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Die Erfindung betrifft ein Verteilungssystem für strömende Medien in einem schachtförmigen Behälter, wobei im Behälter mehrere sich von Wand zu Wand erstreckende Verteiler für unter Druck zugeführtes Medium im Abstand voneinander vorgesehen sind, die gegenüberliegende Reihen von Austrittsöffnungen für das Medium aufweisen, deren Summenquerschnitt wesentlich kleiner ist als der Querschnitt des Verteilers.
Bei derartigen Einrichtungen wird beispielsweise gebrochenes Gestein von verschiedenen Korngrössen dem Oberteil des Ofens aufgegeben und mit heissen Verbrennungsgasen behandelt, um eine Veränderung im Gestein hervorzurufen. Bei andern Einrichtungen können die gewünschten Reaktionen entweder bei niederen oder hohen Temperaturen stattfinden und müssen nicht das Ergebnis einer Behandlung mit Verbrennungsgasen sein. Einige Prozesse beinhalten eine Verbrennung eines Brennstoffes im Gesteinsbett, z. B. das Brennen von Kalk. Während das körnige Material sich durch den Ofen bewegt, tritt bis zu einem gewissen Grad, beginnend von der Aufgabe des Materials in den Ofen, eine Aussonderung auf, welche eine gleichmässige Verteilung von Teilchen über den Ofenquerschnitt verhindert.
Wenn diese Aussonderung auftritt, werden in einem Abschnitt des Ofens grössere Körnungen vorherrschen und in andern Abschnitten des Ofens kleinere Korngrössen. Gröbere Körnungen erlauben einen leichteren Durchfluss des Behandlungsmediums bzw. Durchsatz desselben auf Grund von Zwischenräumen zwischen den gröberen Körnern und, im Gegensatz dazu, setzt das Vorherrschen von kleineren Körnungen den Mediumstrom durch die Masse der Teilchen herab. Eine solche Aussonderung ergibt daher im allgemeinen eine Kanalbildung und einen ungleichmässigen Mediumstrom durch die Feststoffe im Ofen.
Wo die Zeitdauer des Kontaktes des Mediums mit einem körnigen Material kritisch ist, es also wesentlich auf diese Zeit ankommt, kann ein solcher nicht einheitlicher Mediumstrom auf Grund von Kanalbildung usw. dazu führen, dass nicht genug Zeit gegeben ist, um die Teilchen vollständig zu behandeln, wobei der Kern in den grösseren Teilchen unbehandelt bleibt. Auf der andern Seite können kleinere Teilchen zu lange mit dem Medium in Kontakt bleiben, wobei die Reaktion zu weit geht und bei verschiedenen Typen von Verfahren Überbrennung auftritt. In verschiedenen Fällen hat die Aussonderung einen höheren Prozentsatz von grösseren Teilchen im Bereich der Ofenwand zur Folge, wobei ein schnellerer Mediumstrom durch die freien Räume entlang der Wand ermöglicht wird, was die ungleichförmige Behandlung der Teilchen im Ofen zur Folge hat.
Zur Erzielung eines gleichmässigen Mediumstromes sind bereits verschiedene Vorschläge gemacht worden.
Bei einem Kalkofen ist es so bereits bekanntgeworden, den senkrechten Ofenschacht mit rechteckigem Querschnitt durch senkrechte Zwischenwände zu unterteilen, wobei in diesen Zwischenwänden horizontale Gaszüge angeordnet sind, die jeweils durch horizontale Reihen von im gleichen Abstand voneinander angeordneten Austrittsöffnungen mit dem Ofeninnenraum verbunden sind. Dabei kann der wirksame Querschnitt dieser Austrittsöffnungen durch in den Gaszügen bewegliche Schieber verändert werden. Diese Schieber müssen dabei von ausserhalb des Ofens, beispielsweise mittels Hakenstangen, verstellt werden.
Durch Verstellen des wirksamen Querschnittes der Austrittsöffnungen von ausserhalb des Ofens, wie dies bei der bekannten Schachtofenkonstruktion für einen rechteckigen Ofenschacht durchgeführt wird, kann aber den obengenannten Problemen, insbesondere bei Anwendung dieses Regelprinzips auf öfen mit zylindrischem Schacht, nicht entsprechend Rechnung getragen werden. Insbesondere ist hier die Gefahr des überbrennen und der Klinkerbildung bei zu grosser Einstellung des Querschnittes der einzelnen Austrittsöffnungen gegeben. Die notwendige Feinregelung der wirksamen Querschnitte ist aber nicht durchführbar.
