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DE2312719A1 - Verfahren und einrichtung zum thermischen umwandeln von stoffgemischen - Google Patents

Verfahren und einrichtung zum thermischen umwandeln von stoffgemischen

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Publication number
DE2312719A1
DE2312719A1 DE2312719A DE2312719A DE2312719A1 DE 2312719 A1 DE2312719 A1 DE 2312719A1 DE 2312719 A DE2312719 A DE 2312719A DE 2312719 A DE2312719 A DE 2312719A DE 2312719 A1 DE2312719 A1 DE 2312719A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
chamber
flame chamber
flame
mixture
melt
Prior art date
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Ceased
Application number
DE2312719A
Other languages
English (en)
Inventor
Johannes Dr Ing Wotschke
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Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of DE2312719A1 publication Critical patent/DE2312719A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/08—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having supplementary heating
    • F23G5/085—High-temperature heating means, e.g. plasma, for partly melting the waste
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/005—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture of glass-forming waste materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/14—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture in revolving cylindrical furnaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/0006—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes obtaining iron or steel in a molten state
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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  • Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)

Description

Patentanwälte fn". r. r τ 3
«Müneheniü, Siairwdorfetr. 1C
56-20. 332P£2O. 333H) I1*. 3- 1973
Johannes V/OTSCHKE
Hannover
Verfahren und Einrichtung zum thermischen Umwandeln von Stoffgemischen
Die vorliegende Er.findung betrifft eiü Verfahren und eine Einrichtung zum thermischen Umwandeln von Stoffgemisciien unter Abspalten einerseits der Feuchtigkeit vor dem Verbrennungsprozess, und andererseits der BallaststoiYe in demselben mittels Ausnutzung der von ihnen eingebrachten Heizwerke.
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Das erfindungsgemässe Verfahren i^t dadui-cu gekermzeielv net, dass das stoff gemisch in einen nach oben obge-.chlo.^euen Raum eingebracht wird, diesen in eine Abdampf- und in eine Flammenkammer aiftrennt, dass in der Flammenkammer mittels zugeführten Sauerstoffes die brennbaren Bestandteile mit oberhalb des Schmelzpunktes der unverbrennlichen Bestandteile liegender Flammentemperatur vollkommen oxidiert werden und diese Flaramenkairimer als staubfreies Rauchgas verlassen; dass dxe ihrerseits zur vollkommenen Schmelze umgewandelten unverbrennliehen Bestandteile die Flammenkammer als Schmelze verlassen; und dadurch, dass die Abdampfkammer von der Flammenkammer indirekt beheizt wird und die destillationsfähigen Bestandteile abgedampft werden und nach Abkühlen als flüssiges Kondensat ablaufen.
Die erfindungsgemässe Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass sie einen nach oben abgeschlossenen, zwei Teile aufweisenden Raum umfasst, dass von die- - sen zwei Teilen der eine sich vorzugsweise senkrecht und der andere vorzugsweise wagerecht erstreckt, so dass beim Auffüllen dieses Raumes von oben das Arbeitsgut sich von der Unterkante des ersten Teiles im zweiten Teil kegelförmig abböscht und so den Raum in eine Flammenkaramer und in eine Abdampf kammer aufteilt,- dass diese Flammenkammer einen in Richtung eines Auslaufloches geneigten Boden aufweist, und dadurch, dass im oberen Teil der Abdampfkamnier eine dichte Einlassvorrichtung für das Arbeitsgut vorgesehen ist sowie eine Vorrichtung für das Abkühlen des Abdampfes und aas Ablaufen des flüssigen Kondensates.
Beiliegende Zeichnung zeigt schematisch und beispielshaft verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemädsen Verfahrens
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und der Einrichtung zu seiner Durchführung.
Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform des Verfahrens Figur 2 zeigt ein Detail, auf grO'sserer Skala, der Figur 1 Figur 3 ist eine zweite Ausführungsform des Verfahrens Figur 4 ist eine vergrösserte Ansicht eines Teils der Figur 2 Figur 5 ist eine Seitenansicht teilweise im Schnitt, einer ersten Ausführungsform der Einrichtung.
Fic~ur 6 ist eine Draufsicht im Schnitt der in Figur 5 dargestellten Einrichtung.
Figur 7 ist eine Seitenansicht teilweise im Schnitt einer zweiten Ausführungsform der Einrichtung.
Eine erste Ausführungsform des Verfahrens ist in Figur 1 dargestellt. In dieser Figur 1 ist ein nach oben abgeschlossener Aroeii/örauiii 1 dargestellt. Er besteht aus einem senkrechten Teil 2 und einem wagerechten Teil 3·
Der senkrechte Teil 2 weist eine Schleusenvorrichtung 4 und eine Abzugsvorrichtung 5 mit einem angeschlossenen Wärmetauscher auf.
Der v/agerechte Teil 3 weist noch einen in die obere Ecke montierter Brenner (nicht gezeigt) und einen Auslauf 7 auf.
