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DE69706993T2 - Ofen mit einer ringförmigen fluidströmungsheizzone - Google Patents

Ofen mit einer ringförmigen fluidströmungsheizzone

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Publication number
DE69706993T2
DE69706993T2 DE69706993T DE69706993T DE69706993T2 DE 69706993 T2 DE69706993 T2 DE 69706993T2 DE 69706993 T DE69706993 T DE 69706993T DE 69706993 T DE69706993 T DE 69706993T DE 69706993 T2 DE69706993 T2 DE 69706993T2
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DE
Germany
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chamber
furnace
ring
heating zone
fuel
Prior art date
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Application number
DE69706993T
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English (en)
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Edward Dodson
Antoni Kostuch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mortimer Technology Holdings Ltd
Original Assignee
Mortimer Technology Holdings Ltd
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Publication date
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Priority claimed from GB9615425A external-priority patent/GB2315432B/en
Application filed by Mortimer Technology Holdings Ltd filed Critical Mortimer Technology Holdings Ltd
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Application granted granted Critical
Publication of DE69706993T2 publication Critical patent/DE69706993T2/de
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Öfen. Insbesondere betrifft sie Öfen von der Art, bei der eine ringförmige (toroidale) Fluidströmungsheizzone gebildet wird. Solche Öfen werden beispielsweise in dem US-Patent Nr. 4,479,920 beschrieben.
  • Im Allgemeinen wird ein heißes Gas durch Zwischenräume zwischen winkeligen Schaufeln oder Flügeln in einem Ring aus Schaufeln oder Flügeln hindurchgeleitet, der in einer Betriebskammer des Ofens vorgesehen sind. Der Schaufelring ist in einem ringförmigen Zwischenraum zwischen der Wand der Kammer und einem mittigen Block, z.B. einem nach oben weisenden konischen Abschnitt ausgebildet, der an der Achse der Kammer angeordnet ist. Die Gasströmung wird dazu gebracht, einem Rotationsweg in einem wulstförmigen (Doughnut-förmigen) Bereich um den Block und in einzelnen Wirbeln innerhalb des Rotationswegs zu folgen. Dies ergibt eine wirksame Aufenthaltsdauer eines und Wärmeübertragung auf das in der Gasströmung aufzuheizende Material, wie z.B. ein Teilchenmaterial.
  • Derartige Öfen können für die Wärmebehandlung von Teilchenmaterial verwendet werden. Es wurde jedoch herausgefunden, dass dort, wo das zugeführte Teilchenmaterial Material umfasst, welches bei Temperaturen schmilzt bzw. erweicht, bei denen es wärmezubehandeln ist, ein unerwünschter Aufbau des geschmolzenen Materials in verschiedenen Teilen des Ofens, insbesondere auf oder um den Ring aus winkeligen Schaufeln und auf oder um den mittigen Block auftritt. Wie nachfolgend erläutert, kann ein solcher Aufbau bewirken, dass ein Rückstau auftritt, welcher das Teilchenbeschickungssystem behindert und/oder den Brenner auslöscht, der dafür verwendet wird, das heiße Gas bereitzustellen. Darüber hinaus erfordert ein solcher Aufbau von Material dessen Beseitigung, bevor der Ofen wieder geeignet betrieben werden kann. Dies erfordert die Beendigung des Ofenbetriebs und beschränkt die Dauer seiner Verwendung in unerwünschter Weise. Solche Beschränkungen machen Öfen vom Stand der Technik der oben beschriebenen Art ungeeignet für einige kontinuierliche Wärmebehandlungsverfahren.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Ofen von der Art vorgesehen, bei der eine ringförmige Fluidströmungsheizzone gebildet werden kann, wobei der Ofen umfasst: eine Kammer, in welcher ein Innenblock und einen Ring aus winkeligen Schaufeln zwischen dem Innenblock und einer Innenwand der Kammer vorgesehen ist; ein Mittel zur Zufuhr von Fluid in die Kammer derart, dass das Fluid durch Zwischenräume zwischen den Schaufeln hindurchgeht und eine ringförmige Fluidströmungsheizzone in der Kammer über dem Ring aus winkeligen Schaufeln bildet; ein Mittel zum Einspritzen von Beschickungsteilchenmaterial in die Kammer in einem Bereich, wo die ringförmige Fluidströmung gebildet werden soll; und ein Mittel zum Einspritzen von Brennstoff in die Kammer in einem Bereich über dem Ring aus winkeligen Schaufeln, derart, dass der Bereich in der Kammer, in welchem die Heizzone gebildet wird, über dem Ring aus winkeligen Schaufeln liegt.
