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Vorrichtung zum Brennen, Rösten, Sintern von staub- oder griesförmigem Gut in der Schwebe und Verfahren zum Betrieb dieser Vorrichtung
In allen den Fällen, in denen Gut, das einer Wärmebehandlung zu unterwerfen ist, staubförmige oder feinkörnige Gestalt hat, ist es erwünscht, das Gut in dieser Gestalt der Wärmebehandlung zu unterziehen, also ihm nicht vor der Wärmebehandlung erst eine andere Gestalt zu geben, es zu grösseren Körnern zu granulieren u. dgl.
Man hat daher schon mehrfach vorgeschlagen, Zementrohmehl, Erzstaub und verschiedene chemi- sche Stoffe in der Schwebe zu brennen, indem man z. B. diese Stoffe während ihres freien Falles durch entgegenströmende heisse Gase der Wärmebehandlung unterzog. Eine so durchgeführte Wärmebehandlung erfordert jedoch sehr geringe Gasgeschwindigkeiten (damit das Gut nicht von den Gasen mitgerissen wird) und daher entsprechend grosse Wärmebehandlungsräume.
Man hat auch weiterhin schon vorgeschlagen, das feinkörnige Gut einem schnell fliessenden Gasstrom beizumischen. Gut und Gas flossen dann im Gleichstrom, das Gut wurde während dieses Fliessens der Wärmebehandlung unterzogen und anschliessend wurden die beiden Stoffe in einem dahintergeschalteten Zyklon od. dgl. wieder getrennt. Dieses Verfahren arbeitet mit grossen Gasgeschwindigkeiten, erfordert daher nur verhältnismässig kleine Abmessungen der Wärmebehandlungseinrichtung, aber das Gleichstromverfahren hat bekanntlich, wärmewirtschaftlich gesehen, einen sehr schlechten Wirkungsgrad. Um diesem Nachteil wenigstens teilweise abzuhelfen, hat man auch schon vorgeschlagen, mehrere solcher Aggregate einschliesslich der zugehörigen Zyklone hintereinanderzuschalten.
Abgesehen davon jedoch, dass ein erträglicher wärmewirtschaftlicher Wirkungsgrad nur bei Hintereinanderschaltung einer grösseren Anzahl solcher Aggregate zu erwarten ist, wächst damit gleichzeitig der Platzbedarf für die Wärmebehandlungsvorrichtung, so dass der Hauptvorteil der kleinen Abmessungen der Vorrichtung wieder verloren geht.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gesetzt, eine Vorrichtung zu schaffen, in der das staub- oder feinkörnige Gut im Gegenstrom von heissen Gasen der Wärmebehandlung unterworfen wird, wobei gleichzeitig das Gas mit grosser Geschwindigkeit strömt.
Die Vorrichtung nach der Erfindung besteht aus einer vorzugsweise schmalen zylindrischen Kammer.
Am Umfang des Zylinders wird kalte oder bereits vorgewärmte Luft oder ein anderes Behandlungsgas tangential eingeblasen und fliesst in Spiralen der axial angeordneten Gasaustrittsöffnung zu. Das Gut wird in der Nähe des Gasaustrittes aufgegeben und sofort von den Gasen in kreisende Bewegung versetzt. Gleichzeitig gelangt dabei das Gut unter die Einwirkung der Zentrifugalkraft und legt daher einen spiralförmigen Weg in Richtung auf die Zylinderwandung der Wärmeaustauschkammer zurück. In dieser Zylinderwandung sind die Gutaustragsöffnungen angebracht.
Durch Wahl der Grösse der Gaseintritts- und Gasaustrittsöffnungen sowie der Gaseintrittsgeschwindigkeit hat man es weitgehend in der Hand, die Geschwindigkeit des kreisenden Gasstromes im Innern der zylindrischen Kammer zu beeinflussen. Bei einer verhältnismässig kleinen Gasaustrittsöffnung z. B. wird das Gas gezwungen, in dieser schneller zu strömen (bei gleichzeitiger Erhöhung des Druckes in der Kammer). In der der Gasaustrittsöffnung benachbarten Zone der Kammer wird dann selbstverständlich die Gasgeschwindigkeit ebenfalls steigen, was wieder zur Folge hat, dass hier die auf das Gut wirkenden Zentrifugalkräfte grösser werden.
Mit steigender Kornfeinheit des zu behandelnden Gutes muss die Gaseintritts-
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und-austrittsgeschwindigkeit grösser gewählt werden, damit die der Zentrifugalkraft entgegenwirkenden
Reibungskräfte des Gutes im Gas diese nicht übersteigen und das Gut nicht von den ausströmenden Gasen mitgerissen wird.
Etwa halbweg zwischen dem Umfang der Kammer und ihrer axialen Gasaustrittsöffnung sind an den
Stirnseiten der zylindrischen Kammer weitere Öffnungen angebracht, durch die der Brennstoff (meist zu- sammen mit Primärluft) oder auch ein zweites Behandlungsgas in Richtung der kreisenden Gase eingeführt wird, die kreisende Strömung dabei fördernd.
