<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Behandlung von Agglomeraten, insbesondere zum Hartbrennen von eisenoxidhältigen Pellets, in mehreren aufeinanderfolgenden
Behandlungszonen in einem Reaktor, insbesondere einem Schachtofen, wobei die Agglomerate kontinuierlich einer Aufgabezone aufgegeben werden und im Reaktor eine Schüttung bilden, in einer der Aufgabezone nachfolgenden Trocknungs- und Aufheizzone getrocknet und aufgeheizt werden, in einer der Aufheizzone nachfolgenden Brennzone gebrannt werden, in einer der Brennzone nachfolgenden Abkühlzone abgekuhlt werden und in einer der Abkühlzone nachfolgenden Austragszone aus dem Reaktor ausgetragen werden.
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Verfahren zur thermischen Behandlung von Agglomeraten bekannt, welche insbesondere Pelletbrennmaschinen und Pelletbrennschachtofen betreffen, also beim Hartbrennen von Erzpellets zur Anwendung gelangen.
Das Hartbrennen von Erzpellets auf Pelletbrennmaschinen erfolgt meist auf Wanderrosten mit Gashauben Die Pelletbrennmaschinen haben, in Laufrichtung des Wanderrostes gesehen, verschiedene Behandlungszonen, namlich Trockenzone, Brennzone und Kuhlzone Diese Zonen konnen unterteilt sein, beispielsweise in verschiedene Trockenzonen, Aufheizzone, Brenn- und Nachbrennzone sowie verschiedene Kühlzonen Die erforderliche Prozesswärme wird zumeist überwiegend oder ausschliesslich durch heisse Gase in den Prozess eingebracht Diese heissen Gase werden in Brennkammern durch Verbrennung von flüssigen, gasförmigen oder staubförmigen festen Brennstoffen erzeugt und anschliessend in die Gashauben geleitet.
Da die Verbrennungsabgase zum Teil sehr heiss sind, werden zur Wärmeausnutzung verschiedene Gasrückführungssysteme angewendet
Bei einem zweiten Verfahren zum Hartbrennen von Erzpellets, dem Band-Drehrohrofen- oder Grate-Kiln-Verfahren, sind für die einzelnen Phasen der Wärmebehandlung drei Aggregate erforderlich Bandtrockner und -vorwärmer, Drehrohrofen und Pelletkühler Dieses Verfahren weist den Vorteil auf, dass die einzelnen Phasen der Wärmebehandlung gut kontrolliert werden können Jedoch stellen die dafür erforderlichen drei Anlagen einen hohen Investitions- und Betriebsaufwand dar. Nachteilig ist weiters ein erhöhter Materialabrieb der Erzpellets im Drehrohrofen.
Eine weitere Möglichkeit zum Hartbrennen von Erzpellets stellen Pelletbrennschachtöfen dar.
Bei diesen Verfahren werden heisse Verbrennungsgase im oberen Teil des Schachtes in den Schacht bzw. in die Schüttung eingeblasen, wodurch die Pellets hartgebrannt werden. Die gebrannten Pellets werden gekühlt, indem über dem Austragsbereich des Schachtofens Kuhlluft eingeblasen wird, die im Schacht durch die Pelletschüttung aufsteigt und dabei die Wärme der gebrannten Pellets aufnimmt. Zusammen mit den heissen Verbrennungsgasen trägt die so erhitzte Luft zum Brennen der Pellets und zum Trocknen der Pellets bei.
Bei Pelletbrennmaschinen erfolgt das Erhitzen der auf den Rost aufgebrachten Pelletschüttung solange, bis auch die im untersten Bereich der Schüttung liegenden Pellets fertig gebrannt sind.
Dies hat den Nachteil, dass die in oberen Bereichen der Schüttung liegenden Pellets, obwohl sie schon fertig gebrannt sind, nur deswegen immer noch aufgeheizt werden, weil die in unteren Bereichen der Schüttung liegenden Pellets noch nicht, bzw. noch nicht lange genug auf Brenntemperatur gebracht wurden. Dieser Umstand führt zwangsläufig zu einem höheren Energieverbrauch und zu einer Limitierung der Anlagenproduktivität, aber auch, abhängig vom jeweiligen Bereich der Schüttung, zu unterschiedlichen Qualitäten der Pellets
Der Schachtofen weist diesen Nachteil nicht auf, jedoch ist es beim Schachtofenprozess selbst bei geringen Schachtdurchmessern kaum möglich, eine gleichmässige Erhitzung der Pellets durch die seitlich eingeblasenen Verbrennungsgase zu erzielen.