Der Arbeitsraum 1 wird mittels der Schleusenvorrichtung 4 mit einem Stoffgemisch 8 gefüllt.
Dieses Stoffgemisch 8 setzt sich zusammen beispielsweise aus :
einem organisch brennbaren Anteil b
einem oxydierbaren, also auch brennbaren, Metall-Anteil m einem anorganisch unbrennbaren Anteil a und aus abdampfbarer Feuchtigkeit, vorzugsweise V/asser w.
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Dieses Stoffgemisch 8 bi'^cht sich in den wagerechten Teil bei 9 ab.
Nach diesem Auffüllen, wird die Schleusenvorrichtimg 4 verriegelt und der Raum 1 ist gasdicht abgeschlossen. Eine Sauerstoff enthaltende Gaszufuhr 10, wie zum Beispiel Luft, wird in den wagerechten Teil 3 dem brennbaren Anteil b über den Weg 11 so zugeführt, dass er dieses unmittelbar bei dessen Eintritt in den wagerechten Teil 3, also bei 9, berührt und so mit ihm eine von hier aus in eine Flammenkammer 12 hineinbrennende Flamme bildet.
Die Flammentemperatur soll über dem Schmelzpunkt des unverbrennlichen-Anteils a liegen. Dieses wird dadurch erreicht, dass man die zugeführte Menge Sauerstoff 10 auf das theoretisch erforderliche Mass beschränkt.
Diese zugeführte Menge Sauerstoff wird vorher durch den Wärmetauscher 6 geleitet und dort vorgewärmt.
Die hohe Arbeit st erap er atxir wird dadurch begünstigt, dass die zugeführten metallischen St off komponenten m bei den vorausgesetzen hohen Temperaturen zu ihren Oxyden m oxydieren. Sie geben dabei exothermisch die vorher für ihre Reduktion aufgewandten Bildungswärme wieder frei und verstärken damit die Wirkung der Flammenbeheizung.
Diese hohe Arbeitstemperatur wird weiterhin dadurch begünstigt, dass die Feuchtigkeit w aus dem Stoffgemisch 8 vor dem Eintreten in den Verbrennungsvorgang abgedampft wird.
Diese Feuchtigkeitsabdampfung wird durch indirekte Beheizung aus einer auf der Böschungsfläche liegenden Trennschicht durchgeführt.
-jt*
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Diese Trennschicht bildet sich wie folgt :
Der brennbare Anteil b wird mittels in den Raum 3 in der Pfeilrichtung 11 eingeführten Sauerstoffes 10 zu Rauchgas 13 oxydiert.
Der metallische Anteil m wird mit dem zugeftlhrten Sauerstoff 10 zu seinem Oxyd verbrannt und dabei verflüssigt. Seine Schmelze 15 verlässt den Raum bzw. die Flammenkammer 12 zusammen mit einem SchmelzenIm des unbrennbaren Anteils 1Ί und dem Rauchgas 13 durch den Auslauf 7.
Der unverbrennliche Anteil a des Stoffgemisches 8 gerät beim Eintritt in die Flammenkammer 12 bei 9 schockartig in den Bereich ihrer Wärmeaufstrahlung, wird so auf Schmelztemperatur erhitzt und dadurch verflüssigt. Die Schmelzteilchen ziehen sich unter der wirksam werdenden Oberflächenspannung zu Schmelzetröpfchen zusammen und bilden so über dem vergasenden brennbaren Anteil b ein Tropfennetz. Aus diesem ziehen sie sich, nach unten abfliessend, zu einem Schmelzefilm 14 zusammen und bedecken mit diesem die Bösehungsflache des Stoffgemisches 8.
In der Reaktionszone, bei 9> müssen die vergasenden Teile des brennbaren Anteils b dieses Tropfennetz durchtreten und geben hierbei etwa mitgerissene Feststoffteilchen an dieses ab.
Dieses Tropfennetz dient also als Filter für die vergasenden brennbaren Bestandteile.
Das ständig nach unten abfliessende Tropfennetz gibt damit andererseits immer neue Oberflächenteilchen des brennbaren Anteil b der Wärmeaufstrahlung aus der Flammenkammer 12 frei und bewirkt dadurch eine intensive Vergasung, bei der das mit grossem Raumbedarf entstehende Gas wenig behindert in die Flammenkammer 12 abströmen kann. 309851/07$$
Der über die Bö'schungsober'flä'che atofliessende Schmelzfilm Ik kühlt sich an seiner das Stoffgemisch 8 berührenden unterfläche zu einer erstarrenden, das Stoffgemisch dabei beheizenden, es gegen die Flammenkammer 12 abgrenzenden Kruste der Trennschicht 16 ab (Figur 2).
Die aus der Flammenkammer 12 aufgestrahlte Wärme hält die ihr zugewandte Oberfläche des zum Auslauf hin abfliessenden Schmelzfilms l;r flüssig und verbraucht dazu nach Art bekannter Schmelzkühlung den Hauptteil des Wärme - Durchflusses.
