EP1148311B1 - Process for firing a material containing carbonates - Google Patents
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- EP1148311B1 EP1148311B1 EP01810263A EP01810263A EP1148311B1 EP 1148311 B1 EP1148311 B1 EP 1148311B1 EP 01810263 A EP01810263 A EP 01810263A EP 01810263 A EP01810263 A EP 01810263A EP 1148311 B1 EP1148311 B1 EP 1148311B1
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Classifications
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23B—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING ONLY SOLID FUEL
- F23B1/00—Combustion apparatus using only lump fuel
- F23B1/30—Combustion apparatus using only lump fuel characterised by the form of combustion chamber
- F23B1/36—Combustion apparatus using only lump fuel characterised by the form of combustion chamber shaft-type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- 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
- F23G5/24—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having a vertical, substantially cylindrical, combustion chamber
Definitions
- the invention relates to a method for firing carbonate-containing Material in a shaft furnace, with gravity feed by a preheating zone, at least one firing zone and a cooling zone to a discharge device, wherein a Fuel supply in the combustion zone or adjacent to this takes place over several guided through the shaft wall burning lances and combustion air supplied as cooling air under pressure becomes.
- An energy-saving mode of operation is through multi-shaft furnaces after the DC regenerative process in so-called MAERZ ovens given. At them the fuel gets through hanging in the firing dipping arranged burning lances fed in the feed zone evenly over the Shaft cross section are arranged distributed. Such ovens known However, they are only suitable for soft fires.
- US-A-3 355 158 describes a firing furnace, distributed over its cross-section Burner are arranged, which are befastigt adjustable on the shaft wall transversely thereto.
- the invention has for its object to provide a method of to find the type mentioned by the particular small-grained fuel with different degrees of combustion to the deadburn in an economical way in shaft furnaces be burned to a high quality product can.
- a method of the aforementioned Art proposed according to the invention thereby characterized is that the Firing lances for selecting the position of their Mouths are moved during furnace operation perpendicular to the shaft wall so that the at the Firing lances forming single flames together one Form flame area at least approximately above the entire shaft cross-section extends; to burn becomes one Material selected whose grain size ranges from 5 to 70 mm lies.
- each burner lance preferably only for the generation of each a flame is provided, it has compared to numerous Brenner burner having a low Cross section and therefore only leads to a negligible Influencing the fuel flow. It's surprising shown that the burning lances nevertheless sufficient Flexural strength have to the pressure of it flowing around to take up granular fuel.
- each burning lance perpendicular to Shaft wall is prevented between itself and the Shaft wall forms a gap by accumulating fuel could.
- the local restriction of the shaft cross-section through the fire lances projecting into it decrease by adding the focal lances in multiple levels on top of each other and to those of another level in the circumferential direction be arranged offset so that the required Fuel quantity distributed over several shafts is supplied.
- the height of the furnace shaft 2 is by the method in connection with the setting of the conveying speed by means of the discharge device 5 to be determined residence times of the fuel. These residence times spread over an upper, to the loading area 6 subsequent preheating zone 7, on one down following combustion zone 8 and one to the discharge device. 5 extending cooling zone 9.
- the supply of gaseous, liquid or powdery Fuel takes place over numerous, in one or more levels 10 to 12 arranged burning lances 13, extending through the Shaft wall 3,4 extend into the shaft space 2 inside.
- the temperatures would be in the Near the shaft wall too high, with the risk of sintering together and in the middle of the shaft too low and below the indicated by the curve 17 minimum firing temperature.
- the radial positions that can be read on the abscissa of the diagram are only relative and not specific Shaft diameter related. However, the shaft diameter can a radius of 1, although larger Well dimensions can be realized, e.g. with a Diameter of three or more meters.
- the combustion tube 18 has a connecting piece 22 for the supply line primary combustion air. Furthermore, at the rear End of the fuel lance 13 a coaxially with this running Fuel pipe 23,24 or 25 used, depending on the type of fuel to use different is executed. For powdered fuel, the fuel pipe has the shape of a short nozzle 23 accordingly Figure 7. For liquid and gaseous fuel extends the fuel pipe 24 or 25 until shortly before the mouth 14 of the burning lance 13, to there with the in the enclosing Ring channel 26 incoming primary combustion air mix.
- Figures 3 to 5 illustrate a different angular arrangement the arranged in three levels burning lances 13, so that the burning lances 13 to those of another level are angularly offset.
- the burning lances 13 of the different focal planes 10, 11 and 12 is a special even with small flame training extensive coverage of the shaft cross-section through given at each of the mouths 14 forming flames.
- the size of these flames is due to several factors determined, i. the amount of fuel, the amount of primary and secondary combustion air and the grain size of the fuel. A small grain size leads to a denser bulk packing and thus to a lesser Propagation of the flame.
- the limitation of the Grain size to a range preferably less than 70 mm grain size the advantage of a lower mechanical load the transversely projecting into the flowing bulk material Burning lances 13 and the advantage of a smaller adjustable Residence time, allowing a sintering of fuel can be prevented by a short residence time.
- the particle size distribution in the smallest possible area For one uniform degree of combustion should the particle size distribution in the smallest possible area.
- the relevant fuel lance be held in the manner of a weighing beam, with a Force measuring point outside the shaft wall 3 and with a Device for generating mechanical oscillations in the Overshoot of a permissible force is switched on automatically becomes. In this way, the burning lance can be shake it free, if it should form a jam on it. A shaking of the burning lance can also be her pushing in facilitate the filled shaft space 2.
- the fuel supply in the individual focal planes 10, 11 and 12 can be individually adjusted to zero, depending on from the desired degree of combustion or the residence time in a certain temperature range a certain temperature profile in the shaft longitudinal direction or in the flow direction to receive the incoming air from below.
