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Ofen zur thermischen Behandlung von Materialien, wie Trocknung, Brennen od. dgl.
Die Erfindung bezieht sich auf Öfen zur thermischen Behandlung von Materialien, wie Trocknung.
Brennen od. dgl., insbesondere zum Brennen von Gips, Durchführung chemischer Reaktionen, Koagulationen, Trockendestillation von Holz, mit mindestens zwei Kammern, beispielsweise hintereinander arbeitenden Rohren, bei welchen der Strom der heissen Gase in dem einen Rohre, zweckmässig im ersten, in der Richtung hindurchgefÜhrt wird, in welcher das zu behandelnde Material bewegt wird, und im zweiten Rohre bzw. den weiteren Rohren, in der entgegengesetzten Richtung.
Zweck der Erfindung ist es, die Öfen so auszugestalten, dass sie wirtschaftlicher arbeiten als bisher und dass die Materialien während ihrer Behandlung gegen die Gefahr einer Veränderung oder Zersetzung, der sie in den üblichen Öfen durch Einwirkung der Hitze ausgesetzt sind, wirksamer geschützt werden.
Auch soll die Regelung der Behandlung erleichtert werden. Erfindungsgemäss geschieht dies dadurch, dass eine Korrektureinrichtung vorgesehen wird, welche es gestattet, die Betriebs-bzw. Behandlungsbedingungen (Geschwindgkeit der Förderung des Behandlungsgutes, Temperatur desselben oder der Gase usw.) auf Grund einer physikalischen oder chemischen Messung des Behandlungsgutes oder der Gase zu ändern, beispielsweise ein Servomotor, der durch ein die Temperatur des Behandlungsgutes messendes Pyrometer beeinflusst wird und Regulierorgane betätigt, um die Geschwindigkeit der Förderung des Gutes durch den Ofen zu ändern.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Die Fig. 1-3 zeigen schematisch einen Trockenofen im lotrechten Schnitt und die Fig. 4-7 weitere Ausgestaltungen des Ofenrohres.
Der dargestellte Ofen, der z. B. zum Trocknen oder zu anderer Behandlung irgendwelcher mit Feuchtigkeit gesättigter Materialien (z. B. Phosphaten) dienen kann, besteht zumindest aus zwei Rohren. die stabil oder drehbar, horizontal oder geneigt (auch lotrecht), nebeneinander oder übereinander angeordnet sein können. In den Ofenrohren sind Organe untergebracht, die eine ständige Zirkulation des zu behandelnden Materials in der Richtung des Pfeiles 1 herbeiführen. Als solche Organe sind z. B. Transportschnecken (Fig. 6) anwendbar, die z. B. fix gelagert sind, während sich das Ofenrohr dreht. Es kann aber auch die Schraube drehbar und das Rohr stabil oder drehbar angeordnet sein und sich im selben Sinne wie die Schraube oder entgegengesetzt zu ihr drehen.
Wenn die Achsen der Rohre geneigt sind, und die Rohre beispielsweise durch Zahnräder (1 gedreht werden, so bringt man in den Rohren Organe unter, die das Material kräftig durcheinanderrühren. Solche Organe sind insbesondere dann von Vorteil, wenn es sich um eine teigige Masse handelt. Gemäss Fig. 3 dienen als Rührorgane kurze im Innern der Rohre angeordnete Wände e, es sind aber auch Ketten 1n (Fig. 5) anwendbar, die an bestimmten Stellen der Rohre befestigt werden, oder Käfige (Fig. 7), die aus einem Ring nl, einer Scheibe n2 und Verbindungstreben n bestehen.
Das zu behandelnde Material wird an dem einen Ende des einen Rohres a1 eingeführt, am andern Ende wieder aufgefangen und in das zweite Rohr wieder eingeführt. Sind die beiden Rohre übereinander angeordnet, so wird der Transport von einem Rohr in das andere Rohr durch die Schwerkraft besorgt.