Demgemäss herrscht in der Flammenkammer 12 beispiels weise eine Arbeitstemperatur von 1500°C (Fig. 2), in den abfliessenden flüssigen Schmelzefilm l·1+ nicht viel mehr als dessen mittlere Schmelztemperatur, beispielsweise 1^00°C. In der darunter liegenden erstarrten Trennschicht 16 fällt diese Temperatur bis zur Berührung mit der Stoff schicht 8 beispielsweise auf etwa 500 C ab.
Der hier in die Stoffschicht übertretende Rest der Wärmeaufstrahlung reicht gerade dafür aus, in der Stoffschicht die Feuchtigkeit zu verdampfen. Dies vollzieht sich in einer Randzone 17* bei einem Temperaturabfall von beispielsweise 500 C auf 100 C in dieser.
Die Feuchtigkeit w, welche im Bereich der Trennschicht - Beheizung ausgedampft wird, trennt sich damit von dem Stoffgemisch 8 ab und kehrt im Gegenstrom zu diesem und durch dieses, Wärme austauschend hindurch nach oben hin um.
Am Deckel des senkrechten Teils der Abdampfkammer 2 wird der Dampf über die Abzugsvorrichtung 5 abgeleitet und in dem angeschlossenen Wärmet aus eher 6 mit Hilfe der für die Flammenkammer bestimmten Verbrennungsluft, bzw. Sauerstoff 10 abgekühlt und zum Ablaufen als flüssiges Kondensat 18 gebraem,.
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x" diese V/eise vermeidet der Wasserentzug andernfalls erheblichen Wärmeaufwand in der Plammenkammer und führt dieser wenigstens einen Teil der Verdampfungswärme durch die vorgewärmte Verbrennungsluft wieder zu.
Die an der Böschungsfläche geschichteten Temperaturzoneh stellen eine ideale Wärmeisolation der Plammenkammer 12 nach aüssen hin dar und ersparen bei üblichen Hochtemperaturprozessen notwendige keramische Auskleidung.
In der Tat, je höher die Arbeitstemperatur in der Flammenkammer 12, um so dünner sind die sie umkleidenden Temperatur-Abfall - Schichten, deshalb, weil durch höhere Arbeitstemperaturren der Abschmelzvorgang mit seinem zunehmenden Bedarf an Schmelzwärme intensiviert wird.
Damit ist aber die Abhängigkeit der Lage der Temperatur - * Abfall - Schichten auch von dem Bedarf der zufliessenden Stoffschicht an Schmelz- und Verdampfungswärme angedeutet.
In der Tat, fHessen von oben her zu geringe, dem Verbrauch in der Verbrennungszone bei 9 nicht genügend ergänzende Stoffmengen nach, so wird sich die Plammenkammer 12 nach aussen hin ausdehnen , die Reaktionszone sowohl wie die Trennfläche werden sich nach aussen ausbeulen. Regelbares NachfHessen des Stoffgemisches ist also verfahrensmässig sicherzustellen.
Es kann auch erforderlich sein, die Zusammensetzung des Stoffgemisches zu regeln.
Dazu kann bei 19 Zusatzwasser eingespritzt werden, um . bei zu geringem Anteil an Feuchtigkeit w, auf diese Weise die Temperaturzone in der Abdampfkammer 2 zu beeinflussen.
■* ■ ■ ... ■
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Es kann auch notwendig sein, Zuschläge an tfnverbrennlichem a einzuführen, wenn Mangel an diesem besteht und somit aus der Reaktionszone nicht genügend Schmelze frei macht, Um die Böschungsoberfläche des Stoffgemisches, bei 9» mit einer Trennschicht zu überdecken oder diese dick genug zu machen.
In einer zweiten Ausführungsform wird das Verfahren reduzierend angewandt.
Die Figuren j5 und 4 stellen diese zweite Ausführungsform dar und benützen die gleichen Bezugsziffern für die mit der ersten Ausführungsform korrespondierenden Bestandteile.
In dieser Ausführungsform geht es nicht darum, ein im Stoffgemisch zugeführten Metall m zu seinem Oxyd zu verbrennen, sondern einem im Stoffgemisch 8 enthaltenen Metalloxyd m den Sauerstoff durch als Reduktionsmittel zugeführtes Brennbares b abzunehmen, und es als Metall m bei 20-gegen Reoxydation aus der Flammenkammer 12 geschützt, - aus dieser auslaufen zu lassen,
Der unverbrennliche Anteil a verhält sich genau gleich wie in der beschriebenen ersten Ausführungsform, das heisst dass ein Schlack- oder Schmelzfilm gebildet wird, der eine zur Dampfkammer hin abdeckende Kruste aufweist.
Auch die Feuchtigkeitsabdampfung wird genau gleich durch die Heizwirkung dieser Kruste durchgeführt.
Das aus dem Kohlenstoff aus b und dem Sauerstoff des Metalloxydes entstehende Reaktionsgas Kohlenoxyd CO muss am Reaktionsort 9 eine bestimmte Zeit verweilen, bis die Reaktion endgültig durchgeführt und Ihr Verlauf gesichert ist.