- This air is kept in the range of e.g. designed as a sliding table Discharge device 5 with overpressure by at least an unillustrated blower supplied so that they are in Countercurrent to the downwards moving by gravity Bulk column through the grain structure upwards flows. At first, it serves as cooling air in the cooling zone 9, then in the combustion zone 8 as, for example, secondary Combustion air and last, in the upper preheating zone. 7 the oven to preheat the fuel and thereby, accordingly a preferred embodiment of the invention, for Preheating the flowing to the fuel lances 13, primary Combustion air in there arranged hanging heat exchange tubes 29th
- the invention essential arrangement of the burning lances 13 and from their mouths 14, distributed over the shaft cross-section, allows new types of process management, with special high flame temperatures in the range of 1800 ° C in a short Dwell time without being at such temperatures in itself expected sintering, i. the formation of blökken occurs, so that was previously impossible Hard burning in vertical shaft furnace with gaseous, liquid and powdered fuels is possible.
- FIGs of Figs. 10 to 13 show for a particular Dwell time due to the control of the fuel supply in conjunction with adapted primary air supply via the burning lances 13 and countercurrently supplied secondary Combustion air achievable temperature curves for the fuel lime (CaCO3), based on the longitudinal section of the shaft furnace.
- the temperature of the fuel represented by a solid line 30, while the temperature of the forming by the combustion Fuel gas and the cooling or Sekundärverbrennungs Kunststoff the dashed line 31 corresponds.
- the fuel supply is graded over in the three Focal planes 10 to 12 arranged burning lances 13 in substantially less than hard firing, so that flame temperatures corresponding to the three temperature peaks 32 train up to 34. at about 1200 ° C in the first focal plane and at about 1400 ° C in the third focal plane.
- the fuel flowing from top to bottom thus passes in the first focal plane 30 first in contact with fuel gas of 1200 ° Celsius and in the subsequent focal planes with hotter fuel gas of a maximum of about 1400 ° C.
- the combustion zone 8 has a corresponding long extension in the direction of the chess with correspondingly larger Dwell time of the fuel in the firing zone 8.
- This heating takes place within the furnace 1 ', by the combustion air is guided through heat exchange tubes 36, which are connected to an and return part 37, 38 hanging vertically and in the circumferential direction of the shaft 2 or evenly on the shaft cross-section distributed in the fuel of the preheating zone. 7 plunge.
- the arrangement of the heat exchange tubes 36 in the oven 1 'in direct contact with the kiln and the fuel gases leads to a particularly good heat transfer through heat conduction, Convection and heat radiation.
- the heat exchange surfaces of the tubes 36 through the under Gravity influence on fuel flowing along them cleaned automatically.
- the possible savings in heat energy is compared to a furnace without preheating of primary combustion air approx. 7 to 10%, at an exhaust gas temperature from about 190 ° C instead of about 330 ° C.
- Figs. 11 and 13 illustrate that due to the additional one Heat exchanges in the tubes 36 resulting different Temperature profile in the direction of the chute.
- the double shaft furnaces 40, 40 'and 40 "of the embodiments the invention of Fig.14 to Fig16 are like the operated MAERZ-ovens operated by the regenerative process.
- the switching of these flow conditions in the oven at intervals of, for example 10 to 15 minutes.
- FIG.14 16 illustrate by the directional arrows the operating state, in the combustion air to the shaft 41 via the line 47 supplied and the exhaust gas from the other shaft 42 is derived via line 48.
- the same switching principle can also be more than two parallel to each other Manholes 41, 42 operated with alternating operating state become.
- the double shaft furnace according to Fig.15 are in both shafts. 41,42 only transversely arranged firing lances 55 provided. Of the In contrast, double shaft furnace according to FIG Preheating area 56 hanging arranged heat exchange tubes 58th for heating of primary combustion air, as previously for Einschachtofen has been described according to Fig.2.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Brennen von karbonathaltigem Material in einem Schachtofen, mit Schwerkraftförderung durch eine Vorwärmzone, mindestens eine Brennzone und eine Kühlzone zu einer Austragsvorrichtung, wobei eine Brennstoffzufuhr in der Brennzone oder angrenzend an diese über mehrere durch die Schachtwand geführte Brennlanzen erfolgt und Verbrennungsluft als Kühlluft unter Überdruck zugeführt wird.The invention relates to a method for firing carbonate-containing Material in a shaft furnace, with gravity feed by a preheating zone, at least one firing zone and a cooling zone to a discharge device, wherein a Fuel supply in the combustion zone or adjacent to this takes place over several guided through the shaft wall burning lances and combustion air supplied as cooling air under pressure becomes.
Besonders beim Brennen von kleinkörnigem Material, d.h. bei einem wesentlichen Anteil an zu brennendem Material mit einer Korngrösse von weniger als 30 mm besteht das Problem, die erforderliche Wärmemenge dem Material gleichmässig zuzuführen, so dass jedes Korn bis zu seinem Kern durchgebrannt wird, ohne dass die Körner durch örtliche Überhitzung zusammensintern und im Ofen feste Brücken bilden. Dieses Problem ist besonders gross, wenn über einen Weichbrand hinausgehende, höhere Brenngrade verlangt werden.Especially when firing small granular material, i. at a substantial proportion of material to be burned with a Grain size of less than 30 mm, the problem exists to supply the required amount of heat to the material evenly, so every grain burned to its core without the grains sintering together due to localized overheating and form fixed bridges in the oven. This problem is particularly large when going beyond a soft burn, higher degrees of combustion are required.
Für kleinkörniges Brennmaterial und eine gleichmässige Brenn- und damit Produktqualität sind Drehrohröfen am besten geeignet, da eine intensive Materialumwälzung einen guten und gleichmässigen Wärmeübergang zu jedem Korn gewährleistet. Nachteilig ist jedoch, dass ihre Konstruktion sehr aufwendig ist und dass zu den entsprechend hohen Investitionskosten noch hohe Betriebskosten hinzukommen, bedingt durch hohen Verschleiss und hohe Wärmeverluste durch Abstrahlung und durch Abgase, die sich bei der Anwendung höherer Temperaturen , wie sie für höhere Brenngrade bzw. andere Produktqualitäten, wie Mittel-, Hart- und Sinterbrand erforderlich sind, besonders stark auswirken. For small-grained fuel and a uniform Kiln furnaces are the best at firing and thus product quality suitable because an intensive material circulation a good and ensures uniform heat transfer to each grain. The disadvantage, however, is that their construction is very is expensive and that the correspondingly high investment costs still high operating costs are added, conditional due to high wear and high heat losses due to radiation and by exhaust gases, resulting in the application of higher Temperatures, as for higher fuel levels and others Product qualities, such as medium, hard and sinter firing required are, especially strong impact.