  • Der auf eine solche Weise eingespritzte Brennstoff kann mit einem Reaktionsfluid reagieren, das auf die übliche Weise durch die Zwischenräume zwischen den winkeligen Schaufeln in die Kammer zugeführt wird. Beispielsweise kann der Brennstoff ein brennbarer Brennstoff sein und das Reaktionsfluid kann Luft oder ein Sauerstoff enthaltendes Fluid sein, wodurch eine spontane Reaktion des Brennstoffs und des Sauerstoffs stattfindet, um die benötigte Heizzone bereitzustellen, wenn ausreichend Sauerstoff bei einer geeignet erhöhten Temperatur vorhanden ist. Dies kann ein Plasma in einem Teil, beispielsweise in dem oberen Teil, der ringförmigen Strömung bilden.
  • Ein Vorteil dieses Aspekts der Erfindung ist, dass die Zufuhr von übermäßig heißem Gas zu der Betriebskammer über den Ring aus winkeligen Schaufeln vermieden werden kann. Dies vermeidet eine Beschädigung des Rings aus winkeligen Schaufeln und benachbarten Komponenten und vermeidet auch einen unerwünschten Anwuchs des zu behandelnden Materials an den heißen Oberflächen. Bei Öfen vom Stand der Technik, bei denen ein rascher Materialdurchsatz verarbeitet werden muss, ist der Energiebedarf des Ofens im Gegensatz dazu beträchtlich erhöht und es kann notwendig sein, heißes Gas bei einer Temperatur so hoch wie 1600ºC bis 1700ºC über den Ring aus winkeligen Schaufeln zuzuführen. Solche hohe Temperaturen können den Ring beschädigen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das Reaktionsfluid bei einer Temperatur im Bereich von 700ºC bis 900ºC und insbesondere von 700ºC bis 800ºC zugeführt werden, um eine Heizzonentemperatur von 750ºC bis 1050ºC, beispielsweise 920ºC bis 1020ºC, bereitzustellen.
  • Das Mittel zum Einspritzen von Brennstoff kann einen Ring aus Brennstoffeinlassrohren umfassen, die sich von einer gemeinsamen Verbindung oder Gehäuse, dem zuzuführender Brennstoff über ein Einlassrohr zugeführt wird, wobei die Einlassrohre in der Betriebskammer enden. Vorzugsweise sind die Rohre an ihren Enden in der Kammer nach oben gerichtet, um auf diese Weise Kraftstoffstrahlen bereitzustellen, welche in die Hauptfluidströmung eingespritzt werden, um für eine Verbrennung zu sorgen, so dass die benötigte Heizzone durch z.B. das besagte Plasma ausgebildet wird.
  • Die Hauptfluidströmung kann Luft umfassen, welche vor der Zufuhr in die Betriebskammer durch die Zwischenräume in dem Ring aus winkeligen Schaufeln vorgeheizt wird. Die erhitzte Luftströmung kann dadurch bereitgestellt werden, indem mit einem Luftüberschuss ein brennender Vorheizbrennstoff kombiniert wird und Abgase durch Verbrennen des Vorheizbrennstoffs erzeugt werden.
  • Der Brennstoff, welcher verwendet werden kann, um ein Vorheizen der Luftströmung bereitzustellen und der Brennstoff, welcher direkt in die Betriebskammer in dem Ofen eingespritzt werden kann, können dieselben oder unterschiedliche Brennstoffe sein. Vorzugsweise sind die zwei Brennstoffe dieselben.
  • Der beim Betrieb des Ofens verwendete Brennstoff kann Erdgas sein. Er kann alternativ Heizöl, pulverisierte Kohle oder Brennmaterialien umfassen, die aus lignitischen Materialien erhalten werden.
  • Die Temperatur in der Betriebskammer kann überwacht werden. Die Zufuhrrate des Brennstoffs und/oder des Reaktionsfluids kann durch eine Einstellung gemäß Veränderungen der überwachten Temperatur von einer gewünschten Norm her, welche die gewünschte Heizzonentemperatur darstellt, gesteuert/- geregelt werden.