Das entstehende flüssige Metall m muss in dieser Ver-
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weilzeit die Möglichkeit haben, sich zwischen der mit entstehenden Schlackenschmelze 14 und der gebildeten Kruste gegen reoxydierende Sauerstoffeinwirkung aus der Flammenkammer in Sicherheit zu bringen.
Dieser in Fig. 3 angedeutete, aus der Metalurgie bekannte Vorgang, bei dem das schwere Metall m unter der leichteren Schlacke 14, aber über der Trennfläche oder Kruste auseigert, erfordert ausreichende Beheizung zum Flüssighalben der Schmelze, dazu genügend Austauschflächen und Verweilzeit.
In Fig. 3 wird die Böschung daher von einem steilen Ansatz aus abgeflacht und vor den Auslauf 7 auf diese Weise eine Verweilzone 21 für das flüssige Metall m geschaffen.
Um diese Verweilzone 21 zu bilden kann zum Beispiel das Niveau des Auslaufes 7 gegenüber der Zone 21 gehoben werden.
Die über der Verweilzone 21 vor ihrem Ueberlauf in den Auslauf 7, mit verweilende schützende Schlackenschmelze 14 nimmt hier aus der Flammenkammer 12 Heizwärme auf und fördert so den metallurgischen Feinungsvorgang. Das Metall selber läuft selbsttätig über einen gesonderten Syphon- Auslauf bei 20 aus der Flammen kammer 12 ab.
Durch Regeleinrichtungen im Einlauf des Sauerstoffes 10 sowie des CO- Umlaufes 22 lässt sich der in Fig. 3 und besonders in Fig. 4 dargestellte Strömungsverlauf verv/irklichen.
Die zwangsläufige Ausbildung eines reduzierenden Reaktionsgas r- CO - Zone 23 gegenüber eines sie beheizenden Flammengas - COp - Zone 24 innerhalb der Flammenkammer 12 wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass das in der Einschnürung der Flaramenkammer 12 bei 9 mit hohem Partialdruck entstehende CO nicht die
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Tendenz hat,, sich mit dem ihm unter Flanimendruck aus der Zone 2-!ί entgegenströmenden oxydierenden Flammengas C0? zu vermischen, sondern zwangsläufig den Weg über 22 zur Eintrittsstelle des Sauerstoffes 10 und zur Vermischung mit diesem bei 25 vorzieht. Das Reaktionsgas wird also dem Sauerstoff 10 so zugeführt, dass es mit diesem eine vom Reaktionsort 9 möglichst weit entfernte, ihn nicht chemisch berührende, sondern nur physikalisch bestrahlende beheizende zentrale Flamme bildet.
Alle Möglichkeiten des Wasserentzuges aus dem zur Reaktion gebrachten Stoffgemisch und die charakteristische Aufteilung des Arbeitsraumes 1 in Flammenkammer 12 einerseits und Abdampfungskammer 2 andererseits bringen einen absoluten Vorteil gegenüber bekannten Verfahren.
Jn der Tat, da die Feuchtigkeit vor dem Reaktionsprozess abgespaltet wird, braucht man für das Umwandeln des Stoffgemisches eine grosse Anzahl Kalorien weniger, da ja dieses Stoffgemisch in einem trockenen Zustand der Flammenkammer zugeführt wird.
Vorstehende Bemerkungen gelten auch für Einrichtungen, bei denen es sich um Schmelzreaktionen ohne hohe Gasentwicklung handelt, wie beispielsweise um Einschmelzaufgaben bei der Glas-
her stellung, Herstellen von Wasserglas oder Einschmelzen von Peinstäuben.
Die Figuren 5 und 6 stellen eine Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach der ersten Ausführungsform dar.
Der gesamte Arbeitsraum wird äusserlich durch einen kreisförmigen Ringmantel 30, und innerlich durch einen im Uhrzeigersinne umlaufenden Drehmantel 31 begrenzt. E&n derartiger Drehmantel ist durch das Deutsche Patent No I.526.II7 bekannt und wird
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deshalb -hier nicht genauer beschrieben.
An der Aussenwand dieses Drehmantels 31 sind Mitnehmer 32 angebracht.
Der Ringmantel 30 weist einen an seiner inneren Wand angebrachten, in der Drehrichtung des Drehmantels 3I nach unten spiralig abfallenden Zwischenboden 33 auf.
Dieser Ringmantel j50 ist ausserdem in seinem unteren Teil (Fig. 5) mit einem zu einem zentralen Auslauf loch J>h hin beispielsweise konisch geneigten Boden 35 verbunden.
An seinem oberen Teil, ist dieser Ringmantel 30 mit einem konzentrischen inneren Glockenmantel 36 durch einen oben abschliessenden kreisförmigen Ringscheibendeckel 37 verbunden.
Der Ringmantel 30 sowie Boden 35 sind im allgemeinen rein metallisch, ohne keramische Auskleidung ausgeführt.