Eine andere Methode, die zum Brennen erforderliche Wärmemenge dem Brenngut gleichmässig zuzuführen, besteht im Beimischen von Brennstoff, d.h. von Hüttenkoks zum Brenngut in Mischfeueröfen. Mischfeueröfen sind jedoch nicht für kleinkörniges Brennmaterial geeignet. Ausserdem haben sie den erheblichen Nachteil, dass die Asche der Koksverbrennung im fertig gebrannten Produkt verbleibt und somit zu einer mit Graufärbung verbundenen, minderen Produktqualität führt.Another method, the amount of heat required for firing to feed the kiln evenly, consists in admixing of fuel, i. from metallurgical coke to the kiln in Mischfeueröfen. However, mixed-hearth furnaces are not for small-grained Fuel suitable. Moreover, they have the considerable Disadvantage that the ashes of coke burning in finished product remains and thus one with Grayscale associated, inferior product quality leads.
Eine energiesparende Betriebsweise ist durch Mehrschachtöfen nach dem Gleichstrom-Regenerativ-Verfahren in sogenannten MAERZ-Oefen gegeben. Bei ihnen wird der Brennstoff durch hängend in das Brenngut eintauchende angeordnete Brennlanzen zugeführt, die in der Beschickungszone gleichmässig über den Schachtquerschnitt verteilt angeordnet sind. Solche Öfen bekannter Ausführung sind jedoch nur für Weichbrand geeignet.An energy-saving mode of operation is through multi-shaft furnaces after the DC regenerative process in so-called MAERZ ovens given. At them the fuel gets through hanging in the firing dipping arranged burning lances fed in the feed zone evenly over the Shaft cross section are arranged distributed. Such ovens known However, they are only suitable for soft fires.
In der US-A-5,460,517 ist beschrieben, wie durch besondere Korngrössenverteilung beim Beschicken des Ofens, kombiniert mit einer speziellen Gestaltung der Schachträume auch ein Brennen von kleinkörnigerem Brennmaterial möglich ist.In US-A-5,460,517 is described as by special Grain size distribution when feeding the furnace, combined with a special design of the chess dreams too Burning of smaller granular fuel is possible.
Wenn auch für einen Hartbrand geeignete Mengen an Brennstoff der Brennzone eines Schachtofen zugeführt werden sollen, um die hierzu erforderlichen Brenntemperaturen zu erreichen, bestehen bisher nicht überwundene Schwierigkeiten, eine gleichmässige Temperaturverteilung über den Schachtquerschnitt zu erzielen und insbesondere ein Zusammensintern von Brennmaterial durch örtliche Ueberhitzungen zu vermeiden.Although suitable for hard firing suitable amounts of fuel the combustion zone of a shaft furnace to be supplied to to achieve the required firing temperatures, exist so far not overcome difficulties, one uniform temperature distribution over the shaft cross section to achieve, and in particular a Zusammensintern of To avoid fuel by local overheating.
Durch die US-A-4,094,629 wurde vorgeschlagen, die Breite des Schachtquerschnittes durch seine ringförmige Ausführung zu verringern und in der somit vorhandenen Innenwand zusätzliche Brennermündungen anzuordnen. Auf diese Weise soll eine gleichmässige Abwärtsbewegung des Brennmaterials unter Schwerkraft aufrechterhalten werden, ohne dass der Materialstrom durch Einbauten im Schacht gestört wird.It has been proposed by US-A-4,094,629 to set the width of the Shaft cross section through its annular design too reduce and in the thus existing inner wall additional Burner mouths to arrange. This is how one should even downward movement of the fuel under Gravity can be maintained without the material flow is disturbed by fittings in the shaft.
Einbauten in Form von balkenförmigen Brennerträgern sind in der GB-A-1111746 beschrieben. Diese haben aufgrund der Aufnahme von z.B. jeweils zwanzig flüssigkeitsgekühlten Brennern einen verhältnismässig breiten Querschnitt und bewirken somit eine erhebliche Verringerung des nutzbaren Ofenquerschnittes, verbunden mit der Gefahr einer örtlichen Blockierung der Schwerkraftförderung des Brennmaterials.Installations in the form of bar-shaped burner supports are in GB-A-1111746. These have due to the inclusion from e.g. twenty liquid-cooled burners each a relatively wide cross section and effect thus a considerable reduction of the usable furnace cross-section, associated with the danger of a local blockage the gravity of the fuel.
Eine zusammenfassende Darlegung verschiedener Brennverfahren, einschliesslich des zuvorgenannten Brennens in Regenerativ-Mehrschachtöfen findet sich in dem Handbuch "Chemistry and Technology of Lime and Limestone" von Robert S. Bynton, Second Edition, 1987.A summary of various combustion processes, including the aforementioned firing in regenerative multiwell furnaces can be found in the manual "Chemistry and Technology of Lime and Limestone "by Robert S. Bynton, Second Edition, 1987.
US-A-3 355 158 beschreibt einen Brennschachtofen, über dessen Querschnitt verteilt Brenner angeordnet sind, die an der Schachtwand quer hierzu einstellbar befastigt sind.US-A-3 355 158 describes a firing furnace, distributed over its cross-section Burner are arranged, which are befastigt adjustable on the shaft wall transversely thereto.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu finden, durch das insbesondere kleinkörniges Brennmaterial mit verschiedenen Brenngraden bis hin zum Totbrand auf wirtschaftliche Weise in Schachtöfen zu einem qualitativ hochwertigen Produkt gebrannt werden kann.The invention has for its object to provide a method of to find the type mentioned by the particular small-grained fuel with different degrees of combustion to the deadburn in an economical way in shaft furnaces be burned to a high quality product can.
