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Anlage zum Patentgesuch
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der Klöckner-Humboldt-Deutz Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung
zum Brennen von stückigem Gut, insbesondere Eisenerzpellets Die Erfindung betrifft
ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Brennen von stückigem Gut, insbesondere
Eisenerzpellets, wobei das Gut nacheinander den Prozeßschritten Trocknen, Vorwärmen,
Vorbrennen, Fertigbrennen und Kühlen unterworfen wird.
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Die im großtechnischen Betrieb nach dem Stand der Technik angewandten
Verfahren und Vorrichtungen zum Brennen von Pellets sind: - Brennen im Schachtofen
- Brennen auf dem Bandofen - Brennen in einer Band/Drehofen - Kombination - Brennen
auf dem Rundherdofen.
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Diese bekannten Vorrichtungen und Verfahren weisen jedoch eine Reihe
von Nachteilen auf: Schachtöfen für sich allein sind wenig flexibel bezüglich der
Einsatzstoffe. Während beispielsweise das Brennen von Pellets aus Magnetitkonzentraten
einigermaßen zufriedenstellende Resultate liefert, ergeben sich beim Brennen von
Hämatitpellets Schwierigkeiten wegen der Gefahr der Oberflächenüberhitzung,
dem
sogenannten "Sticking".
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Schachtöfen haben außerdem eine begrenzte Kapazität; diese liegt bei
maximal ca. 50 bis 60 t/h, weil die Schwierigkeit einer gleichmäßigen Durchgasung
mit wachsendem Qfenquerschnitt zunimmt, weshalb dieser Querschnitt und damit die
Kapazität des Ofens über ein gewisses Maß hinaus nicht vergrößert werden kann.
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Beim Schachtofenbetrieb sind zudem die Anforderungen an die Grünfestigkeit
der Pellets wegen des mechanischen Druckes der Gutsäule verhältnismäßig hoch, weswegen
sich bei zunehmender Schütthöhe ein unwirtschaftlich hoher Pelletabrieb einstellt.
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Die gleiche Schwierigkeit gilt auch für das Chargieren der Grünpellets,
wobei für die Abdichtung des Schachtofens auch noch ein Dichtigkeits- und Staubproblem
hinzukommt.
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Noch größere Schwierigkeiten indessen bereitet die Rückkondensation
des Wassers an den oberen Schichten der Grünpellets, welche durch Feuchtigkeitsanreicherung
zur Klumpenbildung bei erheblichem Festigkeitsverlust und Durctigasungsschwierigkeiten
neigen.
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Die alleinige Anwendung eines Bandrostofens hingegen erfordert außerordentlich
hohe Investitions- und Betriebskosten. Außerdem
besteht die Gefahr
der ungleichmäßigen Qualität, insbesondere bei höherer Schichtung auf dem Band,
als Folge des beim Durchzug der heißen Rauchgase durch die Pelletschüttung entstehenden
Wärmegefälles. Diese Erscheinung ist besonders kritisch beim Brennen von basischen
Pellets.
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Weil beim Bandofen die Wärmeübertragung im wesentlichen durch Konvektion
erfolgt, wird diese im Bereich der höheren Brenntemperaturen mit abnehmender Temperaturdifferenz
schlechter, zumal die Strahlungswärme praktisch kaum ausgenutzt wird. Aus diesen
Gründen fallen relativ hohe Energiekosten an.
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Und schließlich ergeben sich im Bereich höherer Brenntemperaturen,
beispielsweise bei Hämatit, Werkstoffprobleme an einer großen Zahl mechanisch bewegter
Teile wie beispielsweise Rostwagen, Heißgasgebläsen etc..
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Das Brennen im kombinierten System Bandofen/Drehofen bringt ähnlich
gelagerte Nachteile mit sich, nämlich hohen Verschleiß der beweglichen Teile, insbesondere
des Drehrohres und seiner empfindlichen Feuerfestauskleidung, und verursacht dadurch
hohe Investitions- und Betriebskosten.
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Der geringe Füllungsgrad vom Gut im Ofenquerschnitt führt außerdem
zu äußerst großen Dimensionen und damit zu sehr hohen Kosten.
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Auch ist der Drehrohrofen schwierig im Betriebsverhalten wegen
der
Gefahr der "Ringbildung", speziell beim Brennen von sauren Pellets.
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Bei ungünstigem Wärmeübergang, da das Gas oberhalb der Feststoffschicht
hinwegströmt, ist das Drehrohr auch noch relativ unwirtschaftlich in der Wärmeausnutzung.
