EP0056931B1

EP0056931B1 - Drehrohrofen

Info

Publication number: EP0056931B1
Application number: EP19810890207
Authority: EP
Inventors: Werner L. Dipl.-Ing. Kepplinger
Original assignee: Voestalpine AG
Current assignee: Voestalpine AG
Priority date: 1981-01-27
Filing date: 1981-12-22
Publication date: 1984-03-07
Also published as: AT384100B; JPS57148177A; EP0056931A1; ATA33181A; DE3162540D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehrohrofen mit einem rotierbaren Aussenrohr, das ein Innenrohr mit radialem Abstand umschliesst und gegen das Innenrohr vorragende Mitnehmerschaufeln für das zu behandelnde Gut trägt, sowie mit einem an der der Gutaufgabe gegenüberliegenden Ofenstirnseite angeordneten Brenner, der in das gegen die Gutaufgabe hin offene Innenrohr mündet.
Zum Trocknen und Kalzinieren von Schüttgut sind die jeweils erforderlichen Behandlungszeiten und Behandlungstemperaturen zu beachten, wobei die Gefahr besteht, dass das Schüttgut in der Kalzinierzone überhitzt wird, wenn das zu behandelnde Schüttgut zuvor vergleichsweise hohen Trocknungstemperaturen ausgesetzt werden muss. Um eine solche Überhitzung des Schüttgutes in der Kalzinierzone eines Drehrohrofens zu vermeiden, ist es bekannt, das Aussenrohr des Ofens zumindest im Bereich der sich an den Gutaustrag anschliessenden Kalzinierzone mit einem koaxialen Innenrohr zu versehen, durch das die heissen Gase eines Brenners geleitet werden. Der Wärmeaustausch zwischen den heissen Gasen und dem im Gegenstrom durch den Ringraum zwischen dem Innen- und dem Aussenrohr geförderten Schüttgut muss dabei über das Innenrohr erfolgen, wobei eine gute Verteilung des Schüttgutes über den Aussenmantel des Innenrohres anzustreben ist, damit die gesamte Mantelfläche des Innenrohres für die Wärmeübertragung ausgenützt werden kann. Zu diesem Zweck sind im Bereich des Innenrohres am Aussenrohr Mitnehmerschaufeln angeordnet, die das Schüttgut im Ringraum zwischen dem Innen- und dem Aussenrohr hochfördern, so dass es entlang des Aussenmantels des Innenrohres wieder abrieseln kann. Aufgrund dieser Wärmeübertragung über das Innenrohr wird eine Überhitzung des Schüttgutes vermieden, weil das Heissgas erst nach dem Austritt aus dem Innenrohr mit dem Schüttgut in Berührung kommt und dann bereits entsprechend abgekühlt ist.
Da das Schüttgut nicht gleichmässig über den Umfang des Innenrohres verteilt werden kann - wegen der Schwerkraft ist eine Schüttgutschicht auf dem Aussenmantel des Innenrohres im Bereich des unteren Rohrscheitels kaum möglich - kann das über den Umfang des Innenrohres gleichmässig verteilte Wärmeangebot nicht ausgenützt werden. Die Abwärme der Abgase kann folglich nicht in wünschenswerter Weise genützt werden. Ausserdem ergeben sich wegen der drehfesten Verbindung zwischen dem Innen- und dem Aussenrohr konstruktive Schwierigkeiten hinsichtlich der Verbindung des Innenrohres mit dem Brenner, was zu stirnseitig offenen Innenrohren führt.
Es ist zwar bereits ein Drehrohrofen mit einem feststehenden Innenrohr und einem drehbar gelagerten Aussenrohr bekannt (DE-PS 112045), doch wird mit dem eingesetzten Innenrohr lediglich der Zweck verfolgt, den Brennraum zu beschränken, damit die Heissgase nicht ungenützt durch einen freibleibenden Brennraum hindurchströmen können. Aus diesem Grunde wird das Brenngut von der einen Seite in den Ringraum zwischen dem Innen- und dem Aussenrohr gefördert, während die Heissgase von der anderen Seite in den Ringraum strömen. Da ein unmittelbarer Wärmeübergang vom Heissgas auf das Brenngut stattfindet, bleibt die Gefahr einer Überhitzung des Brenngutes bestehen. Ausserdem kann durch diesen bekannten Drehrohrofen keine Anregung dafür gewonnen werden, wie vorzugehen ist, um das gleichmässige Wärmeangebot von durch ein Innenrohr strömenden Heissgasen durch einen über den Aussenmantel des Innenrohres ungleichmässigen Wärmebedarf vorteilhaft ausnützen zu können.
