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Verfahren zur Durchführung beliebiger endothermer Prozesse im Schachtofen, z. B. zum Brennen von Kalk, und Ofen zur Ausübung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft eine Weiterbildung des Verfahrens zur Durchführung beliebiger endothermer Prozesse im Schachtofen, z. B. zum Brennen von Kalk, gemäss Patent Nr. 211214, bei dem das Brenngut in einer ersten Zone vorgewärmt, in der darauffolgenden Zone der unmittelbaren Einwirkung eines Brennstoffes und in einer weiteren Zone einer Abkühlung unterworfen wird.
Das Besondere dieses Verfahrens besteht darin, dass die Kühlzone und-oder die Vorwärmzone von zumindest einem Teil des für den Brennprozess benötigten Wärmeträgers abwechselnd im Gleichstrom und im Gegenstrom durchsetzt wird, so dass der beim üblichen Schachtofen anfallende Wärmeüberschuss in der Vorwärmzone wieder für den Brennprozess nutzbar gemacht wird.
Zum Brennen von Kalk sind u. a. bereits Öfen bekannt, bei denen die Gase die Brennzone quer durchströmen, so dass sie wegen des grösseren Querschnittes einen geringen Widerstand finden, wodurch auch kleines Material, etwa von einer Korngrösse von 10 bis 25 mm, gebrannt werden kann, welches für das Brennen im Gleichstrom nicht in Betracht kommt. Das Querstrombrennen bietet überdies noch den Vorteil, dass das Material sehr gleichmässig gebrannt wird, weil die sich im Ofen einstellenden Temperaturen gleichmässig verteilt sind. Hingegen wurde bisher bei den bekannten Querstromöfen nur geringe Rücksicht auf eine günstige Ausnützung der Wärme genommen, und die aus dem Ofen austretenden Abgase führten beträchtliche Mengen unausgenützter Wärme mit sich.
Zur Vermeidung dieses Nachteiles wurde nun erkannt, dass das erfindungsgemässe Verfahren gemäss dem Stammpatent mit Vorteil auch mit dem Brennen im Querstrom kombiniert werden kann. Erfindungsgemäss wird daher das Brenngut in der Brennzone quer zu seiner Bewegungsrichtung vom Wärmeträger durchsetzt. Dies ermöglicht, dass im Gegensatz zu den bisher bekannten üblichen Querstromöfen verhältnismässig kaltes Abgas, z. B. von etwa 750 C, den Ofen verlässt und auch bereits abgekühltes Brenngut aus dem Ofen gezogen werden kann.
Die Erfindung wird nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei die Fig. 1 und 2 einen Doppelschachtofen in zwei verschiedenen Schnitten zeigen. Fig. 1 ist ein Schnitt nach der Linie C-D in Fig.-. ; Fig. 2 ein Schnitt mach der Linie A - B in Fig. 1. Die Fig. 3 zeigt schematisch einen aus einer Anzahl von im Kreis angeordneten Schächten bestehenden Ofen, wobei der Deutlichkeit halber alle Schächte in der Zeichnungsebene veranschaulicht sind. Der Schachtofen gemäss der Fig. 1 und 2 be- steht aus zwei Schächten 1, 2, die durch eine Übertrittsöffnung 3 miteinander verbunden sind.
Die Schäch- te weisen wie beim Ofen gemäss dem Stammpatent eine Vorwärmzone V, eine Brennzone B und eine Kühlzone K auf und sind oben mit einer gemeinsamen Zufuhrvorrichtung 4 für das Brenngut, einer Zufuhreinrichtung 5 für die von Gebläsen kommende Primärluft und einem Abzugskamin 6 versehen. Am Fuss der Schächte 1, 2 befindet sich eine Austragvorrichtung 7 beliebiger Bauart für das gebrannte Gut und eine Einlassöffnung für die von unten zugeführte Sekundärluft. Jeder der Schächte ist am unteren Ende der Vorwärmzone V mit einem Gewölbe 8 versehen, welches den Schacht diametral durchsetzt.