Mit den Rohren ist eine Heizanlage vereinigt, um heisse Luft oder Gase zum Trocknen oder Brennen des Materials einzuführen. Die Gase bewegen sich in der Richtung der Pfeile 2 und ziehen in dem einen Rohr, vorteilhaft dem oberen al, in der gleichen Richtung wie das Material, im zweiten Rohr entgegen der Richtung des Materialtransportes. Man kann für beide Rohre eine einzige Heizquelle benutzen, doch ist es zweckmässig, zwei voneinander unabhängige Heizquelle anzuordnen.
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Was die Temperaturen der Gase beim Eintritt in jedes der beiden Rohre betrifft, so werden sie dem zu behandelnden Material angepasst. Zweckmässig ist aber die Temperatur der in das Rohr a1 eintretenden Gase, die sich hier in der gleichen Richtung bewegen wie das Material, höher als die Temperatur der in das Rohr a2 eingefÜhl'ten Gase.
Handelt es sieh beispielsweise um das Trocknen von feuchten Materialien, so hat diese Verschiedenheit der Temperatur zur Folge, dass das Material beim Eintritt in das Rohr al einer hohen Temperatur ausgesetzt wird, so dass der Hauptteil des Wassers rasch zum Entweichen gebracht wird, ohne dass dadurch eine Beeinträchtigung des Materials zu befürchten wäre. weil die Eigentemperatur beim Eintritt in die Rohre al die Verdampfungstemperatur des Wassers nicht wesentlich übersteigen kann. Die Trocknung wird im zweiten Rohr a2 vollendet, aus dem das austretende Gut in einen Sammelkanal fällt.
Soll Gips gebrannt werden, was eine schwierige Operation darstellt, weil die Enthydratisierung nur bis zu einem genau bestimmten Punkt getrieben werden darf, um eine Überhitzung am Ende der Behandlung zu vermeiden, so regelt man die Einströmtemperatur der Gase derart, dass die Mitteltem- peraturen im Innern der beiden Rohre für eine bestimmte Gipsqualität z. B. ungefähr 750"und 350 betragen. Diese Temperaturangaben sind nur ein Beispiel, und sie können in weiten Grenzen je nach der Grösse und der Form der Rohre und dem stündliehen Durchsatz geändert werden.
Die Wirkungsweise eines Ofens gemäss der Erfindung ist folgende :
Der rohe Gips wird in dem oberen (dem heisseren) Rohr rasch auf eine solche Temperatur gebracht. die unmittelbar das Austreiben des grössten Teiles seines Rristallwassers zur Folge hat, ohne dass dabei ein Verbrennen zu befürchten wäre, weil der rohe Gips so viel Wasser enthält, dass diese Wirkung nicht eintreten kann. Auf diese Weise wird sogleich nach dem Eintritt der grösste Teil des Wassers unter ausgezeichnetem thermischem Wirkungsgrad abgeschieden, weil sieh der Vorgang bei einer verhältnismässig hohen Temperatur abspielt.
Das teilweise enthydratisierte Material wird am andern Ende abgezogen und in das untere Rohr eingebracht. wo sieh eine zweite Brennoperation in derselben Weise vollzieht wie im einzigen Rohr des üblichen Ofens, doch besteht der wesentliche Unterschied, dass die Temperatur beim Austritt aus dem unteren Rohr erheblich niedriger ist, so dass ein Verbrennen des Endproduktes beim Austritt aus dem Ofen nicht zu befüreliten ist. Der gebrannte Gips wird gesammelt und gegebenenfalls noch zermahlen, wenn die Vermahlung vor Einführung in den Ofen nicht fein genug war.