Bei einem anderen bekannten Drehrohrofen (DE-PS 490799) werden die Heissgase nicht in den Ringraum zwischen dem rotierenden Aussenrohr und dem undrehbar gehaltenen Innenrohr eingeleitet, sondern in diesem Ringraum erzeugt, wobei die hiefür erforderliche Verbrennungsluft durch das Innenrohr zugeführt wird. Da die erzeugten Heissgase zur Wärmeabgabe in dem Ringraum zwischen dem Innen- und dem Aussenrohr strömen und dort das Brenngut durch unmittelbare Wärmeübertragung erwärmen, ergeben sich die gleichen Nachteile hinsichtlich der Überhitzungsgefahr und der Ausnützung der fühlbaren Abwärme.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu vermeiden und einen Drehrohrofen der eingangs geschilderten Art so zu verbessern, dass das Wärmeangebot der durch das Innenrohr strömenden Heissgase besser ausgenützt werden kann, ohne die Gefahr einer Überhitzung des zu behandelnden Gutes durch einen unmittelbaren Wärmeaustausch zwischen den heissen Gasen und dem Brenngut in Kauf nehmen zu müssen.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass das einseitig offene Innenrohr undrehbar gelagert ist und den Brenner an seiner Stirnwand trägt. Durch das stillstehende Innenrohr wird es möglich, das Wärmeangebot dem Wärmebedarf anzupassen, weil bestimmte Bereiche des Innenrohres mit dem Heissgasstrom stärker beaufschlagt werden können, so dass über den Rohrumfang eine ungleichmässige Wärmeverteilung entsprechend der ungleichmässigen Verteilung der Schüttgutschicht erreicht werden kann. Damit ist aber eine verbesserte Ausnützung der fühlbaren Abwärme der Heissgase gegeben, wobei es möglich wird, das Innenrohr über die gesamte Länge des Aussenrohres vorzusehen, um einen Kontakt der Rauchgase mit dem Schüttgut überhaupt zu vermeiden. Durch den erfindungsgemässen Einsatz eines stillstehenden Innenrohres und eines drehenden Aussenrohres werden somit gegenüber dem Stand der Technik besondere, überraschende Effekte erzielt. Darüber hinaus ergibt sich eine einfache Konstruktion, weil der Brenner an der Stirnwand des einseitig offenen Innenrohres vorgesehen werden kann und sich keine Verbindungsschwierigkeiten zwischen drehbaren und undrehbar gehaltenen Teilen ergeben.
Weist in weiterer Ausbildung der Erfindung das Innenrohr eine Leiteinrichtung für die Heissgasströmung auf, so kann mit einfachen Mitteln die Wärmezufuhr entsprechend dem Schüttgutbelag auf dem Aussenmantel des Innenrohres sichergestellt werden. Da das Innenrohr undrehbar gelagert ist, kann die Leiteinrichtung unmittelbar mit dem Innenrohr verbunden werden. Leitwände können zu diesem Zweck vorteilhaft eingesetzt werden.
Damit das Innenrohr gegenüber dem rotierenden Aussenrohr undrehbar gelagert werden kann, ist selbstverständlich eine vom Aussenrohr unabhängige Abstützung vorzusehen. Besonders günstige Verhältnisse ergeben sich dabei, wenn das Innenrohr auf axial durch das Aussenrohr geführten Längsträgern abgestützt wird, wobei sich die hinsichtlich des Wärmeüberganges toten Zonen für die Längsträgerführung innerhalb des Innenrohres besonders empfehlen. Über diese Längsträger kann zusätzlich das Innenrohr ausgesteift werden. Die Stützung und Aussteifung des Innenrohres durch die Längsträger ergibt eine vorteilhafte Abtragung der auftretenden Kräfte, so dass das Innenrohr vergleichsweise dünnwandig ausgebildet werden kann. Diese Dünnwandigkeit unterstützt wiederum den Wärmeübergang durch die Rohrwand, wobei eine geringere Temperaturdifferenz zwischen Innen-und Aussenwand auftritt. Um die Wärmebelastung der Längsträger niedrig zu halten, können diese Längsträger vorteilhaft mit Wasser gekühlt werden, das durch Rohrleitungen innerhalb der Träger geführt wird.