Diese keramische Auskleidung wird nicht benötigt, da die Wärmeisolation durch die Füllung mit Stoffgemisch 8 übernommen wird.
Innerhalb des Glockenmantels 36 wird die Flammenkammer 12 durch eine kreisförmige, keramisch ausgekleidete Glocke 38 begrenzt. '
Ringmantel 30» Glockenmantel 36, Drehmantel 31 sowie Ringscheibendeckel 37 und Boden 35 bilden einen nach oben dicht abgeschlossenen, zweiteiligen Raum.
Dieser Raum erstreckt sich in einen senkrechten Teil 2. und in einen wagerechten Teil 3.
Die Glocke weist eine konische Unterseite 39 und einen mit einer Luftzufuhreinrichtung 40 verbundenen Hohlraum Λ1 aufν
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Diese Luftzufuhreinrichtung K) ist an einen V/Srmetauscher 42 angeschlossen. Dieser Wärmetauscher 42 ist selber mit einem Abdampfkanal 43 verbunden, welcher zu einer Vorrichtung für das Abkühlen des Abdampfes gehört.
Der Hohlraum 41 steht mit der Flammenkammer 12 durch eine Oeffnung 44 in Verbindung.
Die Glocke 3>8 ist noch mit einem Brenner 45 ausgerüstet welcher mit einer Gas- oder Oelleitung verbunden ist (nicht gezeigt) .
Die Einrichtung wöist noch eine dichte Einlassvorrichtung auf, bestehend aus einer ersten Schleusenvorrichtung 46 und einer zweiten Schleusenvorrichtung 49.
Diese erste Schleusenvorrichtung v/eist einen Schieber 47 und einen Presskolben 48 auf.
Die zweite dichte Einlassvorrichtung 49, besteht aus einem Fülltrichter 50 und zwei horizontalen angeordneten Schiebern 51, 52 und ist senkrecht zur ersten Schleusenvorrichtung 48 angeordnet .
Am unteren Teil der Einrichtung ist das Auslaufloch 34 mit einer Auslaufkammer 53 verbunden.
Die Auslaufkammer 53 ist mit einem Anfahr- Brenner 54 ausgerüstet und mit einer Granuliereinrichtung 55 durch eine mit dem Auslaufloch j54 coaxiale oder parallelaxlge Auslauföffnung 66 verbunden.
Ein Teil dieser Auslaufkammer 53 wirkt als Nachbrennkammer 56.
Das zu verarbeitende Stoffgemisch 8 wird durch die Einlassyorrichtung 46 zugeführt, in Fig. 5 die Hauptmenge horizontal bei 60 von der Seite oder, etwa Zusatzgut, vertikal von oben bei
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Sl. <ft
Dabei gelangt es in den Arbeitsbereich des Drehmantels 31. Dieser Drehmantel 31 ist mit Rollen 62 gegen Seitendruck: gelagert. Zwischen diesem Drehmantel und dem Glockenmantel 36. wird, zweckmässig Spülgas eingeblasen, um zu kühlen, das Eindringen unerwünschter, Antrieb und Lagerung störender Fremdstoffe zu verhindern.
Das Spülgas kann am unteren Mantelrand bei 63 in die Reaktionszone austreten.
Der Drehmantel 3I verteilt das an ihn herangeführte Stoffgemisch 8 durch die Mitnehmer 32 auf den Zwischenboden 33 und von diesem ringsum zu einer Reaktlons- Ringzone bei 64.
Der Querschnitt des zwischen Drehmantel 3I und Ringmantel 30 liegenden Raumes ist durch spiraliges Absenken des Zwischenbodens 33 in der Drehrichtung erweitert um zu vermeiden, dass die Füllung zusammenstopft.
Das durch den Presskolben 48 herangeführte und vom Drehmantel 31 mitgenommene Stoffgemisch 8 kippt demnach bei 65 teilweis von vorn herein seitlich in einen grösseren Ringspalt mit hier tiefer liegendem Zwischenboden 33 ab und wird so entspannt.
Soweit die Rundumfüllung durch den Drehmantel 3I nicht ausreicht, um die Reaktions- Ringzone bei 64 von oben her mit Stoffgemisch gefüllt zu halten, kann in einer Variante von dem Ringmantel 30 ein Stocker zu Hilfe genommen werden. Dieser Stocker wird vom Ringmantel 30 auf die Verbrauchstelle bei 64 ausgerichtet und schiebt dorthin das Stoffgemisch 8, ohne Gefahr zu laufen, die Trennschicht bei 64 zu zerstören.
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Derartige Einrichtungen wie Stooker können zum Beispiel auch als Hohlkörper wie Rohre ausgebildet sein und können leichtentzündliche flüssige Brennstoffe unmittelbar in die 'Verbrennungszone einbringen.
Die erforderliche Verbrennungsluft 10 kann wie in Figur 5 angedeutet, über der Glocke 38 angesaugt v/erden, und so der vom Glockenmantel 36 umschlossene Bedienungsraum klimatisiert werden.
