DE3008234A1

DE3008234A1 - Verfahren und anlage zum brennen von feinkoernigem gut

Info

Publication number: DE3008234A1
Application number: DE19803008234
Authority: DE
Inventors: Gerhard 4700 Hamm Butschko; Wolf Dipl.-Ing. 4720 Beckum Goldmann; Janos Dipl.-Ing. Budapest Steiner; Peter Dipl.-Ing. 4740 Oelde Tiggesbäumker; Jozsef T. Almasfüzitö Toth; Kalman Dipl.-Ing. Wenzly
Original assignee: Krupp Polysius AG; MAGYAR ALUMINIUM
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG; MAGYAR ALUMINIUM
Priority date: 1980-01-23
Filing date: 1980-03-04
Publication date: 1981-07-30
Also published as: US4352660A; FR2474153A3; GR73615B; FR2474153B3

Description

P 4092

Verfahren und Anlage zum Brennen von feinkörnigem Gut

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anlage zum Brennen oder Sintern von feinkörnigem Gut, insbesondere von Tonerde, bei dem das Gut in einem mehrstufigen Zyklonvorwärmer durch die heißen Abgase einer Brennzone vorerhitzt, in der Brennzone fertiggebrannt und in einer Kühlzone gekühlt wird, wobei ein einstellbarer Teil des Gutes nach Durchsetzen der Brennzone und Abscheidung aus dem Gasstrom erneut in die Brennzone eingeführt wird.

Ein Verfahren der vorstehend genannten Art ist beispielsweise aus der DE-AS 17 67 628 bekannt. Die Brennzone wird hier durch einen Wirbelschichtreaktor gebildet, aus dem ein Teil des Gutes laufend nach oben ausgetragen wird, wobei dieses Gut nach Abscheidung in einem Zyklon in den unteren Bereich des Wirbelschichtreaktors zurückgeführt wird. Ein weiterer Teil des Gutes wird dem Wirbelschichtreaktor im unteren Bereich laufend als Fertiggut entnommen und der Kühlzone zugeführt. Nachteilig bei diesem bekannten Verfahren ist vor allem der durch den hohen Gasdruck bedingte große Energiebedarf.

Bekannt ist weiterhin ein Verfahren (DE-AS 20 08 774), bei dem das in der Brennzone auf Fertigbrenntemperatur erhitzte Gut vor Eintritt in den Kühler noch eine gewisse Zeit in einer Verweilzone gehalten wird, die im wesentlichen aus einem schachtförmigen

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Verweilbehälter sowie einem Abscheider besteht.

Durch zusätzliche Brenner kann dabei die dem Verweilbehälter zugeführte Kühlerluft im erforderlichen Maß aufgeheizt werden. Vorteilhaft ist bei diesem Verfahren, daß eine gleichmäßige Wärmebehandlung von Gutteilchen unterschiedlicher Größe erreicht und die Verweilzeit optimal an das jeweils vorliegende Gut angepaßt werden kann. Für manche Anwendungsfälle ist allerdings eine weitere Vereinfachung der Anlage wünschenswert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Brennen von feinkörnigem Gut, insbesondere zur Kalzinierung von Tonerde, zu entwickeln, das sich durch einen geringen Wärme- und Energiebedarf sowie eine einfache Bauweise der Anlage auszeichnet und das eine ideale Anpassung der Brennbedingungen an das jeweils vorliegende Gut gestattet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das aus dem Gasstrom abgeschiedene gebrannte

Gut einem Verweilbehälter zugeführt wird, aus dem vo r_z_ug_swe χ s e j

einfeinsteilbarer Teil des Gutes zurück in die Brennzone und der Rest des Gutes in die Kühlzone geführt wird.

In diesem Verweilbehälter erfolgt ein Wärmeausgleich zwischen den einzelnen gebrannten Gutteilchen sowie eine Homogenisierung der Korngröße.

Es laufen ferner in diesem Verweilbehälter verschiedene chemische und physikalische Reaktionen ab, wobei sich bei der~ Kalzinierung von Tonerde die Bildung

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der ^-Modifikation, die eine Funktion von Temperatur und Verweilzeit ist, in weiten Grenzen genau steuern läßt. Auf diese Weise sind beliebige ck/-Tonerde-Gehalte erzielbar.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung wird die Brennzone durch eine im wesentlichen vertikal verlaufende, von unten nach oben gasdurchströmte Leitung gebildet, in deren unterstem Bereich eine Brenneranordnung vorgesehen ist, in die an einer etwas höher liegenden Stelle eine vom Verweilbehälter kommende Rückführleitung einmündet und an die an einer darüber liegenden Stelle eine vom Vorwärmer kommende Gutleitung angeschlossen ist.