  • In einem Verwendungsverfahren des Ofens gemäß der Erfindung kann das Beschickungsmaterial ein Teilchenmaterial einer Art umfassen, welche bei Temperaturen über 800ºC schmilzt. Beispielsweise kann das Beschickungsmaterial mineralische Teilchen, beispielsweise Tone, wie z.B. Kaolin, Calciumcarbonat oder Glimmer umfassen, die unter Verwendung des Ofens schnellkalziniert werden. Der Ofen kann so eingestellt sein, dass die Kalzinierungstemperatur im Bereich von 750ºC bis 1050ºC, beispielsweise von 920ºC bis 1020ºC liegt.
  • Bei Ausführung der Wärmebehandlung von einem solchen Material in einem erfindungsgemäßen Ofen ist es möglich, die oben erwähnten Probleme der Beschädigung des Rings aus winkeligen Schaufeln und des unerwünschten Aufbaus von Beschickungsmaterial und dem daraus herzustellenden Material, das zu dem Erfordernis beiträgt, das Verfahren anzuhalten und die Betriebskammer des Ofens zu reinigen, zu vermeiden.
  • Es wurde herausgefunden, dass bei der Wärmebehandlung von Teilchenmaterial von der Art, die schmilzt/erweicht, wenn sie erhitzt wird, das oben beschriebene Problem des ungewünschten Aufbaus von Beschickungsmaterial und Material, das durch die Erhitzung solchen Materials hergestellt wird, das bei Öfen vom Stand der Technik von der Art auftritt, die eine ringförmige Fluidströmung erzeugt, durch den folgenden Effekt verursacht wird. Verschiedene kritische Innenflächen des Ofens neigen dazu, zu überhitzen und bewirken auf diese Weise, dass zugeführtes Teilchenmaterial an solchen Flächen durch Schmelzen/Sintern an solchen Flächen anhaftet. Dieses Problem tritt besonders an dem Ring aus winkeligen Schaufeln auf. Der Ofen gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung verhindert vorteilhaft das Auftreten einer solchen Überhitzung insbesondere in dem Bereich von und benachbart dem Ring aus winkeligen Schaufeln. Der Einsatz von Brennstoff durch ein weiteres Einlassmittel erlaubt es, dass die durch die ringförmige Fluidströmung bereitgestellte Heizzone nach oben, weg von dem Ring aus Schaufeln, dem Bereich der Kammerwand und dem Innenblock unmittelbar über den Ring aus Schaufeln bewegt wird, und verhindert damit ein Überhitzen der Oberflächen dieser Teile.
  • Obwohl das Problem der Überhitzung besonders an dem Ring aus winkeligen Schaufeln auftritt, ist es auch in dem Bereich des Innenblocks von Bedeutung.
  • Somit ist gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ein Ofen von der Art vorgesehen, bei der eine ringförmige Fluidströmungsheizzone gebildet werden kann, wobei der Ofen umfasst: eine Kammer, in welcher ein Innenblock und ein Ring aus winkeligen Schaufeln zwischen dem Innenblock und einer Innenwand der Kammer vorgesehen ist; ein Mittel zur Zufuhr von Fluid in die Kammer derart, dass das Fluid durch Zwischenräume zwischen den Schaufeln hindurchgeht und eine ringförmige Fluidströmungsheizzone in der Kammer über dem Ring aus winkeligen Schaufeln bildet; ein Mittel zum Einspritzen von Beschickungsteilchenmaterial in die Kammer in einem Bereich, wo die ringförmige Fluidströmungsheizzone gebildet werden soll; und ein Mittel zum Kühlen des Innenblocks.
  • Das Mittel zum Kühlen des Blocks kann geeigneterweise ein Strahlungshitzeschild in der Form einer Ummantelung umfassen, die über dem Innenblock vorgesehen ist. Geeigneterweise kann auch ein Mittel zur Zufuhr von Kühlmittelgas zu der Ummantelung vorhanden sein, welches über die Oberfläche des Blocks und zum Kühlen der Ummantelung appliziert werden soll. Das Mittel zur Zufuhr von Kühlmittelgas kann ein Gaszuleitungsrohr oder Rohre umfassen, die sich von einem Bereich außerhalb des Ofens zu der Ummantelung erstrecken. Das (Die) Gaszuleitungsrohr(e) kann (können) sich von einem Bereich oberhalb oder unterhalb oder zur Seite der Ummantelung erstrecken. Das Kühlmittelgas kann z.B. Luft umfassen.