Diese Verbrennungsluft vrird beisoielsv/aise im Wärmetauscher 42 vorgewärmt und in die Glocke 38 eingedrückt. Hier füllt sie den Hohlraum 41 und kühlt den der Flammenkammer 12 zugewandten Boden. Anmessen Aussenrand tritt die Verbrennungsluft dann rundum wirbelnd bei 64 in die Flammenkammer 12 ein und setzt damit diese Flammenkammer und die Dampfkammer unter Druck.
Die Intensität der Flamme, die durch die Vermischung der eintretenden Luft mit dem vergasenden brennbaren Anteil b bei 64 wie aus einem Flammengürtel in die Flammenkammer 12 eintritt, wird durch Dosieren der Luftzufuhr 40 regelbar gesteuert.
Bei dieser Einrichtung wird in der Flammenkammer 12 trotz hoher Wärmebelastung und hoher Arbeitstemperatur und möglichst geringem Lufttiberschuss ein ausgezeichneter Ausbrand erreicht, weil die entstehenden Flammengase durch die wirbelnde Luftzufuhr gut durchgemischt, gleichzeitig aber gezwungen werden, gegen ihren natürlichen Wärmeauftrieb in Richtung auf das am Boden der Flammenkammer 12 liegende Auslaufloch 34 zu fliessen. Es werden deshalb zwei Wirbelsysteme überlagert und der Mischeffekt dadurch vervielfacht .
Der unverbrennliche Anteil a bildet, zusammen mit dem flüssigen Metalloxyd mo entlang der Böschungsoberfläche, die in
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erster Ausführungsform des Verfahrens geschilderte Trennschicht zwischen Flammenkammer 12 und Abdampfkammer 2. Von den Flammengasen beheizt läuft er zusammen mit diesen aus dem gemeinsamen Auslaufloch J>h nach unten in die Auslauf kammer 53 und durch diese hindurch auf kürzestmöglichem Wege unmittelbar in die Granuliereinrichtung 55·
Der Anfahr*- Brenner $k hat die Aufgabe, diese Auslaufkatnnier 53 bein Anfahren des Gesamtprozecses vorzuheizen und von vornherein für völligen Ausbrand etwa noch kalter Anfahr - Rauchgase zu sorgen.
Darüber hinaus sichert dieser Anfahr - Brenner 5^ den Schmelzfluss im Bedarfsfall gegen vorzeitiges Abkühlen vof· der Granuliereinrichtung 55·
Die Austrittsgeschwindigkeit der Abgase 13 wird in der Auslaufkammer 53 durch einen vergrösserten Durchflussquerschnitt, bei geringerer Fallhöhe der Schmelze, stark verringert.
Auf diese V/eise trennen sich etwa mitgerissene Schmelzeteilchen leichter aus dem Gasstrom ab.
Ein Teil der Abgase 13 kann die Schmelze bis an die Granu liereinrichtung 55 beheizend, in einer Variante bei 67 abgezweigt und mitsamt aus der Granuliereinrichtung 55 aufgenommenen Dämpfen seitlich ab- und mit dem Hauptteil der Abgase 13 in der Nachbrennkammer 56 wieder zusammengeführt werden. Diesen wird bei ihrem Austritt aus der Flammenkammer 12 in der Auslaufkammer 53 bei 68 beispielsweise kühlende Zusatzluft beigemischt.
Die in dem zugeführten Stoffgemisch 8 enthaltene Feuchtigkeit w wird vor der heissen Trennschicht bei 69 abgedampft und steigt im Gegenstrom in die Dampfkammer 2 zurUck nach oben. Am
Deckel 37 tritt dieser Dampf in den Abdampfkanal 43 und wird dem
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Wärmetauscher 42 zugeführt. In diesem gibt dieser Dampf die Verdampfungswärme an ein Kühlmittel wie beispielsweise an die Verbrennungsluft 10 wieder ab. So wird diese Marine für das Verfahren ivieder nutzbar.
Bei 70 läuft ein flüssiges Kondensat Über einen Syphon oder Kondenstopf ab.
Derartige Vorrichtung für das Abkühlen des Abdampfes kann in einer Variante mit einer Auspuffeinrichtung versehen sein und je nach Plaramenkammerleistung auch mehrfach auf dem Deckel 37 angeordnet werden.
Zum Regeln der Temperaturen und deshalb des Abdampfvorganges in der Dampfkammer 2 dient eine Zuführung J2 von Zusatzwasser.
Für die Ausbildung der Trennschicht bei 69 erforderliche anorganische unbrennbare Zuschläge können durch die schleusenartige zweite Einlassvorrichtung 49 zugegeben werden.
Eine Einrichtung zur Durchführung der zweiten Ausführungsform des Verfahrens ist in der Figur 7 illustriert.
Die nach Figur 5 und 6 gleichen Bestandteile tragen gleiche Bezugsziffern.
Der in der ersten Ausführungsform der Einrichtunge beschriebene Drehmantel 31 weist einen an seiner vertikalen Wand angebrachten Schrägten 73 auf.