Bei einer solchen Gestaltung der Brennzone erfolgt der Brenn- bzw. Kalziniervorgang in der Schwebe, wodurch eine störende Agglomeratbildung vermieden wird. Zweckmäßig werden hierbei Vergasungsbrenner verwendet, die einen guten Ausbrand gewährleisten und eine geringe Feststoffkonzentration in der eigentlichen Brennzone ergeben. Beim Kalzinieren von Tonerde wird ferner durch Vergasungsbrenner eine Inhibitor-Wirkung der Tonerde auf den Kohlenstoff-Ausbrand vermieden.

Durch die Höhenstaffelung in der Einführung einerseits des gebrannten (rezyklierten) Gutes und andererseits des vorerhitzten Gutes wird in der Brennzone erreicht, daß die heißen Brenngase zunächst mit dem bereits -gebrannten, rezyklierten Teil des Gutes in Berührung kommen und dieses Gut weitererhitzen, ehe sie dann ihren weiteren Wärme-

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inhalt an das vorerhitzte Material abgeben.

Die erfindungsgemäße Anlage, die im wesentlichen aus Zyklonen bekannter Bauart sowie aus Verweilbehältern besteht, zeichnet sich durch eine sehr einfache Bauweise, einen geringen Wärmebedarf (geringe Wandwärmeverluste) und vor allem durch einen sehr niedrigen Gasdruck und infolgedessen einen geringen elektrischen Energiebedarf aus.

Im Unterschied zum bekannten Wirbelschichtverfahren arbeitet das erfindungsgemäße Verfahren mit einem Gesamtdruck, der im wesentlichen nur vom Druckverlust der Zyklonstufen bestimmt wird und zu dessen Erzeugung ein einfacher Radialventilator ausreicht. Lediglich für die Fluidisierung der Verweilbehälter wird ein höherer Druck benötigt, jedoch nur für eine sehr geringe Luftmenge. So wird insbesondere das im Verweilbehälter der Brennzone befindliche Gut mit einer geringen Menge Luft, vorzugsweise mit 5 bis 15 g Luft pro kg Gut, fluidisiert. Diese Luft kann durch Abfallwärme (z.B. Abgase oder Rauchgase) vorgewärmt werden. Die Fluidisierung kann auch direkt mit Abgas oder Rauchgas erfolgen.

Erfindungsgemäß kann auch an die Gutaustragsrohre der Zyklone des Zyklonvorwärmers je ein weiterer, vorzugsweise mit Kühlerluft fluidisierter Verweilbehälter angeschlossen sein. Diese Verweilbehälter, in denen sich das Gut in einer nur leicht fluidisierten Schüttgut befindet, dichten durch die Gutschüttung die Gutaustragsleitung des darüber an-

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geordneten Zyklons ab, so daß hierfür keine besonderen mechanischen Organe (wie Pendelklappen oder dergleichen) erforderlich sind.

Die Verweilzeit des Gutes in den einzelnen Verweilbehältern läßt sich erfindungsgemäß durch einfaches Verstellen der Auslauföffnung in einem weiten Bereich ändern und den jeweiligen Verhältnissen anpassen. Zweckmäßig wird der zur Aufnahme des gebrannten Gutes bestimmte Verweilbehälter so bemessen, daß eine Verweilzeit bis zu einer halben Stunde für das Fertiggut einstellbar ist.

Diese und weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispieles hervor. In der Zeichnung zeigen

Fig.1 eine Schemadarstellung einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver

fahrens ;

Fig.2 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Verweilbehälters.

Die Anlage gemäß Fig.1, die vorzugsweise zum Kalzinieren von Tonerde dient, besteht im wesentlichen aus einem mehrstufigen Zyklonvorwärmer 1, einer Brennzone 2, einem Verweilbehälter 3 sowie einer Kühlzone 4.

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Der Zyklonvorwärmer 1 besteht aus zwei hinsichtlich der Gas- und Gutführung parallelgeschalteten Strängen und enthält in jedem dieser beiden Stränge je zwei Zyklone 5, 6 bzw. 5a, 6a. Den Zyklonen 5, 5a der obersten Zyklonstufe sind Verweilbehälter 7, 7a und den Zyklonen 6, 6a der zweiten Zyklonstufe Verweilbehälter 8, 8a nachgeschaltet.

