des Kalksteines im oberen Teil des Schachtes 1 entsteht, teilweise zerrieselt, wird er ebenfalls durch die Kornsichteinrichtung 3 vor der Zuführung in dem Schacht 2 abgeschieden.

Zwischen der Vorrichtung 14 für die gleichmäßige Verteilung der heißen Gase im Schacht 1 und der Vorrichtung 16 für das gleichmäßige Absaugen der erwärmten Luft wird eine Trennzone der beiden Gasströmungen gelassen, in welcher infolge der Egalisierung des Drucks zwischen den Vorrichtungen 14

und 16 sowohl ein Fließen der Luft von der Vorrichtung 16 zur Vorrichtung 14 als auch ein Strömen der warmen Gase in entgegengesetzter Richtung vermieden wird.

Nachstehend wird ein weiteres Beispiel für die praktischen Möglichkeiten der Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung beschrieben in Verbindung mit der Zeichnung (Fig.2), die schematisch einen senkrechten Querschnitt durch den Ofen darstellt, nämlich ein Ofen zur Durchführung endothermer Prozesse, z. B. zum Brennen von Kalk.

Aus Bemessungsgründen besteht der Ofen aus zwei (oder drei) Regeneratorschächten I₁ die mit einem einzigen Brennschacht 2 verbunden sind, wobei Brennschacht 2 durch eine oder mehrere Verbindungsleitungen 12 für das Strömen von heißen Gasen vom Brennschacht 2 zum entsprechenden Regeneratorschacht 1 verbunden ist, wie auch durch eine oder mehrere Leitungen 10 für die Leitung der erwärmten Luft von jedem Regeneratorschacht 1 zum Brennschacht 2, wo diese als Brennluft benutzt wird.

Der erfindungsgemäße Ofen weist folgende Vorteile auf:

— Hoher thermischer Wirkungsgrad,

— einfache Konstruktion und leichte technologische Führung,

— vergrößerte Betriebssicherheit,

— hohe spezifische Leistung bei einem niedriger spezifischen Energieverbrauch für das Antreiben dei Gase,

— Möglichkeit der wirkungsvollen Verwendung vor oberflächlich mit nassen, anhaftenden Tonteiler verunreinigten Rohstoffen und/oder von Rohstof fen, die teilweise zerrieseln.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. Patentansprüche: ""

   1, Kontinuierliches Verfahren zum Durchführen ■'; von endothermen Prozessen an Feststoffen, bei dem die Feststoffe mit einem heißen Gasstrom im Gleichstrom behandelt werden, die Abgase zur Vorwärmung des Ausgangsmaterials im Gegenstrom ausgenutzt werden und die Brennerluft mit Abwärme vorgewärmt wird, sowie die im den Prozeß verlassenden Feststoff enthaltene Abwärme durch Gegenstromkühlung mittels Luft gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet, daßman

   a) nur einen Teil der den Brenner verlassenden heißen Gase im Gegenstrom zu dem in die Reaktionszone eingebrachten Feststoff führt, daß man

   b) den Rest in der Reaktionszone im Gleichstrom zum Feststoff führt,

   c) mit dem Abgas aus b) die Brennerluft vorwärmt, indem man den frisch in die Anlage eintretenden Feststoff in einer ersten Zone im Gegenstrom mit dem Abgas erwärmt und in einer zweiten Zone die Wärme des Feststoffes im Gegenstrom auf die Brennerluft überträgt, und daß man

   d) beim Kühlen des den Prozeß verlassenden Feststoffes erwärmte Luft zusammen mit dem Abgas dem Verfahrensschritt c) unterwirft
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Durchführung endothermer Prozesse, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustausch zwischen Abgas und Brennerluft in einem Regeneratorschacht erfolgt, daß man in einem Brennschacht die Gutvorwärmung, den eigentlichen endothermen Prozeß und eine Gutkühlung durchführt, wobei man das stückige Material nacheinander den Regeneratorschacht, eine Kornsichtung und den Brennschacht durchlaufen läßt
3. 3. Ofen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er aus zwei Schächten besteht, und zwar einem Regeneratorschacht (1) und einem Brennschacht (2), weiche miteinander durch eine Leitung (12) für die Führung eines Teiles des Gases von dem Brennschacht (2) zum Regeneratorschacht (1) verbunden sind, wobei der Regeneratorschacht mn an sich bekannten Vorrichtungen (14) und (16) in Form von horizontal angeordneten Trägern, die eine gleichmäßige Absaugung der erwärmten Luft bzw. eine gleichmäßige Verteilung der heißen Gase im ganzen Querschnitt des Schachtes sichern, versehen ist, und zwischen dem Regeneratorschacht (1) und dem Brennschacht (2) eine Kornsichteinrichtung (3) aufweist.
4. 4. Ofen nach Anspruch ?, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Vorrichtung (14) für die gleichmäßige Absaugung der erwärmten Luft und der Vorrichtung (16) für die gleichmäßige Verteik-ng der heißen Gase eine Trennzone für die beiden Gasströmungen vorgesehen ist
5. 5. Ofen nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß er aus zwei oder drei Regeneratorschächten (1) und einem einzigen Brennschacht (2) besteht, wobei Brennschacht (2) durch eine oder mehrere Verbindungsleitungen (12) für die Führung von heißen Gasen vom Brennschacht (2) zum entsprechenden Regeneratorschacht (1) mit diesem verbunden ist, sowie durch eine oder mehrere Leitungen (10) für die Führung der erwärmten Luft von jedem Regeneratorschacht (1) zum Brennschacht (2).