Die Glocke 38'.v/eist noch einen Durchgang 74- auf, welcher den Hohlraum 41 über eine nicht dargestellte Regeleinrichtung mit der Flammenkammer 12 verbindet.
Das Niveau des Auslaufes Jk ist den; Boden 35 gegenüber gehoben. r
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Ein Auslauf 75 einer Syphon - Einrichtung 20 ist am unteren Rand der Flammenkammer 12 angeordnet und erstreckt sich schräg nach unten.
Eine seitlich von aussen antreibbare Stockeranordnung 76 ist auf dem Niveau der Reaktionszone senkrecht an dem Ringmantel 30 angeordnet.
In dieser zweiten Ausführungsform der Einrichtung wird eine Variante der anlassvorrichtung verv/ondet.
Die Hauptmenge des zu verarbeitenden Stoffgemisches 8 wird hier vertikal über einen Fülltrichter 77 einer ersten Schleusenvorrichtung 78 zugeführt und durch zwei Schieber 79* 80 in den Arbeitsbereich des Drehmantels 3I ausgeschüttet.
Zusatzgut kann horizontal durch eine zweite Schleusenvorrichtung 8l zugeführt werden.
Diese zweite Schleusenvorrichtung 8l v/eist einen Presskolben 82 und einen Schieber 85 auf.
Mit dem Schrägteil 73 wird das Stoffgemisch 8 rings um den Drehmantel 3I gut verteilt.
• Die Stöckeranordnung 76 hat die Aufgabe, den von oben kommenden vertikalen Fluss des Stoffgemisches 8 mit Sicherheit in die horizontale Richtung umzuleiten.
Das in der Reaktionszone bei 9 entstehende Reaktionsgas CO (gemäss dem reduzierenden Verlauf des Verfahrens) zieht nach Erfüllung seiner Schutzaufgabe bei Qh in den Hohlraum hl der. Glocke 38 und von diesem über die nicht dargestellte Regeleinrichtung in einen injizierend ansaugenden Bereich einer zentral nach unten gerichteten Zuführung 85 der Verbrennungsluft 10.
In diesem Falle strahlt dann die die Flammenkammer 12
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beheizende Flamme aus der zentralen Zone dieser Flamr::en;:atrimer nach aussen.
Die, sich längs der Trennschicht 69 aus der Schlackenschmelze, nach unten abseigernde Metallschmelze m sammelt sich, vor dem gesonderten Abfliessen aus der Flammenkammer 12 durch den Syphon- Auslauf 75* in einem das Auslaufloch J>h umgebenden Ringkanal 86.
Die diese Metallschmelze überdeckende Schlackensehnielse 14 zieht, mit dem Rauchgas Γ5 durch den Auslauf Jk in die Auslauf kammer 53.
Die üblichen Entwicklungsstufen des Verfahrens wie zum Beispiel die Abscheidung der Feuchtigkeit w erfolgen bei dieser zweiten Ausführungsform der Einrichtungen mit den gleichen Bestandteilen wie bei der ersten Ausführungsform nach Fig. 5.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    1. Verfahren zum thermischen Umwandeln von Stoffgemischen unter Abspalten einerseits der Feuchtigkeit vor dem Verbrennungsprozeß und andererseits der Ballaststoffe in demselben mittels Ausnutzung der von ihnen eingebrachten Heizwerte, dadurch gekennzeichnet , daß das Stoffgemisch in einen nach oben abgeschlossenen Raum eingebracht wird, diesen in eine Abdampf- und in eine Flammenkammer auftrennt, daß in der Flammenkammer mittels zugeführten Sauerstoffes die brennbaren Bestandteile mit oberhalb des Schmelzpunktes der unverbrennlichen Bestandteile liegender Flammentemperatür vollkommen oxidiert werden und diese Flammenkammer als staubfreies Rauchgas verlassen, daß die ihrerseits zur vollkommenen Schmelze umgewandelten unverbrennlichen Bestandteile die Flammenkammer als Schmelze verlassen und daß die Abdampfkammer von der Flammenkammer indirekt beheizt wird und die destillationsfähigen Bestandteile abgedampft werden und nach Abkühlen als flüssiges Kondensat ablaufen.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man durch Schmelzen des Stoffgemisches eine Trennfläche bildet, die die Abdampfkammer von der Flammenkammer trennt und eine nach außen begrenzende Wärmeschützschicht bildet.
    3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die brennbaren Bestandteile aus der Trennfläche in einer Reaktionszone herausgenommen werden und Reaktionsgaee bilden, die in der Flammenkammer verbrannt werden.