Die oben durch die Vorrichtung 5 eintretende Primärluft umströmt das Gewölbe 8 (Fig. 1) und tritt über den unterhalb des Gewölbes 8 liegenden freien Raum 9 in einen von einem Gewölbe 10 gebildeten vertikalen Kanal 11 ein, der sich ebenfalls diametral im Ofenschacht erstreckt. Am unteren Ende dieses Kanals 11 sind
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Brenner 12 angeordnet, so dass sich die abwärts strömende Primärluft mit dem flüssig, gas-oder staubförmig zugeführten Brennstoff vereinigen kann. Etwa in gleicher Höhe wie die Brenner 12 sind an der Schachtwandung Gewölbe 13 angeordnet, die mit der Schachtwandung vertikale Kanäle 14 bilden. Wie der Zeichnung zu entnehmen ist, können beispielsweise drei solche Gewölbe 13 vorgesehen sein, wobei in der Mitte des Schachtes eine entsprechende Anzahl von weiteren Gewölben 15 und 16 liegen.
Die Gewölbe 16 liegen im dargestellten Beispiel in Höhe der Verbindungsöffnung 3 zum andern Schacht. Unterhalb jedes Gewölbes 13 sind Öffnungen vorgesehen, die zu den seitlich gelegenen vertikalen Kanälen 14 führen. Der Ofenschacht ist im Bereich der Kühlzone trichterförmig ausgebildet. Im übrigen sind die beiden parallel nebeneinander angeordneten Ofenschächte 1 und 2 völlig gleich, wobei ausser den gemeinsam men Ein- und Austragsöffnungen 4,5, 7, am oberen und unteren Ende auch eine gemeinsame Ummantelung vorgesehen ist.
Die Wirkungsweise des Brennofens gemäss der Erfindung ist die folgende : Die Primärluft tritt nachdem Durchströmen der Vorwärmzone unterhalb des Gewölbes 8 in den Kanal 11 ein und vereinigt sich am unteren Ende dieses Kanals mit dem hier zugeführten Brennstoff. Die entstandenen Feuergase durchsetzen das Brenngut in Querrichtung und gelangen zu den randseitigen vertikalen Kanälen 14, in denen sie nach unten strömen. Wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, wird den Feuergasen beim Strömen in der Quenchtung ein sehrgrosser Querschnitt dargeboten, der jedenfalls grösser als jener in vertikaler Richtung ist. Nur ein geringer Teil der Feuergase strömt wegen des höheren Widerstandes direkt unter das Gewölbe 15, wogegen der grösste Teil den kürzesten Weg quer durch die Materialsäule zu den Gewölben 13 nimmt.
Soweit die Verbrennung des Brennstoffes mit der Primärluft nicht bereits beim Durchgang vom Gewölbe 10 zum Gewölbe 13 erfolgt ist, wobei Wärme an das Brenngut abgegeben wurde, geschieht die Restverbren- nung-soweit ausreichend Primärluft zur Verfügung steht-in den vertikalen Kanälen oder Brennschäch- ten 14, in denen die Brenngase mittels Zusatzbrenner 17 aufgeheizt werden, um bei abermaligem Durchströmen der Materialsäule zu den Gewölben 15 und 16 hin den Brennprozess weiter forzusetzen.
Während dieses Vorganges strömt im Gegenstrom von unten in den Ofenschacht Sekundärluft ein, welche den kürzesten Weg zum Gewölbe 16 nimmt. Der von oben mit der Primärluft noch mitgeführte Restbrennstoff verbindet sich nun mit der Sekundärluft und entwickelt abermals Wärme. Die auf diese Art aufgeheizten Gase strömen durch den Verbiadungsschacht 3 in den benachbarten Ofenschacht 2, vereinigen sich hier gegebenenfalls mit in diesem Schacht zugeführter Sekundärluft und durchsetzen nunmehr wiederum im Querstrom die Materialsäule. Wie erwähnt, wird das Strömen in Querrichtung dadurch bewirkt, dass den Gasen in dieser Richtung ein geringerer Widerstand als in vertikaler Richtung dargeboten wird.