  • Der Innenblock kann, wie beim Stand der Technik, einen Abschnitt umfassen, dessen Querschnittsfläche längs seiner Achse in einer Richtung weg von dem Ring aus winkeligen Schaufeln abnimmt. Beispielsweise kann der Block einen nach oben gerichteten konischen oder kegelstumpfförmigen Abschnitt umfassen. Der Abschnitt kann aus einem feuerfesten Material hergestellt sein. Die Ummantelung kann eine Abdeckung von ähnlicher Form umfassen, beispielsweise einen nach oben gerichteten kegelstumpfförmigen Abschnitt, der von dem Block beabstandet ist. Das Mittei zur Zufuhr von Kühlmittelgas zu der Ummantelung kann eine Kühlmittelgaszufuhrleitung umfassen, die sich zum Oberteil der Ummantelung, z.B. vom Oberteil des Ofens aus, nach unten erstreckt, oder sich z.B. vom Boden des Ofens aus nach oben erstreckt.
  • In einem Bereich über dem Ring aus winkeligen Schaufeln kann die Kammer eine Wand mit einem kegelstumpfförmigen Abschnitt aufweisen, der an seinem verjüngten Ende mit einem Produktauslassrohr verbunden ist. Eine solche Anordnung erlaubt es, die Verwendung von Stufen oder Absätzen zu vermeiden, auf welchen sich festes Teilchenmaterial oder daraus gebildetes geschmolzenes Material ansammelt.
  • Der Ofen gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung verhindert vorteilhaft, dass eine Überhitzung an dem Innenblock auftritt. Die Umhüllung stellt ein Strahlungshitzeschild für den Innenblock bereit und erlaubt auch eine Kühlung des Innenblocks durch die Zufuhr von Kühlmittelgas für die Anwendung über der Oberfläche des Innenblocks.
  • Das Kühlmittelgas, wie z.B. Luft, stellt eine Isolationsschicht zwischen der Ummantelung, welche beispielsweise aus rostfreiem Stahl hergestellt sein kann, und dem Innenblock bereit, welcher beispielsweise aus rostfreiem Stahl oder einem feuerfesten Material hergestellt sein kann. Das Kühlmittelgas dient auch dazu, jede zugeführte Wärme von der Ummantelung zu entfernen, um so seine Funktion als ein Strahlungsschild zu verbessern.
  • Zusätzlich kann das Betriebskammergehäuse zu einer Produktauslasskammer führen und kann mit einer konischen Form versehen sein, die ein glattes Profil ohne innere Absätze oder Niedergeschwindigkeitsbereiche hat, welche die Weiterbeförderung des Produktmaterials nach der Wärmebehandlung in der Betriebskammer des Ofens ohne einen ausgeprägten Anwuchs an den Wänden erleichtert.
  • Diese Maßnahmen stellen sicher, dass die Temperatur der kritischen Flächen in der Betriebskammer des Ofens unter der Sintertemperatur des in dem Ofen zu behandelnden Beschickungsteilchenmaterials gehalten wird, so dass ein ausgeprägter Anwuchs des Materials an solchen Flächen vermieden wird.
  • Ausführungsformen der Erfindung werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:
  • Fig. 1 eine Querschnittsseitenansicht eines Ofens vom Stand der Technik von der Art ist, die eine ringförmige Fluidströmungsheizzone erzeugt; und
  • Fig. 2 eine Querschnittsseitenansicht eines Ofens von der Art ist, die eine ringförmige Fluidströmungsheizzone erzeugt und die vorliegende Erfindung verwirklicht.
  • Ein Ofen vom Stand der Technik mit einer Fluidströmungsheizzone der ringförmigen Art ist in Fig. 1 gezeigt. Ein Gehäuse 1 hat ein Oberteil 2, eine Basis 3 und eine Seitenwand 4. Eine aus einem feuerfesten Material hergestellte Struktur 5, die geschichtete ringförmige Abschnitte 5a, 5b, 5c, 5d und 5e umfasst, wird von der Basis 3 getragen. Ein ringförmiger feuerfester Abschnitt 6 ist zwischen den Abschnitten 5a und 5b vorgesehen und ein ringförmiger feuerfester Abschnitt 8 ist zwischen den Abschnitten 5a, 5b und 5c vorgesehen und deckt eine Öffnung 4a in der Seitenwand 4 ab, wodurch ein Durchgang 7 innerhalb der Struktur 5 gebildet wird, wobei der Durchgang 7 mit einem Rohr 9 in Verbindung steht, das an der Seitenwand 4 an der Öffnung 4a angebracht ist.