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil des undrehbar gelagerten Innenrohres ist durch die Möglichkeit gegeben, im Innenrohr einen Wärmetauscher für die Verbrennungsluft bzw. für den Brennstoff des Brenners vorzusehen. Die Leitungsführung ist dabei ohne konstruktive Schwierigkeiten einfach gewährleistet, weil zwischen dem Innenrohr und den Leitungen keine Relativbewegung auftritt. MitHilfe eines solchen Wärmetauschers kann die fühlbare Abwärme der Heissgase weitgehendst ausgenützt werden, insbesondere wenn der Wärmetauscher im Bereich von bezüglich der Wärmeübertragung an das Schüttgut toten Zonen liegt. Zu diesem Zweck kann der Wärmetauscher im Bereich jenes Innenrohrquadranten angeordnet werden, der dem unteren Rohrscheitel in Drehrichtung des Aussenrohres vorgeordnet ist. Im Bereich dieses Quadranten des Innenrohres muss die Schüttgutführung entlang der Aussenwand des Innenrohres zwangsläufig unterbrochen sein, so dass das in diesem Bereich vorhandene Wärmeangebot durch die Heissgase zur Vorwärmung der Verbrennungsluft oder des Brennstoffes für den Brenner verwendet werden kann. Der sich in Drehrichtung des Aussenrohres an den unteren Scheitel des Innenrohres anschliessende Quadrant ist zur Unterbringung des Wärmetauschers weniger geeignet, weil das Schüttgut von der Aussentrommel in diesem Bereich mitgenommen wird und bei einer entsprechenden Schichthöhe am Innenrohr anliegt.
In konstruktiver Hinsicht ergeben sich besonders einfache Verhältnisse, wenn der Wärmetauscher durch die in Längsrichtung durch den Ofen geführte Versorgungsleitung des Brenners für die Verbrennungsluft bzw. den Brennstoff gebildet wird. Je nach der erwünschten Wärmeaustauschfläche kann die Versorgungsleitung geradlinig oder schraubenlinienförmig verlaufen. Da die Versorgungsleitung bei einem gegenüber dem Aussenrohr verkürzten Innenrohr auch im Bereich des Aussenrohres von den Heissgasen umströmt wird, kann auch bei einer geraden Leitungsführung eine gute Vorwärmung der Verbrennungsluft bzw. des Brennstoffes sichergestellt werden.
Da im Bereich der hinsichtlich der Wärmeübertragung toten Zonen ein Wärmedurchgang durch das Innenrohr nicht erforderlich ist, kann in weiterer Ausbildung der Erfindung die als Wärmetauscher dienende Versorungsleitung am Innenrohr anliegen, wobei das Innenrohr einen Teil der Leitungswand bilden kann. Die Versorgungsleitung ergibt daher eine zusätzliche Rohrversteifung, die wiederum eine dünnwandigere Konstruktion erlaubt. Um den Wärmeübergang von den Heissgasen zur Verbrennungsluft bzw. zum Brennstoff zu erleichtern, können radiale Wärmeleitrippen an der Versorgungsleitung vorgesehen werden.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemässen Drehrohrofen im schematischen Axialschnitt,
Fig. einen Querschnitt des Drehrohrofens nach der Linie 11-11 der Fig. 1,
Fig. 3 einen Ofenquerschnitt im Bereich des Innenrohres nach der Linie 111-111 der Fig. 1,
Fig. 4 einen gegenüber der Ausbildung nach Fig. 1 abgewandelten Drehrohrofen im Axialschnitt,
Fig. 5 einen Querschnitt dieses Ofens nach der Linie V-V,
Fig. 6 einen Schnitt durch einen Längsträger für das Innenrohr normal zur Rohrachse in einem grösseren Massstab und
Fig. 7 die als Wärmetauscher ausgebildete Versorgungsleitung des Ofenbrenners in einem Querschnitt, ebenfalls in einem grösseren Massstab.