Die höchste Temperatur (Brenn-, Sintertemperatur) in der Kammer herrscht dort, wo der Brennstoff eingeführt wird. Nach der Gasaustrittsöffnung zu nimmt die Temperatur ab, da das Gas laufend mit neu- em, kalten oder vorgewärmten Gut in Berührung kommt, dieses allmählich in der Temperatur steigernd.
Von der Zone der höchsten Temperatur nach dem Umfang der Kammer zu nimmt die Gastemperatur ebenfalls ab, hier wird die Luft bzw. das Gas von dem bereits behandelten heissen Gut erhitzt bzw. das
Gut abgekühlt. Vom Kammerumfang bis zu den Brennstoffeinführungsstellen (Brennern) erstreckt sich also die Kühlzone, im Bereich der Brenner die Brennzone und weiter nach der Mitte der Kammer zu die Vor- wärmzone.
Es ist zweckmässig, die Brenner so auszubilden und soviel Erstluft zusammen mit dem Brenn- stoff zuzuführen, dass die Zündung des Brennstoffès bereits vor seinem Eintritt in die Kammer erfolgt.
Falls es sich um ein Gut handelt, das z. B. bei Sintertemperatur zum Kleben neigt, sind trotzdem
Anbackungen an den Wandungen der Kammer nicht zu fürchten, denn mit der zylindrischen Wandung kommt nur bereits gekühltes Gut in Berührung. An den Stirnwänden im Bereich der höchsten Temperatur aber kommt das Gut mit der Wandung nicht in Berührung, da es infolge der axialen Strömungskomponente der Brenngase von den Wandungen abgedrängt wird.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsheispiele der Vorrichtung nach der Erfindung dargestellt. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der Kammer von der Stirnseite aus mit eingezeichneten Pfeilen, die den Weg von Gas und Gut andeuten ; Fig. 2 zeigt einen senkrechten Schnitt durch die Kammer, wobei die
Zylinderachse in der Schnittebene liegt, Fig. 3 zeigt den gleichen Schnitt bei einer geänderten Ausführungsform.
Der Weg der tangential eingeführten Luft vom Umfang der zylindrischen Kammer zum zentralen
Gasaustritt ist durch den Pfeil l angedeutet, der Weg des Gutes durch den gestrichelten Pfeil 2, der Weg des Brennstoffes durch den strichpunktierten Pfeil 3.
Mit 4 (Fig. 1) ist die zylindrische Aussenwand der Kammer bezeichnet, mit 5 die Gasaustrittsöffnung, die ein-oder beidseitig in den zylindrischen Aussenwandungen 6 (Fig. 2) der Kammer angebracht ist.
7 sind die tangential gerichteten Gas. bzw. Lufteintrittsöffnungen am Umfang der zylindrischen Kammer.
8 ist die Gutaustrittsöffhung.
Die zylindrische Kammer nach der Erfindung kann beliebig im Raum angeordnet werden. Bevorzugt wird jedoch eine Ausführungsform mit waagrechter Zylinderachse. Im letzteren Falle ist es zweckmässig, die Gutaustragöffnung am tiefstgelegenen Punkt der Kammer anzubringen. Auf diese Weise gelingt die Gutaustragung besonders reibungslos.
Die Kammer hat vorzugsweise die Form eines schmalen Zylinders (Fig. 2), d. h. die Erstreckung in Richtung der Zylinderachse ist in den meisten Anwendungsfällen weit geringer als die in Richtung des Zylinderdurchmessers. Die obere Grenze von Breite zu Durchmesser der Kammer beträgt maximal l. Denn bei einem Verhältnis oberhalb 1 treten unüberwindliche Schwierigkeiten in der Zufuhr und gleichmässigen Verteilung der zu behandelnden Feststoffe und in der Ableitung der behandelnden Gase auf. Der untere Verhältniswert ist im wesentlichen lediglich durch die Dicke der sich an den Seitenwänden der Kammer ausbildenden Grenzschicht der strömenden Gase begrenzt. Die Dicke der Grenzschicht wird wieder stark von der jeweiligen Zähigkeit der Behandlungsgase beeinflusst.
Die Stirnseiten können auch nach der Zylinderachse zu leicht kegelig (Fig. 3) oder gewölbt sein.
Die Brenner 9, die an den Stirnseiten der zylindrischen Kammer angebracht sind, sind im gleichen Sinne wie der kreisende Luft- bzw. Gasstrom tangential gerichtet. Die Guteinbringvorrichtung 10 für das staub- oder griesförmige Gut ist in der Nähe der Gasaustrittsöffnungen angebracht. Sie kann z. B. aus einem axial angeordneten Rohr bestehen, das im Innern der Kammer abgebogen ist. Das Gut wird dann mit Hilfe von Luft od. dgl. eingeblasen.
Die Relativbewegung von Gut und Gas entspricht bei der Vorrichtung nach der Erfindung dem Radius der zylindrischen Kammer, sie ist also nur relativ gering, aber durch die gleichzeitige kreisende Bewegung der beiden Medien wird erreicht, dass die Behandlungsdauer erheblich ist. Ausserdem entstehen durch die Bewegung der einzelnen Gutkömer quer zum Gasstrom örtliche Wirbelbewegungen in diesem, die ausreichen, um eine intensive, die Wärmeübertragung fördernde Umspülung der Gutkörner zu erreichen.