Zu Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, das erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet ist, dass die Brennlanzen zur Auswahl der Position ihrer Mündungen wahrend des Ofenbetriebes senkrecht zur Schachtwand derart verschoben werden, dass die sich an den Brennlanzen ausbildenden Einzelflammen gemeinsam einen Flammbereich bilden, der sich mindestens angenähert über den gesamten Schachtquerschnitt erstreckt; zum Brennen wird ein Material ausgewählt, dessen Komgröße im Bereich von 5 bis 70 mm liegt. To solve this problem, a method of the aforementioned Art proposed according to the invention thereby characterized is that the Firing lances for selecting the position of their Mouths are moved during furnace operation perpendicular to the shaft wall so that the at the Firing lances forming single flames together one Form flame area at least approximately above the entire shaft cross-section extends; to burn becomes one Material selected whose grain size ranges from 5 to 70 mm lies.
Da jede Brennerlanze vorzugsweise nur zur Erzeugung von jeweils einer Flamme vorgesehen ist, hat sie im Vergleich zu zahlreiche Brenner aufweisenden Brennerträgern einen geringen Querschnitt und führt daher nur zu einer unerheblichen Beeinflussung des Brennmaterialstromes. Es hat sich überraschend gezeigt, dass die Brennlanzen dennoch eine ausreichende Biegefestigkeit haben, um den Druck des sie umströmenden körnigen Brennmaterials aufzunehmen.Since each burner lance preferably only for the generation of each a flame is provided, it has compared to numerous Brenner burner having a low Cross section and therefore only leads to a negligible Influencing the fuel flow. It's surprising shown that the burning lances nevertheless sufficient Flexural strength have to the pressure of it flowing around to take up granular fuel.
Durch die Erstreckung jeder Brennlanze senkrecht zur Schachtwand wird verhindert, dass sich zwischen ihr und der Schachtwand ein Spalt bildet, indem sich Brennmaterial anstauen könnte. Die örtliche Einschränkung des Schachtquerschnittes durch die in ihn hineinragenden Brennlanzen lässt sich verringern, indem die Brennlanzen in mehreren Ebenen übereinander und zu denjenigen einer anderen Ebene in Umfangsrichtung versetzt angeordnet werden, so dass die erforderliche Brennstoffmenge auf mehrere Schachtebenen verteilt zugeführt wird.By the extension of each burning lance perpendicular to Shaft wall is prevented between itself and the Shaft wall forms a gap by accumulating fuel could. The local restriction of the shaft cross-section through the fire lances projecting into it decrease by adding the focal lances in multiple levels on top of each other and to those of another level in the circumferential direction be arranged offset so that the required Fuel quantity distributed over several shafts is supplied.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigt:
- Fig.1
- in schematischer Darstellung einen Axialschnitt durch einen Einschachtofen mit in drei Ebenen übereinander angeordneten, in den Schacht hineinragenden Brennlanzen,
- Fig.2
- einen Einschachtofen entsprechend Fig.1, jedoch mit im Schacht angeordneten Wärmeaustauschrohren,
- Fig.3
- einen nicht masstäblichen Radialschnitt durch den Ofen nach Fig.1 oder 2 im Bereich der oberen Ebene der Brennlanzenanordnung,
- Fig.4
- einen Radialschnitt durch den Ofen nach Fig.1 oder 2 im Bereich der mittleren Ebene der Brennlanzenanordnung,
- Fig.5
- einen Radialschnitt durch den Ofen nach Fig.1 oder 2 im Bereich der unteren Ebene der Brennlanzenanordnung,
- Fig.6
- ein Diagramm der radialen Temperaturverteilungen über einen in seiner Breite relativ angegebenen Schachtquerschnitt,
- Fig.7 bis 9
- Querschnittsdarstellung von an einem Schachtofen montierten Brennlanzen für pulverförmige, flüssige und gasförmige Brennstoffe,
- Fig.10
- ein Diagramm der vertikalen Temperaturverteilung im Schachtofen nach Fig.1 mit Brennstoffzufuhr für Weichbrand in drei Brennebenen,
- Fig.11
- ein Diagramm entsprechend nach Fig.10, jedoch in einem Ofen nach Fig.2,
- Fig.12
- ein Diagramm der vertikalen Temperaturverteilung im Schachtofen nach Fig.1 mit Brennstoffzufuhr für Hartbrand in nur einer Brennebene,
- Fig.13
- ein Diagramm entsprechend nach Fig.12, jedoch in einem Ofen nach Fig.2,
- Fig.14
- einen Mehrschachtofen nach dem Regenerativerfahren, mit hängend und quer angeordneten Brennlanzen,
- Fig.15
- einen Mehrschachtofen nach dem Regenerativerfahren, mit nur quer angeordneten Brennlanzen und
- Fig.16
- einen Mehrschachtofen nach dem Regenerativerfahren, mit nur quer angeordneten Brennlanzen und mit in den oberen Schachtbereichen angeordneten Wärmeaustauschrohren.
- Fig.1
- a schematic representation of an axial section through a slot furnace with stacked in three levels, projecting into the shaft burning lances,
- Fig.2
- a shaft furnace according to Fig.1, but with arranged in the shaft heat exchange tubes,
- Figure 3
- a non-standard radial section through the furnace according to FIG. 1 or 2 in the region of the upper level of the burning lance arrangement,
- Figure 4
- 3 shows a radial section through the furnace according to FIG. 1 or 2 in the region of the middle plane of the burning lance arrangement,
- Figure 5
- a radial section through the furnace of Figure 1 or 2 in the region of the lower level of the Brennlanzenanordnung,
- Figure 6
- a diagram of the radial temperature distributions over a relatively wide in its width shaft cross-section,
- 7 to 9
- Cross-sectional view of burning lances for pulverulent, liquid and gaseous fuels mounted on a shaft furnace,
- Figure 10
- 1 is a diagram of the vertical temperature distribution in the shaft furnace according to FIG. 1 with fuel supply for soft firing in three focal planes;
- Figure 11
- a diagram corresponding to FIG. 10, but in an oven according to FIG.