Der dargestellte Drehrohrofen nach den Fig. 1 bis 3 besteht im wesentlichen aus einem rotierenden, auf Rollen 1 gelagerten Aussenrohr 2, das ein Innenrohr 3 mit allseitig radialem Abstand umschliesst. Dieses innenrohr 3 ist jedoch im Gegensatz zum Aussenrohr 2 undrehbar auf durch das Aussenrohr 2 geführten, an der Innenwand des Innenrohres 3 anliegenden Längsträgern 4 abgestützt. Wegen der Verbindung dieser Längsträger 4 mit dem Mantel des Innenrohres 3 ergibt sich für das Innenrohr 3 eine Versteifung, die eine besondere Dünnwandigkeit für das Innenrohr erlaubt. Das gegen die Gutaufgabe 5 hin offene Innenrohr trägt an seiner gegenüberliegenden Stirnwand 6 einen in das Innenrohr mündenden Brenner 7, dessen Versorgungsleitung 8 für die Verbrennungsluft durch das Innenrohr 3 geführt ist und einen Wärmetauscher bildet. Zur besseren Wärmeübertragung sind in der Versorgungsleitung 8 Wärmeleitrippen 9 vorgesehen, die radial von der Versorgungsleitung 8 gegen den vom Brenner 7 stammenden Heissgastrom hin abstehen.
Das zu trocknende und kalzinierende Schüttgut 10 wird innerhalb des Aussenrohres 2 in den Ringbereich zwischen dem Innen- und Aussenrohr gefördert, wo es von Mitnehmerschaufeln 11 des Aussenrohres 2 erfasst und entlang des Innenmantels des Aussenrohres hochgefördert wird, bis es von den Mitnehmerschaufeln 11 auf den Aussenmantel des Innenrohres 3 abrutscht und dort wieder zur Sohle des Aussenrohres abrieselt. Die Anordnung ist dabei so getroffen, dass sich über den Umfang eine möglichst gleich starke Schüttgutschicht ergibt, die durch das Innenrohr hindurch vom Heissgasstrom mittelbar erwärmt und auf die erforderliche Behandlungstemperatur gebracht wird. Nach dem dadurch erreichten Kalziniervorgang wird das kalzinierte Schüttgut aus dem Aussenrohr ausgetragen.
Obwohl man bestrebt ist, eine möglichst gleichmässige Schüttgutschicht auf den Aussenmantel des Innenrohres 3 aufzubringen, kann ein solcher Schüttgutmantel wegen der auf das Schüttgut einwirkenden Schwerkraft nicht tatsächlich erreicht werden. Es ergeben sich daher hinsichtlich der Wärmeübertragung an das Schüttgut entlang des Umfanges unwirksame Zonen, und zwar vor allem im Bereich jenes Rohrquadranten, der in Drehrichtung des Aussenrohres 2 dem unteren Rohrscheitel vorgeordnet ist. Da in diesem Bereich die fühlbare Wärme der Heissgase nicht an das zu behandelnde Schüttgut übertragen werden kann, kann die angebotene Wärme zur Vorwärmung der Verbrennungsluft bzw. des Brennstoffes für den Brenner 7 ausgenützt werden, wobei der Wärmetauscher in diesem für den Wärmeübergang auf das Schüttgut unwirksamen Bereich keinen spürbaren Einfluss auf den Kalziniervorgang aufweist. Die fühlbare Wärme der Heissgase kann demnach weitgehend ausgenützt werden, was zu einer erwünschten Energieeinsparung führt.
Wegen der geschilderten Verhältnisse kann die als Wärmetauscher dienende Versorgungsleitung 8 am Innenrohr 3 anliegen, das ausserdem einen Teil der Leitungswand bilden kann, wie dies insbesondere aus Fig. 7 entnehmbar ist. Aufgrund des undrehbar auf den Längsträgern 4 abgestützten Innenrohres 3 können verschiedene Umfangsbereiche des Innenrohres unterschiedlich stark mit den Heissgasen beaufschlagt werden, was ein Anpassen des Wärmeangebotes an den Wärmebedarf entsprechend der Verteilung der Schüttgutschicht über den Umfang des Innenrohres erlaubt. Die Längsträger 4 werden dabei vorteilhaft in Zonen verlegt, die hinsichtlich des Wärmeüberganges keine besonderen Anforderungen stellen. Die Wärmebelastung der Längsträger kann durch eine entsprechende Kühlung herabgesetzt werden. Zu diesem Zweck können die Längsträger nach Fig. 6 durch ein U-Profil 12 gebildet werden, das mit seinem Steg am Innenrohr 3 anliegt und die Hin- und Rückleitung 13 einer Wasserkühlung aufnimmt. Selbstverständlich muss ein solcher Längsträger gegenüber dem Heissgas eine Wärmeisolierung erfahren. Die Längsträger 4 sind daher mit einer Isolierabdeckung 14versehen.
Die gewünschte Heissgasführung kann im Bereich des Innenrohres 3 durch eine Leiteinrichtung erzwungen werden, die im stillstehenden Innenrohr 3 einfach untergebracht werden kann. Leitrippen dürften in vielen Fällen ausreichen, um eine entsprechende Strömungsverteilung zu erhalten.
Gemäss den Fig. 1 und 3 erstreckt sich das Innenrohr 3 nur über einen Teil des drehenden Aussenrohres 2, so dass der Trocknungs- und Kalziniervorgang durch den unmittelbaren Wärmeübergang zwischen den bereits zum Teil abgekühlten Heissgasen und dem Schüttgut 10 erfolgt. Das Aussenrohr 2 ist daher auch in diesem Bereich mit einer feuerfesten Auskleidung 15 versehen. Um die nicht an das Schüttgut abgebbare Abwärme ausnützen zu können, kann sich der Wärmetauscher auch in diesem Bereich des unmittelbaren Wärmeüberganges erstrecken, in dem das Aussenrohr 2 keine Mitnehmerschaufein trägt. Das Schüttgut bleibt daher in einem sichelförmigen Bereich, wie dies in Fig. 2 angedeutet ist.
Zum Unterschied zu der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 3 besitzt das Innenrohr 3 gemäss Fig. 4 eine dem Aussenrohr 2 entsprechende Länge, so dass das Heissgas mit dem Schüttgut nicht in Berührung kommen kann. Wegen der guten Wärmeausnützung ist dies ohne weiteres möglich, wobei der Vorteil erreicht wird, dass die Rauchgase keinen Einfluss auf den Kalziniervorgang nehmen können. Ausserdem wird das Austragen von Schüttgutteilchen durch den Heissgasstrom ausgeschlossen.