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Wegen der gleichmäßigeren Pelletqualität im Vergleich zu Bandpellets,
sowie wegen der besseren Wärmeübertragung durch Strahlung im Bereich höherer Temperaturen
wurden diese unerwünschten Nachteile dennoch gelegentlich in Kauf genommen, und
man entschloß sich zu diesem verhältnismäßig unwirtschaftlichen Kompromiß mangels
einer besseren Lösung.
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Eine Reihe ähnlicher Nachteile ergeben sich auch für die alleinige
Anwendung des Rundherdes.
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Infolge geringer Schichthöhe der Pellets auf dem Herd und als Folge
der schweren bewegten Ofenmassen sind die Kosten soWohl für Investition als auch
für Energie höher als bei allen anderen Brennverfahren- und Vorrichtungen.
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Beim Chargieren der Grünpellets sowie beim Abwurf des Fertigbrandes
ergeben sich beim Rundherd dazu noch Dichtigkeitsprobleme, die unter anderem auch
zu Schwierigkeiten für die Umwelt führen.
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Das besondere Charakteristikum aller dieser geschilderten Schwierigkeiten
aber ist, daß diese mit zunehmender Kapazität
der jeweiligen Anlagen
progressiv steigen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Brennverfahren und
Vorrichtungen zu entwickeln, welche die Nachteile und Schwierigkeiten der bekannten
Brennverfahren so weit wie möglich vermeiden, welche insbesondere flexibel in der
Anpassung an verschiedene Einsatzstoffe sowie Kapazitäten sind, und schließlich
bezüglich Investitions- und Betriebskosten in tragbaren Grenzen bleiben.
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Diese Aufgabe wird mit der Erfindung dadurch erfüllt, daß zumindest
die Prozeßschritte Trocknen und Vorwärmen auf wandernden Rosten in einem Bandofen,
und zumindest der Prozeßschritt Fertigbrennen in einem Schachtofen durchgeführt
werden.
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In Ausgestaltung des Verfahrens werden mit Vorteil die Prozeßschritte
Trocknen, Vorwärmen und Vorbrennen im Bandofen und Fertigbrennen sowie Kühlen im
Schachtofen durchgeführt.
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Hierbei liegen die Guttemperaturen beim Trocknen in den Grenzen von
0 OC bis 200 °C, beim Vorwärmen zwischen 200 OC und 400 OC, beim Vorbrennen zwischen
400 OC und 1000 °C, vorzugsweise bei ca. 700 OC und beim Brennen zwischen 700 OC
und 1350 OC.
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Das Verfahren nach der Erfindung ist weiterhin dadurch gekennzeichnet,
daß das für den Brennprozeß benötigte Gas im
Gegenstrom zum Gut
geführt wird.
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Hierbei kann mit Vorteil von der Maßnahme Gebrauch gemacht sein, daß
zumindest ein Teil des zum Trocknen der grünen Pellets verwendeten Gases zum Kühlen
der fertig gebrannten Pellets verwendet wird.
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Eine Ofenanlage zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung
ist gekennzeichnet durch einen Bandofen mit wandernden Rosten an der Gutaustragsseite
und zumindest einem Schachtofen an der Gutaustragsseite, von welchen der Bandofen
zumindest eine Trocken- und Vorwärmzone und der Schachtofen zumindest eine Brennzone
aufweist.
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In Ausgestaltung der Ofenanlage weist mit Vorteil der Bandofen eine
Trocken-, Vorwärm- und Vorbrennzone und der Schachtofen eine Brenn- und Kühlzone
auf.
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Eine Ofenanlage nach der Erfindung weist darüberhinaus Mittel zum
Führen und Fordern von Gas auf, durch welche das Abgas der Kühlzone durch die Brennzone
und das Abgas der Brennzone durch die Vorbrenn-, Vorwärm- und Trocknungszone hindurchgeleitet
wird.
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Dabei kann es für die Wirtschaftlichkeit der Ofenanlage von Vorteil
sein, wenn Mittel vorgesehen sind, durch welche zumindest ein Teil des Abgases von
der Trocknungszone im Kreislauf zur Kühlzone zurückgeleitet wird. Diese Maßnahme
senkt die Energiekosten beträchtlich.
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In Anpassung an Anlagengrößen höherer Kapazität, beispielsweise in
der Größenordnung von 2 bis 3 mio Jato, ist eine Ofenanlage mit Vorteil so ausgestattet,
daß einem Bandofen mindestens zwei, vorzugsweise drei bis sechs Schachtöfen zugeordnet
sind.