Unterhalb des Gewölbes 8 treten die Heizgase in die Vorwärmzone V des zweiten Schachtes 2 ein und heizen das frisch zugeführte Brenngut soweit auf, dass dieses bis zur Reaktionstemperatur vorgewärmt wird. Überdies wird noch soviel Wärme gespeichert, als nach dem Umschalten zum Vorwärmen der von oben kommenden Primärluft auf Reaktionstemperatur erforderlich ist.
Es ist ohne weiteres denkbar, die Gewölbe 8 und 10 wegzulassen und den Brennstoff unmittelbar in die seitlichen vertikalen Verbrennungsschächte 14 einzubringen, wozu die bereits erwähnten Brenner 17 dienen können. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass die heissen Feuergase auch auf den gegebenenfalls schon fertiggebrannten Kalk einwirken, was zu schärfere Brande führt. In diesem Falle könnte jedoch ohne Verschlechterung des thermischen Wirkungsgrades aus einem Schacht kaltes Abgas abgezogen und zusammen mit Brennstoff und Luft, die als sauerstoffarme Primärluft anzusehen ist, eingeblasen werden. Auf diese Weise käme es zu keinem Überbrennen des Brenngutes.
Da das Ziel sowohl der Erfindung nach dem Stammpatent als auch nach dem vorliegenden Zusatzpatent darin besteht, dass einerseits nur kaltes Abgas den Ofen verlässt, anderseits kaltes gebranntes Gut gezogen wird, erfolgt die Umschaltung des Ofens in jenem Augenblick, in dem das Abgas zu heiss zu werden beginnt, wenn also das in der Vorwärmzone aufgeheizte Material keine weitere Wärme mehr zu binden vermag, so dass nunmehr die Primärluft dem Schacht 2 zugeführt wird und das Abgas den Ofen über den Schacht 1 verlässt.
Ein beiden Schächten gemeinsamer, drehbarer Gichtverschluss gestattet es, alternierend den einen Schacht von oben mit Primärluft zu versorgen, aus dem andern Schacht die Abgase abzuziehen und neues Brenngut in den Schacht einzubringen. Am Ofenfuss hat jeder Schacht eine Abziehvorrichtung 7 Ubli- cher Bauart, mit der das Brenngut entweder laufend aus dem Sammeltrichter abgezogen wird, oder aus dem Sammeltrichter mittels einfachen Klappverschlusses während des periodischen Umschaltens ausgetra- gen wird.
In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schachtofens dargestellt, der zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeignet ist. Bei diesem Schachtofen sind mehrere Schächte, insgesamt
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neun, ringförmig zusammengeschlossen u. zw. so, dass jeder Schacht für sich eine Vorwärm-und eine Kühlzone (V-K) besitzt, alle Schächte zusammen jedoch eine gemeinsame Brennzone B haben. Der ringförmige Gichtverschluss 18 ist so angeordnet, dass in einem oder mehreren Schächten, z. B. in den Schachtten IV, V und VI Primärluft aufgegeben wird. Im Bereich dieser Schächte wird an der Übergangsstelle von der Vorwärmzone Vin die Brennzone B der Brennstoff aufgegeben, z. B. zwischen den Schächten IV und V bzw. V und VI.
Einer oder mehrere Schächte sind mit dem Kamin 19 verbunden, so dass durch sie das Abgas nach aussen geführtwird. Gleichzeitig erfolgt in diesen Schächten die Begichtung mit frischem Brenngut. Im gezeichneten Beispiel sind die Schächte I, U, VMundIX mit dem Kamin 19 verbunden. Die Sekundärluft wird am Ofenfuss eingeblasen, vorteilhaft in einen oder in mehrere Schächte, in welchen gleichzeitig auch die Primärluft aufgegeben wird, z. B. in den Schacht 5.
Der Brennprozess verläuft nun so, dass sich die Primärluft mit dem durch Brenner 20 eingeführten z. B. gasförmigen Brennstoff vermischt und nach unten und nach beiden Seiten abströmt, da ihr kein anderer Weg bleibt. Die Sekundärluft strömt etwas tiefer parallel dazu, nachdem sie die Kühlzone K des betreffenden Schachtes vertikal im Gegenstrom durchsetzt hat. Während des horizontalen Durchströmens der Brennzone erfolgt die restlose Verbrennung des Brennstoffes mit der zugeführten Primär- und Sekundärluft, wobei die Abgase die jeweils mit dem Kamin verbundenen Schächte durch die Vorwärmzone verlassen.