Ein anderes Anwendungsgebiet des Ofens gemäss der Erfindung ist das Trocknen und die teilweise Destillation von Holz in kleinen StÜcken für die Fabrikation von Holzkohle, Kohle für Generatoren u. dgl. Eine solche Destillation war bisher immer mit Schwierigkeiten verbunden, weil die Brenntemperatur nach dem Trocknen in sehr engen Grenzen gehalten werden muss. Auch ist es bei der Anwendung der
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Die zweite Phase, gegebenenfalls auch die erste, soll in einer neutralen oder reduzierenden Atmosphäre durchgeführt werden. Zu diesem Zwecke kann man den bereits verwendeten Gasen, zweckmässig jenen, die aus dem zweiten Rohr austreten, jene Menge entnehmen, die notwendig ist. um im Brenner des letzteren die zur Regelung der Temperatur der Brenngase erforderliche Tertiärluft zuzusetzen.
Um die Behandlungsbedingungen im zweiten Rohr in Abhängigkeit von den Feuehtigkeits- änderungen in der ersten Phase regeln zu können, sind nun Korrektionseinrichtungen vorgesehen.
Die Wärmemessapparate (Pyrometer, Thermometer od. dgl., bei der Dstillation von Holz z. B. Hygrometer) werden zwischen zwei Röhren angeordnet, und es wird Vorsorge getroffen, dass die von den Apparaten herrührenden Anzeigen gegebenenfalls selbsttätig auf Organe einwirken, die die Betriebsbedingungen regeln. Man kann so die Temperatur in den Rohren regulieren, indem z. B. die regelnden Organe auf die Menge oder die Temperatur der Heizgase beim Austritt aus den Rohren einwirken oder die Dauer der Behandlung oder auch die Bewegungsriehtung des zur Erhitzung benutzten Gases.
Soll die Behandlungsdauer des Materials in den Rohren selbsttätig nach der Temperatur. die in ihnen herrscht, geregelt werden, so wird eine Korrektionsvorriehtung p angeordnet, die ein Pyrometer enthält, das auf einen Servomotor einwirkt, welcher mit Hilfe von Seilen od. dgl. die Verstellung von Klappen q veranlasst, die entweder an den Enden der Rohre, z. B. den Erweiterungen 1', oder im Innern der Rohre angeordnet sein können, in welchem Falle die Verbindungsmittel zwischen Servomotor und Klappe durch Schutzrohre r1 hindurchgeführt werden. In manchen Fällen kann man die selbsttätige Regelung durch eine Regelung von Hand aus ersetzen die auf Grund der Anzeigen des Pyrometers bewerkstelligt wird.
Der Vorteil, der sich aus der Anwendung der beschriebenen Hilfseinriehtung ergibt, besteht darin. dass man aus einem nicht homogenen Ausgangsmaterial ein durchaus homogenes Endprodukt erhalten kann. weil man in der Lage ist, im Laufe der Behandlung jene Korrekturen durchzuführen, deren Nütz- lichkeit durch die die Prüfung des Materials während der Behandlung ermöglichenden Apparate auf-
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liche Vorteile zu. Es kann der Grad der Trocknung oder sonstigen Behandlung des Materials während des Betriebes durch die erfindungsgemässe Korrektionseinrichtung genauer geregelt werden.
Beim Brennen
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von Gips ist diese Behandlung von besonderer Bedeutung, indem die Möglichkeit gegeben ist, die ver- schiedenartigsten Sorten zu erhalten, groben oder feinen Gips, die Spezialsorten für die Spiegelglas- fabrikation, belgischen Gips, Bildhauergips, wobei für alle Sorten die Abbindungsdauer und die Wider- standfähigkeit den Wünschen des Fabrikanten angepasst werden kann.
Andere Vorteile bestehen darin, dass man bei gleicher Erhitzung die Heizfläche und die Dauer der Behandlung vergrössern bzw. verlängern kann, so dass die Wirtschaftlichkeit der Heizung verbessert wird, indem die Wärme besser ausgenutzt wird als in den bestehenden Trockenofen, und schliesslich dass die Erzeugungskosten des Ofens herabgesetzt werden, weil die Abmessungen des Ofens bei gleicher Stundenleistung kleiner sein können.