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Im Falle einer solchen Mehrzahl von Schachtöfen ergibt sich der Vorteil,
daß eine äußerst flexible und dadurch wirtschaftliche Kapazitätsanpassung durch
Zu- und Abschalten von Einheiten gegeben ist. Außerdem wird die Wartung der Anlage
während des Betriebes dadurch erleichtert, daß Schachtöfen zeitweilig in Reserve
und damit außer Betrieb bleiben.
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Dabei lassen sich beispielsweise auch Reparaturarbeiten an Schachtöfen
ausführen, ohne daß der Betrieb darunter leidet.
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Bei der Zuordnung mehrerer Schachtöfen zu einem Bandofen kann mit
Vorteil eine solche Anordnung gewählt sein, daß diese mit annähernd gleichem radialem
Abstand um die Mittelachse einer Verteil- und Transportanordnung gruppiert sind,
welche das vom Bandofen kommende Gut den Schachtöfen zu teilt.
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Dabei kann die Verteil- und Transportanordnung mit Vorteil eine drehbare
Schurre, Transportband oder Vibrorinne sein.
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Die Verteil- und Transportanordnung kann aber auch einen Zwischenbehälter
aufweisen, aus welchem das Gut über Schurren, Zwischenbehälter oder Vibrorinnen
den Schachtöfen zugeteilt wird.
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Und schließlich sind bei einer Ofenanlage nach der Erfindung die Öfen
gasdicht verkleidet und stehen gasseitig sowie gutseitig miteinander in Verbindung.
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Die erfindungsgemäße Ofenanlage ergibt folgende Vorteile: Sie zeichnet
sich durch besondere Flexibilität aus, das heißt sie ist praktisch zum Brennen aller
infragekommenden Erzsorten geeignet, wie beispielsweise Magnetite, Hämatite, Limonite,
Taconite etc..
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Die Vorzüge der beiden Systembestandteile Band - Schacht werden optimal
genutzt, ohne daß deren Nachteile in Kauf genommen werden müssen: Denn auf dem Band
werden die empfindlichen Pellets im Grünzustand äußerst schonend getrocknet und
erzielen eine Teilhärtung, so daß deren Fertigbrennen im Schacht unter Nutzung der
wärmewirtschaftlichen Ökonomie des Gegenstrom-Wärmetausches bei optimaler Gas- und
Raumausnutzung stattfinden kann.
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Der im Temperaturbereich (OOC bis ca. 10000C, vorzugsweise OOC bis
7000C) arbeitende Bandofen ist wesentlich kleiner und benötigt keine Bauteile aus
hochfeuerfestem Werkstoff. Er ist daher bezüglich der Investitions- und Unterhaltungskosten
erheblich günstiger als ein Bandofen mit Temperaturen oberhalb 10000C bis ca. 1400
0C.
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Durch entsprechende Einteilung der Schachtofengase beim Durchziehen
durch die Schüttung der Pellets auf dem Band wird eine optimale Nutzung der fühlbaren
Wärme der Schachtofengase ermöglicht. Die Gefahr ungleichmäßiger Qualität infolge
unterschiedlicher Temperaturen innerhalb der Schichtung ist wegen der Nachbehandlung
im Schachtofen nunmehr ohne Bedeutung.
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Die thermische Belastung der Heißgasgebläse bleibt in wirtschaftlichen
Grenzen.
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Durch stufenlose Regulierung der Bandgeschwindigkeit kann die Endtemperatur
der Pellets auf dem Band problemlos reguliert werden.
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Die Zufuhr von Nebenluft in die Schachtofengasleitung kann je nach
Bedarf variiert werden, um auf diese Weise die Temperatur und das O2 - Potential
des Gases für die Vorhärtungsphase optimal einzustellen.
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Da die Pellets mit einer Temperatur zwischen 6000C bis 10000C in den
Schachtofen gelangen, ist deren Verweilzeit in der Heizzone relativ kurz. Dadurch
entfällt die "Sticking"-Gefahr ebenso wie die Schwierigkeit der Wasser-Sumpfbildung.
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Der Abrieb bleibt in wirtschaftlichen Grenzen, und das notwendige
Porenvolumen bleibt erhalten.
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Hierdurch erhöht sich insgesamt die Qualität des Fertigproduktes bei
gleichzeitiger Senkung der Kosten.