Periodisch wird nun der Gichtverschluss weiter gedreht, so dass in der nächsten Brennperiode die Schächte ll, IV und V mit Primärluft beaufschlagt werden, zwischen welchen Schächten der Brennstoff einströmt.
Nunmehr sind die Schächte I, VII bzw. VIII und IX mit dem Kamin verbunden. Die Sekundärluft strömt in dieser Brennperiode in den Schacht IV ein.
Um die Strecke von den Schächten, in welchen Primärluft eingeblasen wird, und jenen Schächten, aus welchen die Abgase abgezogen werden, zu vergrössern, können noch Zwischenschächte, z. B. III, VII, eingesetzt sein, deren Ofengicht und Ofenfuss verschlossen ist.
Auf diese Weise kann mit einem Ofen der dargestellten Art das im Stammpatent angegebene erfindungsgemässe Prinzip unter beträchtlicher Einsparung von Wärme zur Ausführung gelangen, wobei auch Brenngut von geringer Korngrösse mit Vorteil gebrannt werden kann. Auch bei diesem Ofen wird nur soviel Sekundärluft eingeblasen, als zur Kühlung des Brenngutes unbedingt erforderlich ist. Der Rest an Verbrennungsluft und gegebenenfalls überschüssige Luft wird hingegen an der Gicht eingeblasen, so dass der grösste Teil der Wärmemenge, welche bei den bisherigen Brennverfahren durch den Kamin verlorenging, im Brenngut gespeichert und in die Brennzone wieder zurückgeführt wird. Sowohl die Abgase als auch das Brenngut verlassen den Ofen in kaltem Zustand.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Durchführung beliebiger endothermer Prozesse im Schachtofen, z. B. zum Brennen von Kalk, nach Patent Nr. 211214, wobei das Brenngut in einer ersten Zone vorgewärmt, in einer darauffolgenden Zone der unmittelbaren Einwirkung eines Brennstoffes und in einer weiteren Zone einer Abkühlung in der Weise unterworfen wird, dass die Kühlzone (K) und-oder die Vorwärmzone (V) von zumindest einem Teil des für den Brennprözess benötigten Wärmeträgers abwechselnd im Gleichstrom und im Gegenstrom durchsetztwird, so dass der beim üblichen Schachtofen anfallende Wärmeüberschuss in der Vorwärm- zone wieder für den Brennprozess nutzbar gemacht wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Brenngut in der Brennzone (B) quer zu seiner Bewegungsrichtung vom Wärmeträger durchsetzt wird.
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Process for carrying out any endothermic processes in the shaft furnace, e.g. B. for burning lime, and furnace for carrying out the process
The invention relates to a development of the method for performing any endothermic processes in the shaft furnace, for. B. for burning lime, according to patent no. 211214, in which the material to be fired is preheated in a first zone, is subjected to the direct action of a fuel in the following zone and is subjected to cooling in a further zone.
The special feature of this process is that the cooling zone and / or the preheating zone is penetrated by at least part of the heat transfer medium required for the firing process, alternately in cocurrent and countercurrent, so that the excess heat that occurs in conventional shaft furnaces can be used again for the firing process is made.
For burning lime are u. a. Ovens are already known in which the gases flow through the combustion zone across, so that they find a low resistance because of the larger cross-section, whereby even small material, e.g. with a grain size of 10 to 25 mm, can be burned, which is for burning in direct current is out of the question. Cross-flow firing also has the advantage that the material is fired very evenly because the temperatures that are established in the furnace are evenly distributed. In contrast, in the known cross-flow furnaces, little consideration has been given to the beneficial use of heat, and the exhaust gases emerging from the furnace carried considerable amounts of unused heat with them.