- Figure 12
- 1 shows a diagram of the vertical temperature distribution in the shaft furnace according to FIG. 1 with fuel supply for hard firing in only one focal plane,
- Figure 13
- a diagram corresponding to Figure 12, but in a furnace according to Fig.2,
- Figure 14
- a multi-shaft furnace after the regenerative process, with hanging and crosswise arranged burning lances,
- Figure 15
- a multi-shaft furnace after the regenerative drive, with only transverse fire lances and
- Figure 16
- a multi-shaft furnace after the regenerative process, with only transversely arranged burning lances and arranged in the upper shaft areas heat exchange tubes.
Die Höhe des Ofenschachtes 2 ist durch die verfahrensgemäss
im Zusammenhang mit der Einstellung der Fördergeschwindigkeit
mittels der Austragsvorrichtung 5 zu bestimmenden Verweilzeiten
des Brennmaterials bestimmt. Diese Verweilzeiten
verteilen sich auf eine obere, sich an den Beschickungsbereich
6 anschliessende Vorwärmzone 7, auf eine nach unten
folgende Brennzone 8 und eine bis zur Austragsvorrichtung 5
verlaufende Kühlzone 9.The height of the
Die Zufuhr von gasförmigem, flüssigem oder pulverförmigen
Brennstoff, vorzugsweise zusammen mit primärer Verbrennungsluft,
erfolgt über zahlreiche, in einer oder mehreren Ebenen
10 bis 12 angeordnete Brennlanzen 13, die sich durch die
Schachtwand 3,4 in den Schachtraum 2 hinein erstrecken.The supply of gaseous, liquid or powdery
Fuel, preferably together with primary combustion air,
takes place over numerous, in one or
Durch die axiale Verschiebbarkeit der Brennlanzen von Hand
im Schüttgut, senkrecht durch die ausgemauerte Schachtwand
3,4 hindurch, lassen sich die Positionen ihrer Mündungen 14
und damit der sich an ihnen jeweils ausbildenden Flammen,
systematisch oder aufgrund von Temperaturmessungen mittels
im Schachtquerschnitt verteilten Sonden, so anordnen, dass
in der betreffenden Schachtebene eine weitgehend gleichmässige
Brenntemperatur entsteht. Eine solche gleichmässige
Temperaturverteilung ist in dem Diagramm nach Fig.6 durch
den geraden Verlauf der mittleren Kurve 15 dargestellt. Im
Vergleich hierzu würde sich bei einer Anordnung der Lanzenmündungen
14 bündig zur Innenseite der Schachtwand 3,4 ein
zur Schachtmitte hin abnehmender Temperaturverlauf entsprechend
der Kurve 16 ergeben und damit ein unterschiedlicher
Brenngrad des Produktes. Dabei wären die Temperaturen in der
Nähe der Schachtwand zu hoch, mit der Gefahr des Zusammensinterns
und in der Schachtmitte zu niedrig und unterhalb
der durch die Kurve 17 angegebenen minimalen Brenntemperatur.
Die auf der Abzisse des Diagramms ablesbaren Radialpositionen
sind nur relativ und nicht auf einen bestimmten
Schachtdurchmesser bezogen. Der Schachtdurchmesser kann jedoch
einem Radius von 1 entsprechen, obwohl auch grössere
Schachtabmessungen realisiert werden können, z.B. mit einem
Durchmesser von drei oder mehr Metern.By the axial displacement of the burning lances by hand
in bulk, vertically through the bricked shaft wall
3.4 through, the positions of their
Aufgrund der hohen Temperaturen im Brennraum 8 sind zumindest
die für eine weit in den Schacht 2 hineinragende Anordnung
vorgesehenen Brennlanzen 13 mit einem das Brennrohr 18
umschliessenden Kühlmantel 19 versehen, der Anschlussstutzen
20,21 für die Hindurchleitung einer Kühlflüssigkeit aufweist.
An Brennlanzen 13, an denen eine geringere Temperaturbelastung
zu erwarten ist, kann anstatt eines Kühlmantels
für den betreffenden Lanzenbereich ein hitzebeständiges Material
verwendet werden. Auf diese Weise wird die über ein
Kühlmedium abgeführte Wärmemenge verringert.Due to the high temperatures in the
Das Brennrohr 18 hat einen Anschlussstutzen 22 für die Zuleitung
primärer Verbrennungsluft. Ausserdem ist am hinteren
Ende der Brennlanze 13 ein gleichachsig mit diesem verlaufendes
Brennstoffrohr 23,24 oder 25 eingesetzt, das je nach
der Art des zu verwendenden Brennstoffes unterschiedlich
ausgeführt ist. Für pulverförmigen Brennstoff hat das Brennstoffrohr
die Form eines kurzen Sutzens 23 entsprechend
Fig.7. Für flüssigen und gasförmigen Brennstoff erstreckt
sich das Brennstoffrohr 24 oder 25 bis kurz vor die Mündung
14 der Brennlanze 13, um sich dort mit der im umschliessenden
Ringkanal 26 zuströmenden primären Verbrennungsluft zu
vermischen.The
Eine gegen den Überdruck im Ofen dichte, aber verschiebbare
Hindurchführung der Brennlanzen 13 durch die Schachtwand 3,4
hindurch ist jeweils durch eine sich an eine Wandbohrung 27
nach aussen anschliessende stopfbuchsartige Dichtanordnung
28 gewährleistet.A tight against the overpressure in the oven, but movable
Passing through the firing lances 13 through the
Die Fig.3 bis 5 veranschaulichen eine unterschiedliche Winkelanordnung
der in drei Ebenen angeordneten Brennlanzen 13,
so dass die Brennlanzen 13 zu denjenigen einer anderen Ebene
winkelversetzt sind. Durch die ausserdem unterschiedlichen,
in den Darstellungen beispielhaft angegebenen Einschubpositionen
der Brennlanzen 13 der verschiedenen Brennebenen 10,
11 und 12 ist auch bei kleiner Flammenausbildung eine besonders
weitgehende Abdeckung des Schachtquerschnittes durch
die sich an jeder der Mündungen 14 ausbildenden Flammen gegeben.