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Schließlich ist für die Ökonomie des Brennprozesses von Bedeutung,
daß der Schachtofen mit getrennten Brennkammern ausgestattet
sein
kann. Denn hierdurch wird das Verfahren nach der Erfindung unabhängig von besonderen
Anforderungen an die Qualität der Brennstoffe. So können alle Arten von Kohle oder
auch minderwertigere Brennstoffe beispielsweise mit höherem Aschegehalt verfeuert
werden.
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Die Erfindung wird anschließend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles einer Ofenanlage näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine
erfindungsgemäße Ofenanlage, schematisiert, teils in Ansicht, teils im Schnitt Figur
2 die Ofenanlage in Draufsicht Im Anlagenschema gemäß Fig. 1 gelangen die grünen
Pellets aus dem Vorratsbunker 1 über den Rollenrost 2 zur Aufgabeseite der Bandofenanlage
3, welche mit gasdurchlässigen wandernden Rosten 24 ausgestattet ist. Die Pellets
werden in einer Schichthöhe von ca. 250 bis 300 mm auf die wandernden Rosten 24
aufgegeben durchwandern zunächst die Trockenzone 4 anschließend die Vorwärmzone
5 und schließlich die Vorbrennzone 6.
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Die Temperatur in diesen Zonen beträgt z.B. bei der Trockenzone 500C
bis 2000C, in der Vorwärmzone ca. 2000C bis 6000C und in der Vorbrennzone ca. 6000C
bis 1000 0C.
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Die vorgebrannten Pellets werden von der Bandofenanlage in einen Zwischenbehälter
7 abgeworfen, welcher ebenso wie der Bandofen 3 mit einer staubdichten Verschalung
umkleidet ist.
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Aus dem Zwischenbehälter 7 werden die auf Temperaturen zwischen ca.
6000C und 10000C aufgeheizten und vorgebrannten Pellets mit Hilfe eines schwenkbar
angeordneten Verteilerbandes 8 in den Kopf 9 des Schachtofens 10 gefördert. In dem
Schachtofen 10 durchwandern die Pellets schließlich als dichte Gutsäule die Brennzone
11, welche sich vom unteren Ende des Füllschachtes 12 bis zur Höhe der Brennkammern
14 erstreckt.
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Unterhalb der Brennkammern 14 erstreckt sich bis zur Höhe des Kühllufteintrittes
15 die Kühlzone 16. Etwa in Höhe des Kühllufteintrittes 15 sind Stachelwaizen 17
angeordnet, welche das fertiggebrannte und gekühlte Gut vor dem Eintritt in die
Auslaßschleuse 18 zerkleinern, indem sie die durch temperaturbedingte Anbackungen
entstandenen größeren Agglomerate aufbrechen.
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Nach Verlassen des Ofenauslasses 19 werden die gebrannten und gekühlten
Pellets mit dem Band 20 zu einer Klassiereinrichtung 21 gefördert, in welcher der
Abrieb 23 und Unterkorn vom Fertiggut 22 getrennt werden. Der Abrieb 23 wird auf
nicht näher bezeichneten Wegen durch eine beliebige Transporteinrichtung, beispielsweise
Band und Elevator, mindestens teilweise als Schutzschicht auf die wandernden Roste
24 der Bandofenanlage 3
unter die grünen Pellets geschichtet. Ein
anderer Teil 25 wird zur Pelletierungsanlage zurückgeführt.
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Das Gas, welches mit einer Temperatur von ca. 60 0C bis 1000C in die
Kühlzone 16 des Schachtofens 10 eingeblasen wird, bewegt sich aufwärts im Gegenstrom
zur Pelletschüttung in Richtung der Brennkammern 14, wo es sich nach Aufnahme von
Wärme aus dem heißen Gut mit den Brenngasen mischt. Die heißen Gase durchdringen
die Materialschüttung vom Bereich der Brennzone 11 an weiter aufwärts und werden
mittels der Heißgasleitung 13 aus dem oberen Teil des Schachtofens 10, etwa in der
Mitte zwischen dem Füllschacht 12 und der Brennzone 11 abgesaugt. In der anschließenden
Fortsetzung 26 der Heißgasleitung befindet sich ein Drosselorgan 27, welches insbesondere
dann verschlossen werden kann, wenn beispielsweise der Ofen 10 außer Betrieb gesetzt
wird und benachbarte Öfen dessen Funktion übernehmen.
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Im Betrieb ist das Drosselorgan 27 geöffnet, und die Gase werden mit
Temperaturen zwischen 13000C und 13500C in die Vorbrennzone 6 eingeleitet, wobei
sie durch die bereits getrocknete und erwärmte Pelletschicht hindurchgesogen werden
und einen Teil ihrer fühlbaren Wärme an die Pellets abgeben.