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    kc Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die unverbrennlichen Bestandteile ein Tropfennetz und
    damit einen Filter für die vergasenden brennbaren Bestandteile bilden,
    5« Verfahren nach Anspruch h, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Tropfennetz eine schmale Zone mit von der Flammenkammer aus abfallenden Temperaturgradienten aufweist und an seiner Unterseite eine dünne erstarrende Kruste bildet, aus welcher das darunter liegende Stoffgemisch indirekt beheizt wird und die darin enthaltende Feuchtigkeit ausgedampft wird,
    6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man mit der Sauerstoffzufuhr zur Flammenkammer die Destillationsdämpfe aufwärmt und dadurch diese Kammer abkühlt«
    7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitetemperatür in der Flammenkammer über dem
    Schmelzpunkt der unverbrennlichen Bestandteile liegt.
    8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stoffgemisch noch Metallanteile enthält, die mit
    dem zugeführten Sauerstoff zu ihrem Oxyd verbrannt und dabei verflüssigt werden, und daß diese Metalloxydflüssigkeit zusammen mit den unverbrennlichen Bestandteilen die
    Flammenkammer als Schmelze verläßt.
    9. Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die brennbaren Reaktionsgase beim Ein-
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    tritt in die Flammenkammer im oberen Bereich der Trennfläche mit dem zugeführten Sauerstoff derart vermischt werden, daß diese Mischung einen die Flammenkammer rings umgebenden Flammenkranz bildet.
    10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stoffgemisch noch Metalloxyd enthält und daß man von diesem Metalloxyd den Säuerstoff durch als Reduktionsmittel zugeführte brennbare Bestandteile abtrennt.
    11. Verfahren nach den Ansprüchen 3 t 7 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die noch unverbrannten Reaktionsgase die Trennfläche mit hohem Partialdruck so lange abdecken, bis sich eine abdeckende Schlackenschmelze an der Trennfläche gebildet hat, und daß diese Reaktionsgase erst dann von der zentral zugeführten Verbrennungsluft angesaugt und dieser Verbrennungsluft zu einer die Trennfläche bestrahlenden zentralen Flamme zugemischt werden.
    12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein flüssiges Metall von der Schlackenschmelze gegen Reoxydation geschützt wird und getrennt von ihr aus der Flammenkammer ausläuft.
    13· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze und das Rauchgas auf dem Wege zum Granulierraum thermisch nachbehandelt werden.
    l4. Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder folgenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen nach oben abgeschlossenen, zwei Teile aufwei-
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    senden Raum umfaßt, daß von diesen zwei Teilen der eine sich vorzugsweise senkrecht und der andere sich vorzugsweise waagerecht erstreckt, so daß beim Auffüllen dieses Raumes von oben das Arbeitsgut sich von der Unterkante des ersten Teiles im zweiten Teil kegelförmig abböscht und so den Raum in eine Flammenkammer und in eine Abdampfkammer aufteilt, daß diese Flammenkammer einen in Richtung eines Auslaufloches geneigten Boden aufweist und daß im oberen Teil der Abdampfkammer eine dichte Einlaßvorrichtung für das Arbeitsgut sowie eine Vorrichtung für das Abkühlen des Abdampfes und das Ablaufen des flüssigen Kondensates vorgesehen sind.
    15· Einrichtung nach Anspruch 1A, dadurch gekennzeichnet, daß der zwei Teile aufweisende Raum äußerlich durch einen zylinderförmigen Ringmantel und innerlich durch einen Drehmantel begrenzt ist und daß dieser Drehmantel derart koaxial zum Ringmantel angeordnet ist, daß die Dampfkammer die Flammenkammer ringförmig umschließt und thermisch isoliert.
    16. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie noch einen Brenner und eine Luftzufuhreinrichtung aufweist.
    17· Einrichtung nach den Ansprüchen 15 und i6f dadurch gekennzeichnet, daß sie noch eine keramisch ausgekleidete Glocke aufweist, die derart angeordnet ist, daß die Luftzufuhreinrichtung durch diese Glocke der Flammenkammer am unteren Rand des Drehmantels Verbrennungsluft zuführt.
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    18. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzufuhreinrichtung Sauerstoff mit hohem Druck in der Achse der 'Flammenkammer zuleitet.
    19. Einrichtung nach Anspruch lh, dadurch gekennzeichnet, daß die dichte Einlaßvorrichtung zwei sich gegenüber senkrecht angeordnete Schleusenvorrichtungen aufweist.
    20. Einrichtung nach Anspruch 19t dadurch gekennzeichnet, daß eine dieser Schleusenvorrichtungen einen Preßkolben und einen Schieber aufweist und in der horizontalen Ebene angeordnet ist, während die andere Schleusenvorrichtung einen Fülltrichter und mindestens zwei Schieber aufweist und in der Vertikalebene angeordnet ist.
    21. Einrichtung nach Anspruch 1U, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung für das Abkühlen des Abdampfes und das Ablaufen des flüssigen Kondensates einen Wärmetauscher aufweist.
    22. Einrichtung nach Anspruch Ik, dadurch gekennzeichnet, daß sie unterhalb des Auslaufloches der Flaramenkammer noch eine Auslaufkammer mit einer AuslaufÖffnung aufweist und daß die Achse der AuslaufÖffnung mit derjenigen des Auslaufloches koaxial ist.
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