Dadurch ist die Kapazität von Pelletbrennschachtöfen sehr begrenzt Die heute grössten Schachtöfen haben eine Jahreserzeugung von etwa 500 000 t. Eine Anlage für 2,5 Mill. t Pellets/Jahr würde demnach fünf Schachtöfen erfordern, hingegen nur eine Wanderrostanlage.
Die Kapazität herkömmlicher Pelletbrennschachtöfen ist wegen des Problems des ungleichmassig über den Querschnitt erfolgenden Energieeintrags kaum mehr weiter steigerbar.
Aus dem gleichen Grund eignen sich Pelletbrennschachtöfen nur zum Brennen von überwiegend magnetitische Erze enthaltenden Pellets, da die Oxidation von Magnetit zu Hämatit exotherm verläuft und daher einen wesentlichen Energiebeitrag zum Brennprozess leistet. Die für das Brennen von hämatitische Erze enthaltenden Pellets erforderliche hohe Wärmezufuhr kann nicht gleichmässig über den Schachtquerschnitt verteilt zugeführt werden. Dies ist aber Voraussetzung
<Desc/Clms Page number 2>
für die Erzeugung von Pellets gleichmässig hoher Qualitat
Aus der US 4,118,017 ist ein Verfahren zur Reduktion stückiger oxidischer Eisenerze in einem Schachtofen bekannt In einer Kühlzone wird dem Schachtofen ein Kühlgas durch mehrere Kühlgaskanale zugeführt, welche jeweils von einem überdachten Trog gebildet werden.
Reduktionsgas wird dem Schachtofen auf herkommliche Weise, d h. durch mehrere über den Umfang des Schachtofens verteilte Einlassöffnungen zugefuhrt. Im Kopfbereich des Schachtofens werden verbrauchtes Reduktionsgas und Kühlgas abgezogen.
Der aus der US 4,118,017 bekannte Schachtofen weist die vorstehend genannten Nachteile, insbesondere den der geringen Kapazität auf.
In der DE PS 27 00 485 wird ein Verfahren zum Brennen von Eisenerzpellets offenbart, bei dem die Grünpellets in einem Bandofen getrocknet und vorgewärmt und anschliessend in einem Schachtofen gebrannt und schliesslich gekühlt werden Zur Verringerung des Energiebedarfs des Prozesses durchlaufen die zum Kühlen der gebrannten Pellets verwendeten Gase im Gegenstrom zu den Pellets die Prozessschritte Brennen, Vorwärmen und Trocknen Ausserdem wird ein Teil der zum Trocknen der grünen Pellets verwendeten Gase zum Kühlen der gebrannten Pellets verwendet
Das in der DE PS 27 00 485 vorgeschlagene Verfahren ändert nichts an dem Problem der geringen Kapazität eines Pelletbrennschachtofens. Die weiters geoffenbarte Ofenanlage sieht demgemass einen Bandofen, sowie sechs Schachtöfen vor.
Dieses Verfahren ist daher vom Gesichtspunkt der Investitionskosten her negativ zu beurteilen Ein weiteres Problem besteht darin, dass die vorgewärmten bzw vorgebrannten Pellets aus dem Bandofen ausgetragen und dann in den bzw die Schachtöfen überführt werden müssen Dabei tritt erfahrungsgemäss ein erhöhter Pelletabrieb auf, der ebenfalls unerwünscht ist.
Aufgabe der gegenständlichen Erfindung ist es demnach, ein Verfahren zur thermischen Behandlung von Agglomeraten, insbesondere zum Hartbrennen von eisenoxidhältigen Pellets zu schaffen, das die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile vermeidet.
Insbesondere soll das erfindungsgemasse Verfahren den Betrieb von Pelletbrennschachtöfen mit gegenüber bekannten Verfahren bzw. Öfen wesentlich erhöhter Kapazität ermöglichen. Das erfindungsgemässe Verfahren soll sich weiters durch eine hohe Energieausnutzung kennzeichnen und daher besonders kostensparend sein.