Die Grösse dieser Flammen ist durch mehrere Faktoren
bestimmt, d.h. die Menge des Brennstoffs, die Menge der primären
und sekundären Verbrennungsluft sowie die Korngrösse
des Brennmaterials. Eine geringe Korngrösse führt zu einer
dichteren Schüttgutpackung und damit zu einer geringeren
Ausbreitung der Flamme. Andererseits hat die Begrenzung der
Korngrösse auf einen Bereich mit vorzugsweise weniger als 70
mm Korngrösse den Vorteil einer geringeren mechanischen Belastung
der in das fliessende Schüttgut quer hineinragenden
Brennlanzen 13 sowie den Vorteil einer kleiner einstellbaren
Verweilzeit, so dass ein Zusammensintern von Brennmaterial
durch eine kurze Verweilzeit verhindert werden kann. Für einen
gleichmässigen Brenngrad sollte die Korngrössenverteilung
in einem möglichst kleinen Bereich liegen.Figures 3 to 5 illustrate a different angular arrangement
the arranged in three
Falls das Verfahren mit einer Korngrösse des Brennmaterials
durchgeführt werden soll, die in einem Bereich wesentlich
oberhalb einer maximalen Korngrösse von 70 mm liegt, so können
besondere Massnahmen getroffen werden, die eine Ueberlastung
der weit in den Schacht 2 hineinragenden Brennlanzen
13 verhindern. Beispielsweise kann die betreffende Brennlanze
nach Art eines Wiegebalkens gehalten sein, mit einer
Kraftmessstelle ausserhalb der Schachtwand 3 und mit einer
Vorrichtung zur Erzeugung mechanischer Schwingungen, die bei
Überschreitung einer zulässigen Kraft selbsstätig eingeschaltet
wird. Auf diese Weise lässt sich die Brennlanze
freirütteln, wenn sich auf ihr ein Materialstau bilden sollte.
Ein Rütteln der Brennlanze kann auch ihr Einschieben in
den gefüllten Schachtraum 2 erleichtern.If the method with a grain size of the fuel
should be carried out in one area significantly
above a maximum grain size of 70 mm, so can
special measures are taken, which is an overload
the far into the
Die Brennstoffzufuhr in den einzelnen Brennebenen 10,11 und
12 kann einzeln bis auf Null geregelt werden, um in Abhängigkeit
vom gewünschten Brenngrad bzw. der Verweilzeit in
einem bestimmten Temperaturbereich einen bestimmten Temperaturverlauf
in Schachtlängsrichtung bzw. in Strömungsrichtung
der von unten zuströmenden Luft zu erhalten.The fuel supply in the individual
Diese Luft wird im Bereich der z.B. als Schubtisch ausgeführten
Austragsvorrichtung 5 mit Überdruck durch mindestens
ein nicht dargestelltes Gebläse zugeführt, so dass sie im
Gegenstrom zu der sich durch Schwerkraft abwärtsbewegenden
Schüttgutsäule durch deren Kornstruktur hindurch nach oben
strömt. Dabei dient sie zuerst in der Kühlzone 9 als Kühlluft,
anschliessend in der Brennzone 8 als z.B sekundäre
Verbrennungsluft und zuletzt, in der oberen Vorwärmzone 7
des Ofens zum Vorwärmen des Brenngutes und dabei, entsprechend
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, zum
Vorwärmen der zu den Brennlanzen 13 strömenden, primären
Verbrennungsluft in dort hängend angeordneten Wärmeaustauschrohren
29.This air is kept in the range of e.g. designed as a sliding
Die erfindungswesentliche Anordnung der Brennlanzen 13 bzw.
von deren Mündungen 14, verteilt auf den Schachtquerschnitt,
ermöglicht neue Arten der Verfahrensführung, mit besonders
hohen Flammentemperaturen im Bereich von 1800°C bei kurzer
Verweilzeit, ohne dass ein bei solchen Temperaturen an sich
zu erwartendes Zusammensintern d.h. das Ausbilden von Blökken
auftritt, so dass ein bisher nicht möglich gewesenes
Hartbrennen im Vertikalschachtofen mit gasförmigen, flüssigen
und pulverförmigen Brennstoffen möglich ist.The invention essential arrangement of the burning
Die Diagramme der Fig. 10 bis 13 zeigen für eine bestimmte
Verweilzeit die sich aufgrund der Steuerung der Brennstoffzufuhr
in Verbindung mit angepasster primärer Luftzufuhr
über die Brennlanzen 13 und im Gegenstrom zugeführter sekundärer
Verbrennungsluft realisierbaren Temperaturverläufe für
das Brennmaterial Kalk (CaCO3), bezogen auf den Längsschnitt
des Schachtofens. Dabei ist die Temperatur des Brennmaterials
durch eine durchgezogene Linie 30 dargestellt, während
die Temperatur des sich durch die Verbrennung bildenden
Brenngases und der Kühl- bzw. Sekundärverbrennungsluft der
gestrichelten Linie 31 entspricht.The diagrams of Figs. 10 to 13 show for a particular
Dwell time due to the control of the fuel supply
in conjunction with adapted primary air supply
via the burning
Für die Herstellung von Weichbrand nach Fig.10 und Fig.11
erfolgt die Brennstoffzufuhr abgestuft über die in den drei
Brennebenen 10 bis 12 angeordneten Brennlanzen 13 in wesentlich
geringerer Menge als für Hartbrand, so dass sich Flammentemperaturen
entsprechend den drei Temperaturspitzen 32
bis 34 ausbilden. die bei ca. 1200° C in der ersten Brennebene
und bei ca. 1400° C in der dritten Brennebene liegen.