To avoid this disadvantage, it has now been recognized that the method according to the invention according to the parent patent can advantageously also be combined with the burning in the cross flow. According to the invention, the heat transfer medium penetrates the material to be fired in the firing zone transversely to its direction of movement. This allows that, in contrast to the conventional cross-flow ovens known so far, relatively cold exhaust gas, e.g. B. of about 750 C, leaves the furnace and already cooled items can be pulled out of the furnace.
The invention is explained in more detail below using two exemplary embodiments, FIGS. 1 and 2 showing a double-shaft furnace in two different sections. Fig. 1 is a section on the line C-D in Fig.-. ; 2 shows a section along the line A - B in FIG. 1. FIG. 3 shows schematically a furnace consisting of a number of shafts arranged in a circle, all shafts being illustrated in the plane of the drawing for the sake of clarity. The shaft furnace according to FIGS. 1 and 2 consists of two shafts 1, 2, which are connected to one another by an overflow opening 3.
As with the furnace according to the parent patent, the shafts have a preheating zone V, a firing zone B and a cooling zone K and are provided at the top with a common feed device 4 for the material to be fired, a feed device 5 for the primary air coming from the fans and an exhaust chimney 6. At the foot of the shafts 1, 2 there is a discharge device 7 of any type for the fired material and an inlet opening for the secondary air supplied from below. Each of the shafts is provided at the lower end of the preheating zone V with a vault 8 which diametrically penetrates the shaft.
The primary air entering above through the device 5 flows around the vault 8 (FIG. 1) and enters a vertical channel 11 formed by a vault 10 via the free space 9 below the vault 8, which also extends diametrically in the furnace shaft. At the lower end of this channel 11 are
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Burner 12 is arranged so that the downwardly flowing primary air can combine with the fuel supplied in liquid, gas or dust form. Vaults 13 are arranged on the shaft wall at approximately the same height as the burners 12 and form vertical channels 14 with the shaft wall. As can be seen from the drawing, three such vaults 13 can be provided, for example, with a corresponding number of further vaults 15 and 16 in the center of the shaft.
In the example shown, the vaults 16 are at the level of the connecting opening 3 to the other shaft. Openings are provided below each vault 13, which lead to the laterally located vertical channels 14. The furnace shaft is funnel-shaped in the area of the cooling zone. In addition, the two furnace shafts 1 and 2, which are arranged parallel to one another, are completely identical, with a common casing being provided in addition to the common men entry and discharge openings 4, 5, 7, at the upper and lower ends.
The operation of the kiln according to the invention is as follows: After flowing through the preheating zone below the vault 8, the primary air enters the channel 11 and unites at the lower end of this channel with the fuel supplied here. The resulting fire gases penetrate the material to be fired in the transverse direction and reach the vertical channels 14 on the edge, in which they flow downwards. As can be seen from the drawing, the fire gases are presented with a very large cross-section when flowing in the quenching, which is in any case larger than that in the vertical direction. Because of the higher resistance, only a small part of the fire gases flows directly under the vault 15, whereas the majority takes the shortest path across the material column to the vault 13.
If the combustion of the fuel with the primary air has not already taken place during the passage from the vault 10 to the vault 13, with heat being given off to the material to be fired, the remaining combustion takes place in the vertical channels or combustion shafts, provided that sufficient primary air is available 14, in which the combustion gases are heated up by means of an additional burner 17 in order to continue the burning process when the material column flows through again to the vaults 15 and 16.
During this process, secondary air flows in countercurrent from below into the furnace shaft and takes the shortest route to the vault 16. The residual fuel that is still carried along with the primary air from above now combines with the secondary air and generates heat again. The gases heated in this way flow through the connection shaft 3 into the adjacent furnace shaft 2, combine here with the secondary air supplied in this shaft and then again cross-flow through the material column. As mentioned, the flow in the transverse direction is caused by the fact that the gases are presented with a lower resistance in this direction than in the vertical direction.
Below the vault 8, the heating gases enter the preheating zone V of the second shaft 2 and heat the freshly fed firing material to such an extent that it is preheated to the reaction temperature. In addition, as much heat is stored as is required after switching over to preheat the primary air coming from above to the reaction temperature.