  • Ein rohrförmiger Träger 11 erstreckt sich von dem Abschnitt 6 durch den Durchgang 7 hindurch nach oben. Der Träger 111 trägt einen kegelstumpfförmigen feuerfesten Abschnitt 13, der eine axiale Innenbohrung 14 und einen feuerfesten Abschnitt 15 aufweist, der an dem oberen Ende des Abschnitts 13 durch einen Abschnitt 15a angeordnet ist, der in das obere Ende der Bohrung 14 eingreift. Ein Träger 17 ist an dem rohrförmigen Träger 11 nahe seinem oberen Ende und an einem Flansch 19, der sich in den Durchgang 7 von dem Abschnitt 5c aus erstreckt, angebracht. Ein Ring 21 aus winkeligen Schaufeln ist in dem engen Zwischenraum bzw. Spalt zwischen dem unteren Ende des Abschnitts 13 und dem äußeren Abschnitt 5d vorgesehen. Die Schaufeln weisen die in dem US-Patent Nr. 4,479,920 beschriebene Form auf. Der Ring 21 ist zwischen dem Abschnitt 5d und dem Träger 17 abgestützt.
  • Der oberste feuerfeste Abschnitt 5e in der Struktur 5 ist an einer Auslasskammer 25 angebracht, wodurch die Kammer 7a mit der Auslasskammer 25 in Verbindung steht. Ein Auslassrohr 28 erstreckt sich von der Auslasskammer 25 aus. Ein Einlassrohr 27 erstreckt sich von dem oberen Ende 2 des Gehäuses 1 durch die Kammer 25 hindurch und bis in die Kammer 7a.
  • Beim Gebrauch des in Fig. 1 gezeigten Ofens wird heißes Gas von einem Brenner (nicht gezeigt) bei einer für eine Erhitzung in der Kammer 7a notwendigen Temperatur über das Rohr 9 in den Durchgang 7 eingeleitet. Das Gas geht durch die Zwischenräume zwischen den Schaufeln des Rings 21 hindurch. Eine ringförmige heiße Gasströmung wird auf diese Weise nahe dem Ring 21 in der Kammer 7a gebildet. In dem Ofen wärmezubehandelndes Material wird über das Einlassrohr 27 in die durch die ringförmige Strömung vorgesehene Heizzone eingeleitet. Das durch dieses Verfahren ausgebildete pulverisierte Produkt wird schließlich (nach einer Aufenthaltszeit von typischerweise ein paar Sekunden in der Heizzone) von der Kammer 7a in die Kammer 25 befördert und wird durch einen Zyklon (nicht gezeigt) abgeschieden, der an dem Auslassrohr 28 angebracht ist, wo festes Produktmaterial von den Abgasen getrennt wird.
  • Während der Verwendung des in Fig. 1 gezeigten Ofens zur Kalzinierung von Kaolinpulver bei einer Temperatur über 800ºC, z.B. bei 950ºC, wurde festgestellt, dass unerwünschte Ablagerungen von Material, das sich aus dem zugeführten Kaolin gebildet hat, in verschiedenen Bereichen des Ofens auftreten, insbesondere in den in Fig. 1 gezeigten Bereichen, die mit R1, R2, R3, R4, R5 und R6 bezeichent sind.
  • Fig. 2 zeigt einen Ofen, der die vorliegende Erfindung verwirklicht, um eine Fluidströmungsheizzone der ringförmigen Art auszubilden. In Fig. 2 haben Gegenstände, welche Gegenständen in dem in Fig. 1 gezeigten Ofen ähnlich sind, gleiche Bezugszahlen.
  • In Fig. 2 ist eine umgedrehte konische Ummantelung 31 vorgesehen, um den konischen feuerfesten Abschnitt 15 und einen Teil der Fläche des Abschnitts 13 darunter abzudecken. Ein Einlassrohr 33 erstreckt sich längs der Achse des Gehäuses 1 nach unten und führt in die Ummantelung 31 hinein. Der oberste Abschnitt 5e ist verkürzt und eine konische Gehäusewand 35, die sich von dem oberen Ende des Abschnitts 5e aus erstreckt, ist um die obere Kammer 7a ausgebildet.