Bei einer weiterhin bekannten Vorrichtung zum Brennen von Kalk ist je ein Paar von Verteilern in mehreren Höhen in einem Ofen vorgesehen. Jeder Verteiler weist eine Serie von Rohren auf, deren jedes in mehreren Auslässen im Ofen endet, und wobei jede der Rohrserien für sich gesteuert wird. Der Zweck dieser Anordnung ist es, eine gleichmässige Verteilung von Brennstoff über die Länge des Verteilers im Ofen zu erreichen. Diese Anordnung hat jedoch nur bei sehr kleinem Querschnitt und sehr hohem Ofen, u. zw. in der Grössenordnung von 1 m2 Querschnitt gegenüber einer Ofenhöhe von 15 m, befriedigende Ergebnisse gebracht.
Bei rohrförmigen Verteilern für Verbrennungsmedium wurde weiterhin bereits vorgeschlagen, keramische und Feuerfestmaterialien einzusetzen. In andern Fällen wurden ummantelte Stahlrohre mit in Kreislauf geführtem Kühlmittel verwendet, um die Zerstörung der Mediumverteiler zu verhindern.
Das erfindungsgemässe Verteilungssystem ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass rohrförmige Verteiler mit kreisförmigem Querschnitt und einem oberen Kühlmantel und einem unteren Kühlmantel vorgesehen sind, wobei zwischen oberem und unterem Kühlmantel einander gegenüberliegende Rohrwandzonen freibleiben, in welchen die untereinander gleiche Querschnitte aufweisenden Austrittsöffnungen für das Medium zwecks Abgabe einer pro Volumseinheit des Behandlungsgutes gleichen Menge des Mediums in verschiedenen Abständen voneinander angeordnet sind.
Nach einem weiteren Kennzeichen der Erfindung ist im Verteiler ein konzentrisches Innenrohr angeordnet, das den Austrittsöffnungen gegenüberliegende Öffnungen zur Zuführung von Flüssigkeit aufweist, während der Verteiler zur Zuführung von Gas dient, wobei der Summenquerschnitt der Öffnungen in an sich bekannter Weise wesentlich kleiner ist als der Querschnitt des Innenrohres.
Gemäss der Erfindung wird also ein System zur gleichmässigen und gleichzeitigen Verteilung und Einbringung von gasförmigen und/oder flüssigen Medien in Gefässe, welche ein sich bewegendes Bett von körnigen (in Teilchenform vorliegenden) Feststoffen und/oder Flüssigkeiten enthalten, geschaffen, bei dem durch
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Variieren des Abstandes zwischen den Austrittsöffnungen, die untereinander gleiche Querschnitte aufweisen, die Verteilung des Mediums im Bett in vorteilhafter Weise so durchführbar ist, dass jede Abweichung auf Grund von Aussonderung, auf Grund des "Wandeffektes" usw. kompensiert wird. Dabei werden für ein bestimmtes Material einer gewissen Korngrösse und einem bestimmten Ofenquerschnitt die Abstände der einzelnen Austrittsöffnungen berechnet.
Eine Regelmöglichkeit des Austrittsöffnungenquerschnittes entfällt, wodurch eine einfache Anordnung und eine völlig wartungsfreie Ofenfahrweise gewährleistet ist und die Nachteile gemäss dem Stande der Technik vollständig vermieden werden. Während differentieller Zeiteinheiten ist das Bett des körnigen Materials in Öfen im wesentlichen statisch ; auf dieser Basis werden die Berechnungen durchgeführt.
Weiterhin kann gegebenenfalls eine Abschirmung vorgesehen werden, um zu verhindern, dass die Austrittsöffnungen blockiert werden ; in diesen Fällen schützt ein kleiner Schkld, der oberhalb jeder Austrittsöffnung in den oben liegenden Kühlkanal eingebaut ist, die Austrittsöffnung vor Material, das sich zeitweise gegen die Austrittsöffnung anlagern und das Abreissen der Mediumzufuhr durch diese Öffnung hervorrufen würde.