Darüber hinaus soll sich das erfindungsgemasse Verfahren auch zum Brennen von Pellets eignen, die hohe Anteile an hämatitischen Erzen enthalten
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass in einer Gaszuführungszone, welche der Austragszone in der Bewegungsrichtung der Agglomerate unmittelbar vorgeordnet ist, ein brennbares Gasgemisch in den Reaktor eingebracht wird, welches diesen im Gegenstrom zu den Agglomeraten durchströmt, sich am Übergang von der Abkühlzone zur Brennzone entzündet, und als Abgas in einer der Aufgabezone in Gasströmrichtung unmittelbar vorgeordneten Abzugszone aus dem Reaktor abgezogen wird.
Mittels des erfindungsgemässen Verfahrens kann erstmals das Problem der ungleichmässigen Energiezufuhr bei Pelletbrennschachtöfen gelost werden, da der Energieeintrag nicht von aussen durch Zufuhr heisser Verbrennungsabgase erfolgt, sondern innerhalb der Schüttung durch die Verbrennung eines selbstentzündenden brennbaren Gasgemisches. Da infolgedessen der Schachtdurchmesser keinen limitierenden Faktor für dessen Kapazität mehr darstellt, können einerseits Pelletbrennschachtöfen mit grösserem Durchmesser und entsprechend erhöhter Anlagenproduktivität betrieben werden, andererseits ist ein solcher Schachtofen nicht mehr auf das Brennen von überwiegend magnetitische Erze enthaltenden Grünpellets beschrankt.
Erstmals können auch Pellets in einem Schachtofen gebrannt werden, die überwiegend hämatitische Erze enthalten, ohne dass die Güte der gebrannten Pellets schwankend oder ungleichmässig ist.
Zusätzlich können die Grünpellets auch noch für das Pelletbrennen übliche Zusätze enthalten, wie beispielsweise Bindemittel, festen Kohlenstoff usw.
Das brennbare Gasgemisch erwärmt sich beim Aufsteigen durch den Schachtofen und kühlt dabei die im Gegenstrom nach unten sinkenden, bereits gebrannten Pellets. Das sich am Übergang von der Abkühl- zur Brennzone entzündende brennbare Gasgemisch verbrennt in der Brennzone innerhalb eines durch mehrere Parameter definierten Bereichs. Die räumliche Ausdehnung dieses Bereichs, sowie die in der Brennzone herrschenden Temperaturen werden
<Desc/Clms Page number 3>
über Zusammensetzung und Geschwindigkeit des brennbaren Gasgemisches so gewahlt, dass sie fur das Hartbrennen von Pellets, die auch oder überwiegend hämatitische Erze enthalten, ausreichend sind
Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens werden in der Gaszuführungszone abwechselnd ein brennbares Gasgemisch und ein unbrennbares Gasgemisch in den Schachtofen eingebracht.
Nachdem das brennbare Gasgemisch eine bestimmte, für das Brennen der Pellets erforderliche Zeit in der Brennzone verbrannt ist, wird die Zufuhr des brennbaren Gasgemisches abgestellt und ein unbrennbares Gasgemisch in die Schuttung eingeblasen. Das in der Schüttung ebenfalls nach oben steigende unbrennbare Gasgemisch kühlt nun die bereits gebrannten Pellets ab Dabei wird die in der Brennzone befindliche Schüttung, in der zuvor noch Verbrennungs- bzw Pelletbrenntemperaturen geherrscht haben, unter die Zundtemperatur des brennbaren Gasgemisches abgekühlt und ein Grossteil der in der Pelletschüttung der Brennzone enthaltenen Wärmeenergie in die darüberliegenden Pellets transferiert und diese dadurch auf bzw. über die Zundtemperatur des brennbaren Gasgemisches erhitzt
Wenn dieser Wärmetransfervorgang abgeschlossen ist, d.
h wenn die unmittelbar über den gebrannten Pellets liegende Schicht an nicht fertig gebrannten Pellets Zündtemperatur aufweist, wird wiederum das brennbare Gasgemisch in der Gaszuführungszone in den Schachtofen eingeblasen, welches sich wieder unmittelbar über den gebrannten Pellets selbst entzündet.
Es kann in jedem Fall leicht empirisch ermittelt werden, wie lange bzw wieviel unbrennbares Gasgemisch durch die Schüttung zu leiten ist, um die oben beschriebene Temperaturverteilung zu erreichen
Dieses Härten der Pellets, durch abwechselndes Verbrennen des brennbaren Gasgemisches in der Brennzone und der Wärmetransfer zu den noch nicht gebrannten Pellets, findet ohne Unterbrechung statt und ermöglicht somit eine kontinuierliche Produktion.