  • Das obere Ende der Gehäusewand 35 weist einen rohrförmigen Halls 35a auf, welcher durch das obere Ende 2 des Gehäuses 1 in ein rohrförmiges Verbindungsstück 37 außerhalb des Gehäuses 1 eingesetzt ist. Ein Auslassrohr 39 ist auch in das Verbindungsstück 37 eingesetzt. Das Rohr 39 führt zu einem Zyklon 41.
  • Das obere Teil des Einlassrohrs 33 erstreckt sich durch das innere eines Teils des Rohrs 39 und das Verbindungsstück 37 und den Hals 35a in das konische Gehäuse 35.
  • Der Abschnitt 13 in Fig. 2 hat keine Bohrung und ist durch Blöcke 42, 43 getragen, die Tragringe aus rostfreiem Stahl sind, die zwischen dem Träger 17 und dem Abschnitt 13 vorgesehen sind. Ein Ring von Brennstoffeinlassrohren 45 (von denen in Fig. 2 nur zwei gezeigt sind) ist unter den Blöcken 42, 43 vorgesehen. Die Rohre 45 ragen an ihren inneren Enden nach oben in die Kammer 7a über den Ring 21. Die Rohre 45 sind an einer zentralen Verbindung 47 verbunden, mit welcher wiederum ein einziges Einlassrohr 49 verbunden ist, dase sich durch die Basis 3, den Abschnitt 6 und den rohrförmigen Träger 11 erstreckt.
  • Eine Reihe von Beschickungsmaterialeinlassrohren 23 (von denen nur eines gezeigt ist) ist vorgesehen. Die Rohre 23 sind um die Wand 4 in Umfangsrichtung beabstandet und sind durch die Wand 4 und den Abschnitt 5d angebracht, um in die Kammer 7a einzutreten.
  • Im Gebrauch des in Fig. 2 gezeigten Ofens wird Reaktionsfluid, z.B. heiße Luft, in den Durchgang 7 in der Richtung des Pfeils X bei einer Temperatur zugeführt, die unter der liegt, die benötigt wird, um eine Heizzone in der Kammer 7a bereitzustellen, z.B. bei einer Temperatur von 750ºC bis 800ºC. Wenn das Reaktionsfluid Luft ist, kann die Luft erhitzt werden, indem Brennstoff in einem Brenner (nicht gezeigt) verbrannt wird und der brennende Brennstoff und die auf diese Weise erzeugten heißen Abgase mit der zu heizenden Luftströmung vereinigt werden.
  • Das heiße Fluid geht durch die Zwischenräume zwischen den Schaufeln des Rings 21 hindurch und bildet auf diese Weise über dem Ring 21 eine ringförmige Strömung. Brennstoff wird längs des Einlassrohrs 49 zugeführt und wird als Strahlen in die Kammer 7a über das Verbindungsstück 47 und die Rohre 45 eingespritzt. Der Brennstoff reagiert spontan mit dem Reaktionsfluid in der Kammer 7a, um auf diese Weise eine Plasmaheizzone in der ringförmigen Strömung bereitzustellen. Dies bewirkt, dass die Stelle in der Kammer 7a, an welcher die Heizzone gebildet wird, in einen Bereich erhöht ist, der sich von dem engen Zwischenraum zwischen dem Abschnitt 5d und der Basis des Abschnitts 13 und den Blöcken 42 und 43 fern hält, so dass eine Überhitzung der Schaufeln des Rings 21 und der dem Ring 21 benachbarten Flächen vermieden wird. Ein Überhitzen des Rings 21 und der benachbarten Flächen wird auch vermieden, da das Reaktionsfluid bei einer Temperatur zugeführt wird, die beispielsweise 750ºC bis 800ºC niedriger als die 1500ºC bis 1600ºC sind, die für einige Verfahren bei Verwendung des Ofens der Fig. 1 benötigt werden.
  • Der zum Vorheizen des Reaktionsfluids verwendete Brennstoff kann derselbe wie der in die Kammer 7a über die Rohre 45 zugeführte Brennstoff sein und kann beispielsweise Erdgas umfassen.