Die gleichfalls aus zwei Strängen bestehende Brennzone 2 enthält zwei im wesentlichen vertikal verlaufende Leitungen 9, 9a, die in ihrem untersten Bereich eine Brenneranordnung 10 bzw. 10a enthalten. Die beiden Leitungen 9, 9a münden in einen gemeinsamen Abscheider 11, dessen Gutaustragsleitung in den bereits erwähnten Verweilbehälter 3 eingeführt ist. Vom Verweilbehälter 3 führen zwei Gutzuleitungen 12, 12a zu den die Brennzone bildenden Leitungen 9 bzw. 9a. Diese Gutleitungen 12, 12a münden oberhalb der Brenneranordnung 10 bzw. 10a in die Leitung 9 bzw. 9a ein. Von den Verweilbehältern 8, 8a führen Gutleitungen 13, 13a zur Leitung 9 bzw. 9a; sie münden oberhalb der Gutleitungen 12 bzw. 12a in die Leitungen 9, 9a.

Die Kühlzone 4 enthält zwei parallelgeschaltete Zyklone 14, 14a sowie einen Wirbelschichtkühler Gutleitungen 16, 16a führen vom Verweilbehälter zu den Kühlluftleitungen 17, 17a, die den Wirbel.

schichtkühler 15 mit den Zyklonen 14, 14a verbinden.

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Den Verweilbehältern 3, 7, 7a, 8, 8a wird im unteren Bereich jeweils eine kleine Menge Kühlerluft als Fluidisierungsluft zugeführt, wie dies durch die Pfeile 18 angedeutet ist.

Die Wirkungsweise der Anlage gemäß Fig.1 ist folgendermaßen:

Das zu kalzinierende Gut wird bei 19 in die zu den Zyklonen 5, 5a der obersten Zyklonstufe führenden Gasleitungen eingebracht. Nach Abscheidung in diesen Zyklonen gelangt es in die Verweilbehälter 7 bzw. 7a. Nach einer gewissen Verweilzeit wird das Gut aus den Verweilbehältern 7, 7a in die Gasleitung 20 eingetragen, die vom Abscheider 11 zu den Zyklonen 6, 6a führt. Nach weiterer Vorwärmung durch die heißen Gase und Abscheidung in den Zyklonen 6, 6a gelangt das Gut dann in die Verweilbehälter 8, 8a. Aus diesen wird es nach einer gewissen Verweilzeit in die Leitungen 9, 9a eingetragen, die die eigentliche Brennzone bilden. Das durch die heißen Gase der Brenneranordnung 10 bzw. 10a kalzinierte Gut gelangt nach Abscheidung in dem Abscheider 11 in den Verweilbehälter 3, wo es eine einstellbare Zeit unter Bildung der ^"Modifikation verweilt.

Ein einstellbarer Teil des Gutes gelangt dann aus dem Verweilbehälter 3 über die Leitungen 12 bzw. 12a erneut in die Leitungen 9, 9a und durchsetzt damit die Brennzone mindestens noch ein weiteres Mal.

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Der übrige Teil des Gutes gelangt aus dem Verweilbehälter 3 über die Gutleitungen 16, 16a in die Kühlzone 4 und wird hier zunächst in den Zyklonen 14 bzw. 14a und dann im Wirbelschichtkühler 15 gekühlt.

Die Gase durchsetzen die Anlage im Gegenstrom zum Gut: Die Luft des Wirbelschichtkühlers 15 wird den Zyklonen 14 bzw. 14a zugeführt. Die Abluft dieser Zyklone durchsetzt die die Brennzone bildenden Leitungen 9 bzw. 9a, vereinigt sich im gemeinsamen Abscheider 11 und durchsetzt dann nach erneuter Aufteilung die Zyklone 6, 6a und 5, 5a.

Fig.2 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel eines Verweilbehälters.

Dieser Verweilbehälter 21 enthält ein Guteintragsrohr 22, das an den darüber angeordneten (nicht dargestellten) Abscheider angeschlossen ist und in die Gutschüttung 23 hineinragt. Weiterhin ist der Verweilbehälter 21 in seinem oberen Teil mit Auslauföffnungen 24, 25 versehen, denen vertikal verschiebbare Absperrorgane 26, 27 zugeordnet sind. Im unteren Bereich ist der Verweilbehälter 21 mit einem luftdurchlässigen Boden 28 und einem Anschlußstutzen 29 zur Zuführung von Fluidisierungsluft versehen.