Weitere Einzelheiten der Erfindung können aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und den diesbezüglichen Zeichnungen entnommen werden, worin Fig. l eine vergrösserte Detailansicht eines Abschnittes eines Ofens darstellt, wobei die Anordnung von zwei Mediumverteilern und ihre Speisung gezeigt ist, Fig. 2 eine vergrösserte detaillierte Seitenansicht eines Endes des Verteilers ist, Fig. 3 einen Querschnitt des Verteilers darstellt, geschnitten entlang der Linie 6-6 in Fig. 2 und Fig. 4 eine typische Querschnittsansicht einer andern Ausbildungsform eines Verteilers zeigt.
Die allgemeine Anordnung der Verteiler wird in Fig. l gezeigt, wobei die Verteiler--16a und 16b--in
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ein Auslassstück-58-an der unteren Seite der gegenüberliegenden Enden der Verteiler abgezogen, wobei die Auslassstücke mit einer Rückführleitung--59--in Verbindung stehen. Wie bereits erwähnt, wird in jede der Verteilerleitungen--20--so viel Medium eingespritzt, dass auf jede der Austrittsöffnungen in jeder Verteilerleitung--20--derselbe statische Druck ausgeübt wird.
Auf diese Weise hat der Verteiler in etwa die Funktion eines Akkumulators, um für einen gleichmässigen Druck bei allen Austrittsöffnungen zu sorgen.
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Abschnitt des Rohres --20-- freibleibt. Die Enden des Rohres weisen Flansche bei-23 und 24-zur Verbindung mit einer Leitung zum Zuführen von Medium und/oder zur Verbindung mit einem Deckel zur Abdeckung eines Endes auf, was von der Funktion im einzelnen abhängt. An jedem Ende des Verteilers ist ein Montagering-25-vorgesehen, der Mittel zum abdichtenden Verbinden mit der Ofenwand aufweist. Der
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gegenüberliegenden Ende zum Durchtritt von Kühlmedium auf. Die Form des Profils des Kühlmantels kann an die durch den Ofen und das Verfahren gegebenen Anforderungen angepasst werden.
In gleicher Weise ist der untere Kühlmantel --22-- ausgebildet und mit einem Einlass--28--an einem Ende und einem Auslass --29-- am gegenüberliegenden Ende zum Durchtritt von Kühlmedium ausgestattet. An jeder Seite des Verteilers ist im zwischen den Kühlmänteln --21 und 22--freibleibenden Bereich des Rohres --20-- eine Vielzahl von Austrittsöffnungen --30-- zum Einbringen von Medium in den Ofen vorgesehen. Die Anordnung und Grösse dieser Austrittsöffnungen bestimmt die Verteilung des Mediums im Ofen. Medien, welche in den Ofen eingebracht werden, werden durch das Verteilerrohr--20--und durch die Austrittsöffnungen-30-, wobei in Fig. l lediglich zwei derartige Öffnungen an einer Seite des Verteilers --16a-- gezeigt sind, in das Innere des Ofens gebracht.
Die geometrischen Abmessungen der Austrittsöffnungen in Relation zum Verteilerrohr--20--werden in bekannter Weise so gewählt, dass die Querschnittsfläche des Rohres-20-die kombinierte Querschnittsfläche der Austrittsöffnungen --30-- übersteigt. Auf diese Weise kann das Rohr - mit Medium versorgt werden und das in jede Austrittsöffnung eintretende Medium wird unter demselben statischen Druck zum Einbringen einer vorbestimmten Menge an Medium am jeweils gewünschten Ort stehen. Es ist wichtig, dass für jede Volumseinheit an Material, die von einer Austrittsöffnung versorgt wird, das gleiche Mediumvolumen vorgesehen wird.
Da alle Austrittsöffnungen vom gemeinsamen Rohranschlussstück oder Verteiler--20--mit Medium versorgt werden, wird erfindungsgemäss durch Verwendung von Austrittsöffnungen mit gleichem Durchmesser und verschiedenen Abständen zwischen benachbarten Austrittsöffnungen erreicht, dass eine gleiche Menge an Medium pro von der jeweiligen Austrittsöffnung versorgter Volumseinheit, an Material abgegeben wird.