Diese Ausfuhrungsform des erfindungsgemässen Verfahrens zeichnet sich durch einen besonders niedrigen Energieverbrauch und damit einer geringen Umweltbelastung aus, da durch den wiederkehrenden Wechsel zwischen Verbrennungs- und Wärmetransfervorgang die eingebrachte Energie optimal genützt wird. Da die erforderliche Brenndauer gut eingestellt werden kann, weisen die gebrannten Pellets eine gleichbleibend hohe Qualität auf.
Gemäss weiteren vorteilhaften Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens erfolgt die Gaszufuhr in der Gaszuführungszone und der Abzug von Gasen in der Abzugszone gleichmässig über den Querschnitt des Schachtofens verteilt. Die erfindungsgemässe Wirkung des über den Querschnitt des Schachtofens vergleichmässigten Energieeintrags wird dadurch, dass brennbares Gasgemisch bzw. unbrennbares Gasgemisch gleichmässig über den Querschnitt des Schachtofens zugeführt werden, noch weiter verstärkt Der, bezogen auf den Querschnitt des Schachtofens, gleichmässige Abzug von Gasen in der Abzugszone bewirkt ebenfalls einen diese erfindungsgemasse Wirkung verstärkenden Effekt.
Als brennbare Gaskomponenten kann das brennbare Gasgemisch Methan (CH4, geringere Anteile an höheren Kohlenwasserstoffen) und/oder Kohlenmonoxid (CO) und/oder Wasserstoff (H2), gegebenenfalls auch Anteile höherer Kohlenwasserstoffe als Methan, beispielsweise Ethan, Propan, Ethylen oder Acetylen, enthalten. Das erfindungsgemässe Verfahren ist allerdings nicht auf die Verwendung der oben angeführten brennbaren Gase beschränkt, sondern es können jegliche brennbaren Substanzen, die unter den Verfahrensbedingungen in gasförmigem Zustand vorliegen, verwendet werden.
Der Anteil der brennbaren Gaskomponenten am brennbaren Gasgemisch ist jedenfalls so bemessen, dass bei seiner Verbrennung die zum Hartbrennen von Pellets erforderlichen Temperaturen erzielt werden.
Bezüglich der Herkunft der brennbaren Gaskomponenten kann Gas verschiedenster Quellen verwendet werden. Insbesondere sind zu nennen : (hauptsächlich CH4), Gichtgas (ca. 28- 33 % CO, 6-12 % CO2, 2-4 % H2, Rest N2), Kokereigas (ca. 61 % H2, 26 % CH4, 5 % CO, 2 % CO2, 2 % N2, 3 % höhere Kohlenwasserstoffe), Generatorgas (ca.
29 % CO, 55 % N2, 11% H2, 6 % CO2), Synthesegas (hauptsächlich CO und H2), sowie verschiedene andere Reduktionsgase, die beispielsweise in Gasreformern, oder in Einschmelzvergasem beim Erschmelzen von flüssigem Roheisen aus Eisenschwamm durch Vergasen von Kohle mit Sauerstoff gewonnen werden, oder
<Desc/Clms Page number 4>
als Konverterabgase oder nach der Direktreduktion von Metalloxiden als teilweise abreagiertes Reduktionsgas anfallen Ein solches beispielsweise nach dem COREX-Prozess anfallendes teilweise abreagiertes Reduktionsgas hat etwa folgende Zusammensetzung- ca 45 % CO, 32 %C02, 16 % H2, 2 % CH4,3 % N2.
Als die Verbrennung fordernde Komponente enthalt das brennbare Gasgemisch ein sauerstoffhältiges Gas, also beispielsweise Luft oder technischen Sauerstoff, wie er aus einer Luftzerlegungsanlage erhalten wird, oder ein Gemisch aus Luft und Sauerstoff.
Um sowohl die Brennfrontbreite und damit die räumliche Ausdehnung der vom verbrennenden Gasgemisch thermisch behandelten Schicht der Schüttung, als auch die Verbrennungstemperatur steuern zu können, ist das Verhältnis von brennbarem Gas zu sauerstoffhaltigem Gas des brennbaren Gasgemisches regelbar.
Vorzugsweise erfolgt die Regelung dieses Verhältnisses in Abhangigkeit des entlang der Hohe des Schachtofens herrschenden Temperaturprofils, insbesondere der Temperatur in der Brennzone, und/oder der räumlichen Ausdehnung der Brennzone.