Das von oben nach unten strömende Brennmaterial gelangt somit
in der ersten Brennebene 30 zuerst in Kontakt mit Brenngas
von 1200° Celsius und in den anschliessenden Brennebenen
mit heisserem Brenngas von maximal ca. 1400° C. Durch das im
Gegenstrom nach oben strömende Brenngas wurde das körnige
Brennmaterial bei Erreichen der ersten Brennebene bereits
auf ca. 1000° C vorgewärmt, und es erreicht in der dritten
Brennebene eine Temperatur von ca. 1200° C. Durch die auf
drei Brennebenen 10,11,12 verteilte Zufuhr der erforderlichen
Brennstoffmenge hat die Brennzone 8 eine entsprechend
lange Erstreckung in Schachtrichtung mit entsprechend grosser
Verweilzeit des Brennmaterials in der Brennzone 8.For the production of soft firing according to Fig.10 and Fig.11
the fuel supply is graded over in the three
Das in Schachtöfen mit Ausnahme von Mischfeueröfen bisher
nicht möglich gewesene Hartbrennen von Kalk erfolgt entsprechend
dem Ausführungsbeispiel nach Fig.12 mit Brennstoffzufuhr
und Zufuhr von primärer Verbrennungsluft in nur einer
Ebene 12 und bei einer Flammtemperatur von etwa 1800° C. Das
Brennmaterial hat eine Korngrösse im Bereich von 5 bis 70
mm. Die sich ergebende hohe Brenntemperatur von ca. 1400° C
bewirkt überraschenderweise kein Zusammensintern von Körnern
des Brennmaterials mit Klumpen und Brückenbildung. Dies erklärt
sich durch eine kurze Verweilzeit bei höchsten Temperaturen,
entsprechend dem spitzen Verlauf der Temperaturkurve
31 für das Brennmaterial in Diagramm nach Fig.12. Dieser
Temperaturverlauf ergibt sich durch die fehlende Zuschaltung
zusätzlicher Brennebenen und der entsprechend kürzeren Erstreckung
der Brennzone 8 in Schachtrichtung.This in shaft furnaces with the exception of mixing furnaces so far
Not possible hard burning of lime takes place accordingly
the embodiment of Figure 12 with fuel
and supplying primary combustion air in only one
Bei der Ausführung des Einschachtofens 1 entsprechend der
Darstellung in Fig.1 verlassen die in der Vorwärmzone 7 sich
abkühlenden Brenngase den Ofen bei ca. 330° C, so dass entsprechend
hohe Wärmeverluste auftreten. Eine Rekuperation in
nachgeschalteten Wärmetauschern würde aufgrund des hohen
Staubanteils im Abgasstrom zur baldigen Ausbildung von die
Wärmeübertragung behindernden Ablagerungen führen. Bei einer
bevorzugten Weiterbildung der Erfindung entsprechend dem
Ausführungsbeispiel nach Fig.2 wird ein Teil der in den
Brenngasen enthaltenen Wärmeenergie für die Aufheizung von
primärer Verbrennungsluft ausgenutzt, die den Brennlanzen 13
über eine Leitung 39 zugeführt wird. Diese Aufheizung erfolgt
innerhalb des Ofens 1', indem die Verbrennungsluft
durch Wärmeaustauschrohre 36 geführt wird, die mit einem Zu-
und Rückleitungsteil 37,38 vertikal hängend und in Umfangsrichtung
des Schachtes 2 oder gleichmässig auf den Schachtquerschnitt
verteilt, in das Brennmaterial der Vorwärmzone 7
eintauchen. Die Anordnung der Wärmeaustauschrohre 36 im Ofen
1' in direktem Kontakt mit dem Brenngut und den Brenngasen
führt zu einer besonders guten Wärmeübertragung durch Wärmeleitung,
Konvektion und Wärmestrahlung. Ausserdem werden
die Wärmeaustauschflächen der Rohre 36 durch das unter
Schwerkrafteinfluss an ihnen entlangströmende Brennmaterial
selbsttätig gereinigt. Die somit mögliche Einsparung an Wärmeenergie
beträgt gegenüber einem Ofen ohne Vorwärmung von
primärer Verbrennungsluft ca. 7 bis 10 %, bei einer Abgastemperatur
von ca. 190° C anstatt von ca. 330° C.In the execution of the
Die Fig.11 und 13 veranschaulichen den sich aufgrund des zusätzlichen
Wärmeaustausches in den Rohren 36 ergebenden andersartigen
Temperaturverlauf in Schachtrichtung.Figs. 11 and 13 illustrate that due to the additional one
Heat exchanges in the
Die Doppelschachtöfen 40, 40' und 40" der Ausführungsbeispiele
der Erfindung nach Fig.14 bis Fig.16 werden wie die
bekannten MAERZ-Oefen nach dem Regenerativverfahren betrieben.
Dies bedeutet, dass beide Schächte 41 und 42 im Übergangsbereich
43 unterhalb der Brennzone 44 miteinander querverbunden
sind, dass vom Austragsbereich 45 kontinuierlich
Kühlluft im Gegenstrom zugeführt wird und dass ausserdem vom
Beschickungsbereich 46 aus Verbrennungsluft im Gleichstrom
abwechselnd einem der Schächte 41, 42 zugeführt wird, während
gleichzeitig die Ableitung der Abgase aus dem Ofen 40,
40', 40" durch die Vorwärmzone des benachbarten Schachtes 42
bzw. 41 hindurch erfolgt. Die Umschaltung dieser Strömungsverhältnisse
im Ofen erfolgt in Zeitintervallen von beispielsweise
10 bis 15 Minuten. Die Darstellungen der Fig.14
bis 16 veranschaulichen durch die Richtungspfeile den Betriebszustand,
bei dem Verbrennungsluft dem Schacht 41 über
die Leitung 47 zugeführt und das Abgas vom anderen Schacht
42 über die Leitung 48 abgeleitet wird. Nach demselben Umschaltprinzip
können auch mehr als zwei zueinander parallele
Schächte 41,42 mit abwechselndem Betriebszustand betrieben
werden.The
Im Unterschied zu dem als MAERZ-Ofen bekannten Gleichstrom
Regenerativ-Ofen, bei dem Brennstoff entsprechend den Betriebsintervallen
abwechselnd nur dem einen oder anderen der
Schächte im Gleichstrom mit dem Brenngut zugeführt wird, erfolgt
die Brennstoffzufuhr gleichzeitig zu beiden Schächten
41,42, so dass in einem der Schächte die Brenngase Gleichstrom
zum Brennmaterial und im anderen Schacht im Gegenstrom
gerichtet sind. Die Gesamthaft erforderliche Brennstoffzufuhr
wird somit auf die Brennlanzenanordnungen beider
Schächte 41, 42 verteilt. Im Unterschied zum Gleichstrombrennbetrieb
in einem Schacht 41 oder 42, erfolgt somit im
anderen Schacht 42 oder 41 das Brennen mit in der Kühlzone
49 vorgewärmter Verbrennungsluft, mit folglich verringerter
Abgasmenge und entsprechend verbesserter Energiebilanz. Gegen
über dem bekannten Gleichstrom-Regenerativofen nach System
MAERZ kann beim Brennen von Kalkstein die Verringerung
der Abgasmenge 25 % betragen. Dadurch steigt die Konzentration
des Kohlendioxids, so dass das Abgas vorteilhaft für
chemische Verfahren eingesetzt werden kann, die ein Gas mit