Die Funktion des Verweilbehälters 21 dürfte ohne weiteres verständlich sein: Das über das Guteintragsrohr 22 zugeführte Gut verweilt in dem Behälter 21

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eine gewisse Zeit in einer verhältnismäßig dichten, nur wenig fluidisierten Schüttung und verläßt dann den Behälter 21 durch die Auslauföffnungen 24 bzw. 25. Durch Einstellen der Absperrorgane 26 bzw. 27 lassen sich die über die Auslauföffnungen 24 und 25 abgezogenen Gutströme beliebig einstellen.

Die Darstellung in Fig.2 ist nur als Beispiele einer möglichen Ausführung des Verweilbehälters anzusehen.

So werden etwa die Verweilbehälter 7, 7a und 8, 3a gemäß Fig.1 grundsätzlich nur mit einer einzigen Auslauföffnung versehen werden, während umgekehrt der Verweilbehälter 3 mit insgesamt vier Auslauföffnungen versehen werden kann (von denen zwei zurück zur Brennzone und die beiden anderen zur Kühlzone führen).

Die Zirkulation in der Brennzone wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im allgemeinen so eingestellt, daß etwa gleich große Anteile des Gutes aus dem Verweilbehälter zurück in die Brennzone und in die Kühlzone geführt werden. Es wird also etwa die der Produktion entsprechende Menge im Kreislauf gefahren.

Die in der Brennzone verwendete Brenneranordnung 10 bzw. 10a enthält zweckmäßig einen oder mehrere Vergasungsbrenner, bestehend aus einer zur Erzeugung von Schwelgas dienenden Schwelstufe und einer anschließenden Verbrennungsstufe. In der Schwelstufe wird unter Luftmangel ein Schwelgas mit einer Rußzahl (nach Bacherach) von etwa 1 erzeugt, das in der

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■ anschließenden Verbrennungsstufe verbrannt wird. Hierdurch wird eine Inhibitor-Wirkung der Tonerde auf den C-Ausbrand vermieden, ein vollständiger Brennstoffausbrand erreicht und eine Agglomeratbildung des Feststoffes unterdrückt.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung diene folgendes

Beispiel:
10

Eine Kalzinieranlage gemäß Fig.1 mit einer Kapazität von 50 t/h wird bei 19 kontinuierlich mit 50 t/h Tonerdehydrat (Aluminiumhydroxyd) von ca. 12% Haftfeuchte und etwa 65° Temperatur beschickt. Die Rauchgase haben hier eine Temperatur von etwa 450 bis 48O°C. Das in den Zyklonen 5, 5ä abgeschiedene Hydrat ist von der Oberflächenfeuchte befreit und auf etwa 130°C vorgewärmt. Die Rauchgase entweichen mit einer Temperatur von etwa 130°C.

Das in den Verweilbehältern 7, 7a fluidisierte Hydrat von etwa 130°C Temperatur kommt in der Gasleitung in Berührung mit den Abgasen der Brennzone 2, die eine Temperatur von etwa 1100°C besitzen. Das in den Zyklonen 6, 6a abgeschiedene Hydrat erlangt hierdurch eine Temperatur von 450 bis 48O°C.

über die Verweilbehälter 8, 8a gelangt das Hydrat in die Leitungen 9, 9a der Brennzone 2 und wird hier sowie im Abscheider 11 zu Tonerde gebrannt, wobei ein einstellbarer Teil des Gutes (durch Rückführung über die Gutleitungen 12, 12a) die Brennzone 2 mehr-

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fach durchsetzt.

Die Wärme zum Trocknen, Dehydratisieren und zum Fertigbrennen des Gutes wird durch Verbrennen des über die Brenneranordnungen 10, 10a zugeführten Brennstoffes erzeugt. Primärluft wird über die Brenneranordnungen 10, 10a und Sekundärluft über die Kühlluftleitungen 17, 71a zugeführt.

um einen spezifischen Brennstoff-Verbrauch von etwa 750 Kcal/kg Al₃O₃ zu erreichen, muß ein beträchtlicher Teil der fühlbaren Wärme des Tonerde-Gutstromes in das System zurückgeführt werden. Dies ist über die Primär- und Sekundärluft möglich.