Vorteilhafterweise ist bei dem erfindungsgemässen Verfahren die Geschwindigkeit, mit der sowohl brennbares Gasgemisch als auch unbrennbares Gasgemisch die Schüttung der Agglomerate durchströmen, regelbar gestaltet.
Die Geschwindigkeit des brennbaren Gasgemisches ist dabei vorzugsweise gleich gross oder grösser wie/als seine Flammengeschwindigkeit. Dadurch kann ein Zurückschlagen der Flammenfront in die bereits gebrannte Schicht verhindert werden Ansonsten würde die bereits gebrannte Schicht durch darin verbrennendes Gasgemisch wieder erhitzt werden und die Energieausnutzung des Verfahrens absinken. Unter Flammengeschwindigkeit ist dabei die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Flammenfront eines brennenden Gasgemisches bei gegebenem Druck, gegebener Temperatur und gegebener Zusammensetzung zu verstehen.
Die Regelung der Gasgeschwindigkeit des unbrennbaren Gasgemisches soll sicherstellen, dass während eines Warmetransfervorgangs die Wärmeenergie aus der gebrannten Schicht in möglichst optimaler Weise auf die darüber liegende Schicht an ungebrannten Pellets übertragen wird Insbesondere soll sichergestellt sein, dass in dieser Schicht ungebrannter Pellets nach dem Wärmetransfervorgang über den gesamten Querschnitt des Schachtofens zumindest Zündtemperatur herrscht und die Temperatur nicht etwa darunter absinkt, damit sich das im darauffolgenden Prozessschritt eingebrachte brennbare Gasgemisch wieder über den gesamten Querschnitt des Schachtofens verteilt entzündet und verbrennt
Vorzugsweise erfolgt die Regelung der jeweiligen Gasgeschwindigkeit wiederum in Abhängigkeit des entlang der Hohe des Schachtofens herrschenden Temperaturprofils,
insbesondere der Temperatur in der Brennzone, und/oder der räumlichen Ausdehnung der Brennzone.
Der Betrieb des Verfahrens wird also bei gegebener Schachtgeometne von mehreren Parametern gesteuert : der Art und Zusammensetzung des brennbaren Gases, dem Verhältnis von Gas zu sauerstoffhältigem Gas des brennbaren Gasgemisches, der Geschwindigkeit, mit der brennbares Gasgemisch bzw. unbrennbares Gasgemisch durch die Schüttung strömt, der Zeitdauer, mit der brennbares Gasgemisch bzw. unbrennbares Gasgemisch durch die Schüttung strömt, sowie der Zusammensetzung der Agglomerate.
Um das Verfahren in Betrieb zu nehmen, müssen in der Brennzone die für die spätere Entzündung des brennbaren Gasgemisches nötigen Temperaturen erst geschaffen werden.
Nach einer Ausführungsform wird dazu brennbares Gasgemisch in einer der Abzugszone in Gasströmrichtung vorgeordneten Zündzone entzündet Das brennbare Gasgemisch wird dabei wie bei einem späteren Brennvorgang in der Gaszuführungszone in den Schachtofen eingebracht, durch externe Energiezufuhr entzündet, und als Abgas in der Abzugszone aus dem Schachtofen abgezogen. Das Entzünden des brennbaren Gasgemisches ist nur bei der Inbetriebnahme des Verfahrens nötig.
Gemäss einer zur obigen bevorzugten Ausführungsform ist die Zündzone zwischen der Abzugszone und der späteren Brennzone angeordnet. Das brennbare Gasgemisch durchströmt die Schüttung der Agglomerate bei der Inbetriebnahme des Verfahrens mit einer Geschwindigkeit, die kleiner ist als die Flammengeschwindigkeit des brennbaren Gasgemisches.