Der in den Zeichnungen beschriebene Verteiler ist vorgesehen, um beispielsweise eine vorgemischte Mischung von Medien für Reaktionen innerhalb des Ofens einzubringen. Wenn eine der Reaktionen eine
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Verbrennung ist, kann die Menge von Sauerstoff in dieser Mischung gesteuert werden, um das Brennen in verschiedenen Höhen innerhalb des Ofens zu steuern. Zum Beispiel ergibt sich beim Einbringen einer brennstoffreichen Mischung vom Verteiler --16a-- nur eine teilweise Verbrennung des Brennstoffes im Ofen auf der Höhe dieses Verteilers.
Wenn eine sauerstoffreiche Mischung in einen darüberliegenden Verteiler eingebracht wird, ergibt sich hiemit der Sauerstoff zur Verbrennung des vom Verteiler --16a-- aufsteigenden unverbrannten Brennstoffes und auch des Brennstoffes in der von deren Verteiler abgegebenen Mischung und durch das Einbringen einer mit Sauerstoff stark angereicherten Mischung durch einen über dem oberen Verteiler angeordneten weiteren Verteiler wird die Verbrennung des ganzen Brennstoffes von den Verteilern in jeder vertikalen Reihe beendet. Die Wirkung, die durch Verbrennen solcher Mischungen aus Brennstoff und Sauerstoff oder Luft an jeder Seite des Ofens hervorgerufen wird, ist eine verlängerte Flamme, die dem Herstellen einer verlängerten Bunsenbrennerflamme im Ofen gleichkommt.
Unter gewissen Bedingungen kann es wünschenswert sein, zusammen mit einem flüssigen Medium auch ein gasförmiges Medium durch die Verteilerleitungen einzuspritzen. Wie in Fig. 4 gezeigt, hat ein Verteilerrohr - -60--, das mit einer Vielzahl von Austrittsöffnungen --61-- an jeder Seite ausgestattet ist, einen oberen Mantel --63-- und einen unteren Mantel-64--, ähnlich wie dies dem in Fig. 3 gezeigten Aufbau
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sowohl ein flüssiges Medium vom Innenrohr--65--als auch ein Gas vom Verteilerrohr --60-- in das Bett eingespritzt werden. Das flüssige Medium und das unter Druck stehende Gas treten durch die Austrittsöffnungen
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Druck verteilt wird.
Das Mischen der Flüssigkeit und des Gases vollzieht sich, während beide Medien durch die Austrittsöffnungen-61-austreten und auch im Bett selbst.
Die Erfindung hat hervorragende Wirkung zur Erzielung einer gleichmässigen Verteilung von Medien pro Volumseinheit des Materials über die horizontale und vertikale Ausdehnung von Schachtgefässen mit bis zu 9 oder 12 m Durchmesser und grösser. Der gleichförmige Kontakt erlaubt eine wesentliche Reduzierung der Gesamtbauhöhe und im besonderen eine ausgezeichnete Kontrolle der Verteilung des Mediums, was eine
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die Behandlung zur Verfügung zu haben. Bei kleineren Gefässen kann auch nur ein Verteiler notwendig sein. Bei jedem Verteiler muss der Abstand der einzelnen Austrittsöffnungen aus der Fläche bzw. aus dem Volumen des Materials, die durch die Austrittsöffnung versorgt werden soll, berechnet werden.
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1. Verteilungssystem für strömende Medien in einem schachtförmigen Behälter, wobei im Behälter mehrere sich von Wand zu Wand erstreckende Verteiler für unter Druck zugeführtes Medium im Abstand voneinander vorgesehen sind, die gegenüberliegende Reihen von Austrittsöffnungen für das Medium aufweisen, deren Summenquerschnitt wesentlich kleiner ist als der Querschnitt des Verteilers, dadurch gekenn- zeichnet, dass rohrförmige Verteiler (20,60) mit kreisförmigem Querschnitt und einem oberen Kühlmantel (21,63) und einem unteren Kühlmantel (22,64) vorgesehen sind, wobei zwischen oberem und unterem Kühlmantel einander gegenüber Rohrwandzonen freibleiben, in welchen die untereinander gleiche Querschnitte aufweisenden Austrittsöffnungen (30,61)
für das Medium zwecks Abgabe einer pro Volumseinheit des Behandlungsgutes gleichen Menge des Mediums in verschiedenen Abständen voneinander angeordnet sind.
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