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Aus der Vorbrennzone 6 wird das Gas mit beispielsweise 6000C durch
die Rohrleitung 26' durch das Heißgasgebläse 28 abgesogen und in die Vorwärmzone
5 gefördert. Dort wird das Gas erneut
durch die Pelletschicht hindurchgeschickt
und sodann mittels der Leitung 29 und dem Heißgasgebläse 30 abgesaugt und schließlich
in die Trockenzone 4 geleitet. Darin wird das Gas ein weiteres Mal durch die Pelletschicht
geleitet, wobei das Gas endgültig abgekühlt und die Pellets getrocknet werden.
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Schließlich wird das Abgas durch die Leitung 31 und den Exhaustor
32 zum Kamin 33 gefördert. Dieser weist eine Drosselklappe 34 auf, welche so eingestellt
werden kann, daß ein Teil des Abgases durch die Bypassleitung 35 mit dem Regelorgan
36 sowie den Ventilator 37 und die Kühlluftleitung 38 zum Kühllufteintritt 15 des
Schachtofens 10 zurück gefördert wird.
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Eine Frischluftleitung 39 mit einem weiteren Regelorgan 40 gestattet
die beliebige Beimischung von Frischluft zur rUckgeführten Kühl luft.
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In Fig. 2 ist die Anlage nach Fig. 1 in Draufsicht dargestellt.
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Gleiche Anlageteile sind mit gleichen Ziffern bezeichnet. Darin bezeichnen
die Ziffern 1 den Vorratsbunker, 2 den Rollenrost, 3 die Bandofenanlage, 4 die Trockenzone,
5 die Vorwärmzone und 6 die Vorbrennzone.
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Man erkennt ferner den Zwischenbehälter 7 mit dem Zuteilband 8, welches
in die verschiedenen Positionen 81, 82, 83, 84 und 85 geschwenkt werden kann. Dementsprechend
sind fünf Schachtöfen 101, 102, 103, 104 und 105 angeordnet. Von den Schachtöfen
führen Heißgasanschlüsse 13 über jeweils ein Drosselorgan 27
zur
gemeinsamen Heißgassammelleitung 26, welche in die Vorbrennzone 6 der Bandofenanlage
3 mündet. Aus deren oberen Teil führt die Heißgasleitung 26' mit dem Heißgasgebläse
28 zur Vorwärmzone 5 und aus dieser heraus die Gasleitung 29 mit dem Gebläse 30
zur Trockenzone 4, aus deren Oberteil das Abgas nach Abgabe seiner fühlbaren Wärme
mit Hilfe des Gebläses 32 in den Kamin 33 gefördert wird.
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Die Leitung 31 besitzt eine Abzweigung zur Bypassleitung 35, worin
mit Hilfe eines Drosselorgans 36 ein entsprechender Teilstrom eingestellt werden
kann. Durch diese Bypassleitung 35 wird Abgas zum Kühllufteintritt 15 des Schachtofens
zurückgeführt. Diese Rückführung ist jedoch der Ubersichtlichkeit wegen in der Draufsicht
nach Fig. 2 nicht eingezeichnet.
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Diese Kreislauf-Führung von einem Teil des Gases hat einen doppelten
Vorteil: Einerseits wird hierdurch Wärmeenergie eingespart beziehungsweise das Temperaturniveau
in der Anlage bei gleicher Energiezufuhr gehoben.
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Andererseits wird die pro Zeiteinheit abgegebene Menge Abgas verringert.
Da das Abgas aus Gründen des Umweltschutzes durch eine Filteranlage gereinigt werden
muß, deren Investition und Betrieb sehr kostenträchtig ist, bedeutet die Verringerung
des Anfalles von Abgas auf Seiten der nachgeschalteten Filteranlage
eine
spürbare Verbesserung der Wirtschaftlichkeit der Gesamtanlage.
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Die Anlage nach Fig. 1 und 2 soll nur als ein Beispiel für mögliche
Ausführungen einer Ofenanlage nach der Erfindung dienen. Dem Fachmann stehen beliebige
Ausführungsvarianten der einzelnen Vorrichtungselemente zur Verfügung, deren konstruktive
Ausbildung nach anerkannten Regeln des technischen Handelns im Bereich der fachmännischen
Routine liegt.
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Das beschriebene Beispiel sowie mögliche Alternativen fallen unter
die Erfindung, sofern sie einem der folgenden Patentansprüche genügen.
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Patentansprüche
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