  • Teilchenmaterial wird über die Einlassrohre 23 in die in der ringförmigen Strömung ausgebildete Plasmaheizzone eingespritzt. Kühlmittelgas wird das Einlassrohr 33 hinunter zu der Ummantelung 31 zugeführt und über die Oberfläche des Abschnitts 15 und einen Teil des Abschnitts 13 appliziert. Das Kühlmittelgas verhindert das Überhitzen der Abschnitte 13 und 15 und auch der Ummantelung 31 und beseitigt so eine örtliche heiße Oberfläche an dem Block 15, an gier eine Ansammlung von Teilchenmaterial auftreten kann.
  • Das behandelte Teilchenmaterial wird nach einem geeigneten Aufenthalt in der Kammer 7a, welcher üblicherweise kürzer als 0,1 Sekunden ist, nach oben durch das konische Gehäuse 35 und in das Auslassrohr 39 abgezogen. Dieses Produkt wird aus dem Gasstrom, der es enthält, durch den Zyklon 41 ausgeschieden und getrennt.
  • Eine bedeutsame Überhitzung und Aufbau von Festmaterial aus dem in dem in Fig. 2 gezeigten Ofen zu behandelnden Teilchenmaterial tritt infolge der Unterschiede in der Konstruktion und der Arbeitsweise des Ofens der Fig. 2 nicht auf.
  • Die Vermeidung von übermäßig heißen Oberflächen und inneren Stufen und Absätzen in der Betriebskammer 7a und der Produktabscheidungsanordnung vermeidet den Anwuchs von Material an solchen Flächen und das Ansammeln von Ablagerungen an solchen Absätzen im Gegensatz zu der Kammer 25 in dem Ofen vom Stand der Technik der Fig. 1.
  • In Folge dessen können Wärmebehandlungsverfahren unter Verwendung des in Fig. 2 gezeigten Ofens auf eine kontinuierliche Weise ohne die Notwendigkeit einer häufigen Reinigung von abgeschiedenem Material von der Innenseite der Kammern des Ofens, wie bei dem Ofen vom Stand der Technik der Fig. 1, durchgeführt werden.
  • Die Temperaturen der Kammer 7a, welche durch die Gehäusewand 35 eingeschlossen ist, kann beispielsweise durch ein thermoelektrisches Element (nicht gezeigt) überwacht werden, das an der Innenseite der Wand 35 angebracht ist, und Temperaturveränderungen von einer geeigneten Norm können als Steuer/Regelsignale verwendet werden, um die Zufuhrrate von Brennstoff zu der Kammer über die Brennstoffeinlassrohre 45 einzustellen.

Claims (21)

1. Ofen von der Art, bei der eine ringförmige Fluidströmungsheizzone gebildet werden kann, wobei der Ofen umfasst: eine Kammer (7a), in welcher ein Innenblock (15) und einen Ring (21) aus winkeligen Schaufeln zwischen dem Innenblock (15) und einer Innenwand der Kammer (7a) vorgesehen ist; ein Mittel (9) zur Zufuhr von Fluid in die Kammer (7a) derart, dass das Fluid durch Zwischenräume zwischen den Schaufeln hindurchgeht und eine ringförmige Fluidströmungsheizzone in der Kammer (7a) über dem Ring (21) aus winkeligen Schaufeln bildet; ein Mittel (23) zum Einspritzen von Beschickungsteilchenmaterial in die Kammer (7a) in einem Bereich, wo die ringförmige Fluidströmungsheizzone gebildet werden soll; und ein Mittel (45) zum Einspritzen von Brennstoff in die Kammer (7a) in einem Bereich über dem Ring (21) aus winkeligen Schaufeln, derart, dass der Bereich in der Kammer (7a), in welchem die Heizzone gebildet wird, über den Ring (21) aus winkeligen Schaufeln erhöht ist.
2. Ofen nach Anspruch 1 und ferner umfassend ein Mittel (31) zum Kühlen des Innenblocks (15).
3. Ofen von der Art, bei der eine ringförmige Fluidströmungsheizzone gebildet werden kann, wobei der Ofen umfasst: eine Kammer (7a), in welcher ein Innenblock (15) und ein Ring (21) aus winkeligen Schaufeln zwischen dem Innenblock (15) und einer Innenwand der Kammer (7a) vorgesehen ist; ein Mittel (9) zur Zufuhr von heißem Fluid in die Kammer (7a) derart, dass das heiße Fluid durch Zwischenräume zwischen den Schaufeln hindurchgeht und eine ringförmige Fluidströmungsheizzone in der Kammer (7a) über dem Ring (21) aus winkeligen Schaufeln bildet; ein Mittel (23) zum Einspritzen von Beschickungsteilchenmaterial in die Kammer (7a) in einem Bereich, wo die ringförmige Fluidströmungsheizzone gebildet werden soll; und ein Mittel (31) zum Kühlen des Innenblocks (15).