Claims

1. Drehrohrofen mit einem rotierbaren Aussenrohr (2), das ein Innenrohr (3) mit radialem Abstand umschliesst und gegen das Innenrohr (3) vorragende Mitnehmerschaufeln (11) für das zu behandelnde Gut (10) trägt, sowie mit einem an der der Gutaufgabe (5) gegenüberliegenden Ofenstirnseite angeordneten Brenner (7), der in das gegen die Gutaufgabe (5) hin offene Innenrohr (3) mündet, dadurch gekennzeichnet, dass das einseitig offene Innenrohr (3) undrehbar gelagert ist und den Brenner (7) an seiner Stirnwand (6) trägt.

2. Drehrohrofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr (3) eine Leiteinrichtung für die Heissgasströmung aufweist.

3. Drehrohrofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr (3) auf axial durch das Aussenrohr (2) geführten, vorzugsweise wassergekühlten Längsträgern (4) abgestützt ist.

4. Drehrohrofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenrohr (3) ein Wärmetauscher für die Verbrennungsluft bzw. für den Brennstoff des Brenners (7) vorgesehen ist.

5. Drehrohrofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher im Bereich jenes Innenrohrquadranten liegt, der dem unteren Rohrscheitel in Drehrichtung des Aussenrohres (2) vorgeorndet ist.

6. Drehrohrofen nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher durch die in Längsrichtung durch den Ofen geführte Versorgungsleitung (8) des Brenners (7) für die Verbrennungsluft bzw. den Brennstoff gebildet ist.

7. Drehrohrofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die als Wärmetauscher dienende Versorgungsleitung (8) am Innenrohr (3) anliegt, wobei das Innenrohr (3) einen Teil der Leitungswand bildet.

8. Drehrohrofen nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsleitung (8) radiale Wärmeleitrippen (9) aufweist.