Dadurch kann die Flammenfront des verbrennenden Gasgemisches nach unten wandern und trocknet und erwärmt
<Desc/Clms Page number 5>
dabei die noch ungebrannten Agglomerate Wenn die Flammenfront die Brennzone erreicht hat, wird die Gasgeschwindigkeit soweit erhöht, dass die Flammenfront nicht mehr weiter nach unten wandert, sondern stationär verbleibt
Nach einer weiteren Ausführungsform zur Inbetriebnahme des erfindungsgemassen Verfahrens wird der Schachtofen etwa bis unter die Brennzone mit bereits gebrannten Agglomeraten befüllt, deren Temperatur jedenfalls unter der Zündtemperatur des brennbaren Gasgemisches liegt Danach wird die Brennzone des Schachtofens mit einer Schicht gebrannter Agglomerate befüllt, deren Temperatur über der Zündtemperatur des brennbaren Gasgemisches liegt,
anschliessend wird der Schachtofen mit Agglomeraten bis zur Höhe der Aufgabezone befüllt Die Temperatur der in die Brennzone aufgegebenen Agglomerate ist so bemessen, dass diese bei der anschliessenden Zufuhr des brennbaren Gasgemisches zumindest noch Zündtemperatur aufweisen, bzw. noch heisser sind, so dass sich das brennbare Gasgemisch wiederum selbst entzündet.
Nach einer weiteren Ausführungsform zur Inbetriebnahme des erfindungsgemässen Verfahrens werden die in der Brennzone erforderlichen Temperaturen dadurch geschaffen, dass Lanzen, durch welche heisse Verbrennungsabgase zugefuhrt werden, in der Brennzone in die dort befindliche Schüttung münden Diese Lanzen können von der Seite durch den Reaktormantel oder von oben in die Brennzone gefuhrt sein, und werden, nachdem die Agglomerate in der Brennzone über die Zündtemperatur des brennbaren Gasgemisches erhitzt sind, entfernt. Anschliessend wird die Zufuhr des brennbaren Gasgemisches aufgenommen
Dem Fachmann bieten sich selbstverständlich noch weitere Moglichkeiten zur Inbetriebnahme des erfindungsgemässen Verfahrens an Beispielhaft seien hier nur folgende erwähnt.
Das Verlegen von Heizdrähten durch die Brennzone, welche dann auf elektrischem Wege soweit erhitzt werden, dass durchströmendes brennbares Gasgemisch entzündet wird, oder, als weitere Möglichkeit, den Schachtofen bis inklusive der Brennzone mit Agglomeraten zu befüllen und heisse Verbrennungsabgase von oben, also ausserhalb der Brennzone, nach unten durch die Schüttung zu leiten, bis die Brennzone die erforderliche Zündtemperatur aufweist
Das erfindungsgemässe Verfahren zeichnet sich durch eine besonders weitreichende Ausnutzung der dabei entstehenden Abwärme und der Abgase aus.
Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird dazu das unbrennbare Gasgemisch, das in einer Transferphase durch die Schüttung geleitet wird, von zumindest teilweise rückgeführtem Abgas, welches in der Abzugszone aus dem Schachtofen abgezogen wurde, oder Luft oder Gemischen aus Abgas und Luft gebildet.
Besonders vorteilhaft ist hier die zumindest teilweise Rückführung des Abgases eines weiteren Verbrennungsprozesses. Dies kann beispielsweise das Abgas eines weiteren Pelletbrenn- schachtofens sein, der gegebenenfalls nach dem erfindungsgemässen Verfahren betrieben wird, es kann aber auch Rauchgas aus jeder beliebigen Quelle verwendet werden.
Unter Abgas sind in diesem Zusammenhang also sowohl das in der Abzugszone abgezogene unbrennbare Gasgemisch, als auch die Verbrennungsprodukte eines brennbaren Gasgemisches zu verstehen.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird, der Gaszuführungszone in Materialflussrichtung nachgeordnet, ein Sperrgas, vorzugsweise Luft, in den Schachtofen eingebracht. Diese Luft kann einerseits zur weiteren Abkühlung der gebrannten Agglomerate dienen, andererseits wird dadurch auch der Schachtofen nach unten gegen den Austritt anderer Gase abgedichtet.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens.
Eine solche Anlage enthält zumindest einen Reaktor, vorzugsweise zumindest einen Schachtofen. Der Reaktor weist eine obere Aufgabezone auf, in welche Agglomerate mittels einer Chargiervorrichtung aufgegeben werden. Weiters weist der Reaktor eine untere Austragszone auf, aus welcher behandelte Agglomerate mittels einer Austragsvorrichtung ausgetragen werden. Eine unter der Aufgabezone angeordnete Abzugszone enthält ein Mittel zum Abziehen von Abgas aus dem Reaktor, eine zwischen der Aufgabezone und der Austragszone angeordnete Gaszuführungszone enthält ein Mittel zum Zuführen von Gasen.