Die über die Brenneranordnungen 10, 10a zugeführte Primärluft sowie die durch die Pfeile 18 angedeutete Fluidisierungsluft wird im Wirbelschichtkühler 15 auf etwa 400 bis 500°C erwärmt. Die Sekundärluft wird gleichfalls durch den Wirbelschichtkühler 15 geführt und hier auf 850 bis 900⁰C erwärmt; sie gelangt über die Kühlluftleitungen 17, 17a in die Zyklone 14, 14a.

In Abwandlung des in Fig.2 dargestellten Ausführungsbeispieles können die vertikal verschiebbaren Absperrorgane 26, 27 auch entfallen. Der Verweilbehälter wird dann so ausgestaltet, daß ein konstantes Verhältnis zwischen der über die Gutleitungen 16, 16a ausgetragenen Gutmenge und der über die Leitungen 12, 12a in die Brennzone zurückgeführten Gutmenge besteht.

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Claims

Patentansprüche:

(ιyVerfahren zum Brennen oder Sintern von feinkörnigem Gut, insbesondere von Tonerde, bei dem das Gut in einem mehrstufigen Zyklonvorwärmer durch die heißen Abgase einer Brennzone vorerhitzt, in der Brennzone fertiggebrannt und in einer Kühlzone gekühlt wird, wobei ein einstellbarer Teil des Gutes nach Durchsetzen der Brennzone und Abscheidung aus dem Gasstrom erneut in die Brennzone eingeführt wird,

dadurch gekennzeichnet , daß das aus dem Gasstrom abgeschiedene gebrannte Gut einem Verweilbehälter zugeführt wird, aus dem ein vorzugsweise einstellbarer Teil des Gutes zurück in die Brennzone und der Rest des Gutes in die Kühlzone geführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß etwa gleich große Anteile des Gutes aus dem Verweilbehälter zurück in die Brennzone und in die Kühlzone geführt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das im Verweilbehälter befindliche Gut mit einer geringen Menge Kühlerluft oder Abgas, vorzugsweise mit 5 bis 15g Luft pro kg Gut, fluidisiert wird.

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INSPECTED
4. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennzone (2) durch eine im wesentlichen vertikal verlaufende, von unten nach oben gasdurchströmte Leitung (9, 9a) gebildet wird, in deren unterstem Bereich eine Brenneranordnung (10, 1Oa) vorgesehen ist, in die an einer etwas höher liegenden Stelle eine vom Verweilbehälter (3) kommende Rückführleitung (12, 12a) einmündet und an die an einer darüber liegenden Stelle eine vom Vorwärmer (1) kommende Gutleitung (13, 13a) angeschlossen ist.
5. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verweilbehälter (z.B. 21) ein in die Gutschüttung (23) hineinragendes, an den Abscheider angeschlossenes Guteintragsrohr (22) enthält und in seinem oberen Teil mit vorzugsweise einstellbaren AuslaufÖffnungen (24 bzw. 25) für das der Brennzone bzw. der Kühlzone zuzuführende Gut versehen ist.
6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die AuslaufÖffnungen (24, 25) für das der Brennzone bzw. der Kühlzone zuzuführende Gut auf gleicher Höhe angeordnet und durch vertikal verschiebbare Absperrorgane (26, 27) einzeln einstellbar sind.
7. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verweilbehälter (21) einen vorzugsseise mit Kühlerluft belüfteten Fluidisierungsboden (28) aufweist.

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8. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Gutaustragsrohre der Zyklone (5, 5a, 6, 6a) des Zyklonvorwärmers (1)je ein weiterer, vorzugsweise mit Kühlerluft fluidisierter Verweilbehälter (7, 7a, 8, 8ajangeschlossen ist.
9. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenneranordnung (10 bzw. 10a)wenigstens einen Vergasungsbrenner enthält, der eine zur Erzeugung von Schwelgas dienende Schwelstufe

und eine anschließende Verbrennungsstufe aufweist.
10. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, T5 daß die Kühlzone(4)wenigsten einen Kühlzyklon

(14, 14a)und einen Wirbelschichtkühler(15)enthält.
11. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwärmer(1) und die Brennzone(2) je zwei hinsichtlich der Gas- und Gutführung parallel geschaltete Stränge aufweist, denen ein gemeinsamer Abscheider(11) und ein gemeinsamer Verweilbehälter( 3) zugeordnet sind.

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