Den Gesamtwirkungsgrad des Ofens kann man noch dadurch verbessern, dass man an den Austrittsenden der Rohre Rekuperatorkammern anordnet, wo der grösste Teil der Wärme wiedergewonnen wird.
Die Wiedergewinnung der Wärme kann auf verschiedene Arten durchgeführt werden, z. B. dadurch, dass in Entstaubungskammern Wärmeaustauschflächen angeordnet werden. Man kann auch um die
Rohre eine Luftzirkulationseinrichtung anordnen, in welchem Falle das Verkleiden der Rohre oder
Anordnung eines Wärmeschutzmantels entbehrlich ist.
Der Ofen ist selbstverständlich auch in Fällen anwendbar, wo in eines oder in alle Rohre zwei oder mehrere verschiedene Materialien, sei es gleichzeitig oder nacheinander, eingeführt werden. Man kann ferner die zur Erhitzung verwendeten Gase oder Zusatzluft, z. B. durch Leitungen s (Fig. 3), in das Innere der Rohre einführen.
Der Ofen gemäss der Erfindung ist mit Vorteil auch in der Zementindustrie anwendbar, in welchem
Falle die Materialien in pulverisiertem Zustand in den einen Drehrohrofen eingeführt und in diesem durch entsprechend angeordnete Wasserzuleitungen befeuchtet werden, um die Bildung von Klümpchen herbei- zuführen, bevor die Entsäuerung und die Klinkerbildung vor sich geht.
Wenn es erwünscht ist, dass das Material nach der Behandlung mit sehr niedriger Temperatur austritt, so wird von der beschriebenen Zirkulation abgewichen und Material und Gas im ersten Rohr im
Gegenstrom, im zweiten Rohr im Gleichstrom bewegt.
Der Ofen kann auch mehr als zwei Rohre enthalten, z. B. zwei Rohre, in denen die Zirkulation im Gleichstrom und ein Rohr, in dem die Zirkulation im Gegenstrom vor sich geht. Die beiden ersten
Rohre können dabei parallel oder hintereinander geschaltet sein. Auch kann man die Materialien beim Übertritt von einem Rohr in das andere noch besonderen Behandlungen unterziehen.
In Fällen, wo der Transport des Materials durch den Ofen nicht leicht vor sich geht, z. B. bei der
Behandlung von Holz oder Ton, kann man endlose Ketten vorsehen, die parallel zur Rohrachse angeordnet sind und zum Teil innerhalb, zum Teil ausserhalb der Rohre verlaufen. Gegebenenfalls kann auch eine
Kette genügen, die durch beide Rohre hindurchgeht. Zweckmässig werden an den Kettengliedern
Schaufeln od. dgl. befestigt, die das Material mitnehmen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Ofen zur thermischen Behandlung von Materialien, wie Trocknung, Brennen od. dgl., ins- besondere zum Brennen von Gips, Durchführung chemischer Reaktionen, Koagulationen, Trockendestilla- tion von Holz usw., mit mindestens zwei Kammern, beispielsweise hintereinander arbeitenden Rohren, bei welchen der Strom der heissen Gase in dem einen Rohre, zweckmässig im ersten, in der Richtung hin- durchgeführt wird, in welcher das zu behandelnde Material bewegt wird, und im zweiten Rohre bzw. in den weiteren Rohren in der entgegengesetzten Richtung, gekennzeichnet durch eine Korrektureinrich- tung, welche es gestattet, die Betriebs-bzw.
Behandlungsbedingungen (Geschwindigkeit der Förderung des Behandlungsgutes, Temperatur desselben oder der Gase usw.) auf Grund einer physikalischen oder chemischen Messung des Behandlungsgutes oder der Gase zu ändern, beispielsweise einen Servomotor, der durch ein die Temperatur des Behandlungsgutes messendes Pyrometer beeinflusst wird und Regulier- organe betätigt, um die Geschwindigkeit der Förderung des Gutes durch den Ofen zu ändern.