hohen Kohlendioxidgehalt benötigen.In contrast to the direct current known as the MAERZ oven
Regenerative furnace with fuel according to the operating intervals
alternating only one or the other of the
Manholes in direct current is supplied to the kiln, takes place
the fuel supply simultaneously to both shafts
41.42, so that in one of the shafts the fuel gases direct current
to the fuel and in the other shaft in countercurrent
are directed. The total fuel required
is thus on the Brennlanzenanordnungen both
Beim Doppelschachtofen nach Fig.14 sind zusätzlich zu von
oben in das Brennmaterial 50 eintauchenden Brennlanzen 51 in
der Nähe des Übergangsbereiches 43 quer in das Brennmaterial
50 eingeschobene Brennlanzen 52 vorgesehen. Nach Umschaltung
des Brennbetriebes werden somit im selben Schacht anstatt
der hängenden Brennlanzen 51 die quereingeschobenen Brennlanzen
52 in Betrieb genommen werden, bei gleichzeitiger,
umgekehrter Umschaltung der Brenner 52,51 im anderen
Schacht. Die Richtung der Flammentwicklung an den Düsenmündungen
der Brennlanzen 51,52 in Schachtrichtung ist durch
die Abbildungen der Flammen 53 und 54 ersichtlich. Durch
diese Darstellungen ist auch ersichtlich, dass die quer gerichteten
Brennlanzen 52 des Schachtes 41 während des Betriebs
der in diesem Schacht 41 hängenden Brennlanzen 51 abgeschaltet
sind, während im anderen Schacht 42 die Brennlanzen
52 zugeschaltet sind.In the double shaft furnace according to Fig. 14, in addition to
in the firing
Am Doppelschachtofen nach Fig.15 sind in beiden Schächten.
41,42 nur quer angeordneten Brennlanzen 55 vorgesehen. Der
Doppelschachtofen nach Fig.16 hat demgegenüber zusätzlich im
Vorwärmbereich 56 hängend angeordnete Wärmeaustauschrohre 58
zur Aufheizung von primärer Verbrennungsluft, wie zuvor zum
Einschachtofen nach Fig.2 beschrieben worden ist.The double shaft furnace according to Fig.15 are in both shafts.
41,42 only transversely arranged firing
Durch die gleichzeitige Zuführung von Brennstoff im zweiten Schacht im Gegenstrom durch in das Brennmaterial eingeschobene Brennlanzen 52,55 ist das an sich bekannte Regnerativverfahren bei gutem thermischen Wirkungsgrad auch für die Herstellung von Mittel- und Hartbrand vorteilhaft geeignet.By the simultaneous supply of fuel in the second Manhole in countercurrent by inserted into the fuel Burning lances 52,55 is known per se, the regenerative process with good thermal efficiency for the Production of medium and hard firing advantageously suitable.
Claims (10)
- Method for burning carbonate-containing material in a shaft kiln, with gravity conveying through a preheating zone, at least one burning zone and a cooling zone to a discharge device, in which a fuel supply in the burning zone or adjacent thereto takes place by means of several burning lances passed through the shaft wall and combustion air is supplied under overpressure as cooling air, characterized in that burning lances are displaced during kiln operation perpendicular to the shaft wall in such a way that the individual flames formed on the orifices together form a flame area, which at least approximately extends over the entire shaft cross-section, whereby for burning purposes a choice is made of a burning material with a grain size in the range 5 to 70 mm.
- Method according to claim 1, characterized in that the fuel supply takes place by means of several superimposed groups of burning lances in each case arranged at least approximately in the same plane and as a function of the desired degree of burning in the burning zone a temperature profile passing in the kiln longitudinal direction is regulated by modifying the fuel supply to one or more of the individual lance groups.
- Method according to claim 1 or 2, characterized in that the temperature distribution over the shaft cross-section is adjusted by displacement of the burning lances as a function of temperature values determined by probes.
- Method according to claim 2 or 3, characterized in that for a uniform, common coverage of the shaft cross-section by individual, superimposed flame areas, the displacement direction of superimposed burning lances is mutually staggered in the circumferential direction of the shaft.
- Method according to one of the claims 1 to 4, characterized in that the burning lances supply in addition to fuel combustion air, whose quantity is adjustable and if necessary can be reduced to zero.
- Method according to claim 5, characterized in that the combustion air to be supplied by means of the burning lances is heated within the preheating zone by being passed through heat exchange tubes, which are positioned parallel to the shaft wall, distributed over the kiln cross-section and suspended in the preheating area of the kiln.
- Method according to one of the claims 1 to 6 for burning in a multi-shaft kiln according to the regenerative method by the time-alternating supply between the shafts of combustion air in parallel flow and with a continuous counter-flow supply of cooling air in the lower area of the shafts, characterized in that during the fuel supply in parallel flow operation in one of the shafts, in one or more shafts transversely connected to the former shaft, fuel with or without combustion air is supplied by means of burning lances arranged in the burning zone and displaceable transversely to the kiln wall.
- Method according to claim7, characterized in that the fuel supply takes place in each case during one of the operating periods of the regenerative method in one of the shafts in parallel flow form by means of suspended burning lances.
- Method according to one of the Claims 1 to S, characterized in that the maximum insertion depth of the burning lance extends close to the centre of the shaft cross-section, so that the associated flame reaches the centre and the internal diameter of the shaft chamber is reduced to 3 m.
- Method according to one of the claims 1 to 9,characterized in that a cooling medium flows at least through the burning lances projecting furthest into the shaft chamber.
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