It is easily conceivable to omit the vaults 8 and 10 and to introduce the fuel directly into the lateral vertical combustion shafts 14, for which the aforementioned burners 17 can serve. However, this method has the disadvantage that the hot fire gases also act on the lime that may have already been burned, which leads to sharper fires. In this case, however, cold exhaust gas could be withdrawn from a shaft without deterioration of the thermal efficiency and blown in together with fuel and air, which is to be regarded as low-oxygen primary air. In this way there would be no overburning of the material.
Since the aim of the invention according to the parent patent as well as according to the present additional patent is that on the one hand only cold exhaust gas leaves the furnace and on the other hand cold burned material is drawn, the furnace is switched over at the moment when the exhaust gas is too hot begins when the material heated in the preheating zone is no longer able to bind any more heat, so that the primary air is now fed to the duct 2 and the exhaust gas leaves the furnace via the duct 1.
A rotatable top seal shared by both shafts allows alternating supply of primary air to one shaft from above, exhaust gases from the other shaft and new items to be fired into the shaft. At the foot of the furnace, each shaft has a pulling device 7 of the usual design, with which the material to be fired is either continuously withdrawn from the collecting funnel or is removed from the collecting funnel by means of a simple flap lock during periodic switching.
In Fig. 3, a further embodiment of a shaft furnace is shown, which is suitable for carrying out the method according to the invention. This shaft furnace has several shafts in total
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nine, joined together in a ring and so that each shaft has a preheating and a cooling zone (V-K), but all shafts together have a common burning zone B. The annular top seal 18 is arranged so that in one or more shafts, e.g. B. in the shafts IV, V and VI primary air is abandoned. In the area of these shafts, the fuel zone B is given up at the transition point from the preheating zone Vin, e.g. B. between the shafts IV and V or V and VI.
One or more ducts are connected to the chimney 19 so that the exhaust gas is led to the outside through them. At the same time, fresh material to be fired is fed into these shafts. In the example shown, the shafts I, U, VM and IX are connected to the chimney 19. The secondary air is blown in at the base of the furnace, advantageously into one or more shafts, into which the primary air is also applied at the same time, e.g. B. in shaft 5.
The combustion process now proceeds in such a way that the primary air with the introduced by burner 20 z. B. mixed gaseous fuel and flows down and to both sides, since you have no other way. The secondary air flows a little deeper in parallel after it has passed through the cooling zone K of the relevant shaft vertically in countercurrent. During the horizontal flow through the combustion zone, the fuel is completely burned with the primary and secondary air supplied, with the exhaust gases leaving the shafts connected to the chimney through the preheating zone.
The top closure is now periodically turned further, so that in the next burning period the shafts II, IV and V are supplied with primary air, between which shafts the fuel flows.
The shafts I, VII or VIII and IX are now connected to the chimney. The secondary air flows into shaft IV during this burning period.
In order to increase the distance from the ducts into which primary air is blown and those ducts from which the exhaust gases are drawn off, intermediate ducts, e.g. B. III, VII, be used, the furnace top and furnace foot is closed.
In this way, with a furnace of the type shown, the principle according to the invention specified in the parent patent can be implemented with considerable savings in heat, with items of small grain size also being able to be fired with advantage. In this furnace, too, only as much secondary air is blown in as is absolutely necessary to cool the material to be fired. The rest of the combustion air and any excess air, however, is blown in at the top, so that the majority of the amount of heat that was lost through the chimney in previous combustion processes is stored in the material and returned to the combustion zone. Both the exhaust gases and the items to be fired leave the furnace in a cold state.
PATENT CLAIMS: 1. Process for carrying out any endothermic processes in the shaft furnace, e.g. B. for burning lime, according to patent no. 211214, whereby the material to be fired is preheated in a first zone, is subjected to the direct action of a fuel in a subsequent zone and is subjected to cooling in a further zone in such a way that the cooling zone (K) and / or the preheating zone (V) is penetrated by at least part of the heat transfer medium required for the firing process, alternately in cocurrent and countercurrent, so that the excess heat that occurs in conventional shaft furnaces is made usable again for the firing process in the preheating zone, characterized in that that the firing material in the firing zone (B) is penetrated by the heat carrier transversely to its direction of movement.