4. Ofen nach Anspruch 3 und ferner umfassend ein Mittel (45) zum Einspritzen von Brennstoff in die Kammer (7a) in einem Bereich über dem Ring (21) aus winkeligen Schaufeln.
5. Ofen nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, wobei das Brennstoffeinspritzmittel einen Ring aus umfangsbeabstandeten Brennstoffeinlassrohren (45) umfasst.
6. Ofen nach Anspruch 5, wobei die Brennstoffeinlassrohre (45) mit einer gemeinsamen Verbindung oder Gehäuse (47) verbunden sind, das mit einem gemeinsamen Fluideinlasszufuhrrohr (49) verbunden ist.
7. Ofen nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Brennstoffeinlassrohre (45) nach oben in die Kammer (7a) vorstehen.
8. Ofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ofen dafür ausgelegt ist, heißes Fluid aufzunehmen, welches mit dem Brennstoff in der Kammer (7a) reagiert.
9. Ofen nach Anspruch 8, wobei die Quelle (9) eine Heizvorrichtung zum Heizen des Fluids vor der Zufuhr zur Kammer (7a) umfasst.
10. Ofen nach Anspruch 9, wobei die Heizvorrichtung ein Mittel zum Verbrennen von Brennstoff umfasst, um das der Kammer (7a) zuzuführende Fluid vorzuheizen.
11. Ofen nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das heiße Fluid in die Kammer (7a) bei einer Temperatur zugeführt wird, die niedriger als die Heizzone ist, die in der Kammer (7a) eingerichtet werden muss.
12. Ofen nach Anspruch 11, wobei die Temperatur der Kammer (7a) überwacht wird und die Zufuhrrate von dem Brennstoff oder/und dem Reaktionsfluid gemäß Temperaturveränderungen von einer vorherbestimmten Temperatur aus eingestellt wird.
13. Ofen nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei der Ofen dafür vorgesehen ist, heiße Luft oder Sauerstoff aufzunehmen und der Brennstoff einen Brennstoff umfasst, der zur Verbrennung in der Kammer (7a) in der heißen Luft oder dem Sauerstoff in der Lage ist.
14. Ofen nach Anspruch 13, wobei der Brennstoff Erdgas umfasst.
15. Ofen nach einem der Ansprüche 2 bis 4 oder einem der Ansprüche 5 bis 14, wenn von einem der Ansprüche 2 bis 4 abhängig, wobei das Mittel zum Kühlen des Innenblocks (15) ein Strahlungshitzeschild in der Form einer Ummantelung (31) umfasst, die über dem Innenblock (15) vorgesehen ist.
16. Ofen nach Anspruch 15, wobei der Ofen auch ein Mittel (33) zur Zufuhr von Kühlmittelgas zu der Ummantelung (31) umfasst, welches über die Oberfläche des Innenblocks (15) zu applizieren ist.
17. Ofen nach Anspruch 16, wobei das Mittel zur Zufuhr von Kühlmittelgas eine Kühlmittelgaszufuhrleitung (33) umfasst, die sich von einem Bereich außerhalb des Ofens zu der Ummantelung (31) erstreckt.
18. Ofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Innenblock (15) feuerfestes Material umfasst und eine Querschnittsfläche aufweist, die sich längs ihrer Achse in der Richtung weg von dem Ring (21) aus winkeligen Schaufeln verringert.
19. Ofen nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei der Innenblock einen konischen oder kegelstumpfförmigen Abschnitt (15) umfasst und die Ummantelung eine Abdeckung von ähnlicher Form (31) umfasst.
20. Ofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kammer (7a) eine Wand (35) aufweist, die einen kegelstumpfförmigen Abschnitt besitzt, der ohne innere Stufen oder Absätze zu einer Produktauslassleitung (39) führt.
21. Verfahren zur Schnell-Kalzinierung von Ionen, wie z.B. Kaolin, Calciumcarbonat oder Glimmer, bei Temperaturen im Bereich von 750ºC bis 1050ºC unter Verwendung eines Ofens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
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