Eine solche Anlage ist dadurch gekennzeichnet, dass Gase mit dem Mittel zum Zuführen von Gasen im wesentlichen gleichmässig über den Querschnitt des Reaktors verteilt zuführbar und
<Desc/Clms Page number 6>
Abgas mit dem Mittel zum Abziehen von Gasen im wesentlichen gleichmässig über den Querschnitt des Reaktors verteilt abziehbar ist
Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform werden das Mittel zum gleichmässigen Abziehen und/oder das Mittel zum gleichmässigen Zuführen von Gasen von jeweils zumindest einem, vorzugsweise von zumindest zwei, die Abzugs- bzw Gaszuführungszone durchsetzenden, vorzugsweise horizontal durchsetzenden, balkenförmigen Einbauten gebildet.
Die balkenförmigen Einbauten durchsetzen das Reaktorinnere jeweils von einer Reaktorinnenwand zur gegenüberliegenden und sind entweder an der jeweiligen Reaktorinnenwand verankert oder durchstossen den Reaktormantel nach aussen
Durch die Abwärtsbewegung der Schüttung innerhalb des Reaktors bilden sich unmittelbar unterhalb der balkenförmigen Einbauten schüttungsfreie Kanäle aus Innerhalb der Kanäle kann sich Gas gleichmässig verteilen und durch die Zwischenräume zwischen den Einbauten in die Schüttung und nach oben strömen.
Damit sich die schüttungsfreien Kanäle unterhalb der Einbauten bilden konnen, ist es zweckmässig, wenn der vertikale, normal zur Längsachse jeweils einer der Einbauten stehende Querschnitt jeweils einer der Einbauten so gewählt ist, dass dessen Breite an seiner breitesten Stelle zumindest das Fünffache, vorzugsweise zumindest das Zehnfache des mittleren Agglomeratdurchmessers beträgt. Besonders bevorzugt ist dabei eine Breite vom 15- bis 25- fachen des mittleren Agglomeratdurchmessers.
Um eine ausreichende Durchlässigkeit der Gesamtheit der Einbauten jeweils eines Mittels zum Zuführen bzw. Abziehen von Gasen zu gewahrleisten, ist es zweckmässig, wenn die Einbauten voneinander jeweils zumindest um das Dreifache, vorzugsweise zumindest das Funffache der maximalen Korngrösse des stückigen Gutes beabstandet sind.
Der vertikale, normal zur Längsachse jeweils einer der Einbauten stehende Querschnitt jeweils einer der Einbauten weist vorteilhafterweise eine im wesentlichen rechteckige oder quadratische oder dreieckige oder trapezoide oder oben abgerundete Form auf, wobei eine oben abgerundete Form, sowie ein dreieckiger oder trapezoider Querschnitt, dessen Schmalseite bzw. Ecke nach oben weist, besonders bevorzugt ist.
Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform sind das Mittel zum gleichmässigen Abziehen und/oder das Mittel zum gleichmässigen Zufuhren von Gasen jeweils als Gasverteilungsboden ausgeführt, welcher jeweils von einer sich uber den Reaktorquerschnitt erstreckenden Lochplatte gebildet wird.
Ein solcher Gasverteilungsboden ist wieder entweder an den Reaktorinnenwänden verankert oder durchstösst den Reaktormantel nach aussen
Der besondere Vorteil eines solchen Gasverteilungsbodens besteht darin, dass sich unmittelbar darunter nicht nur einzelne isolierte Kanäle ausbilden, sondern ein Netz aus einander überkreuzenden Kanälen, woraus eine besonders gleichmässige Gasverteilung über den Reaktorquerschnitt resultiert. Durch die Ausnehmungen des Gasverteilungsbodens sinkt die Schüttung nach unten und steigt Gas innerhalb der Schüttung nach oben. Bei einem in der Abzugszone angeordneten Gasverteilungsbodens bewirkt ein an die schüttungsfreien Kanäle angelegter Unterdruck einen gleichmässigen, über den gesamten Reaktorquerschnitt verteilten Abzug von Gas aus dem Reaktor.
Es ist wiederum zweckmässig, wenn die Breite der Stege zwischen jeweils zwei benachbarten Ausnehmungen eines Gasverteilungsbodens zumindest das Fünffache, vorzugsweise zumindest das Zehnfache des mittleren Agglomeratdurchmessers beträgt, wobei eine Breite vom 15- bis 25- fachen des mittleren Agglomeratdurchmessers besonders bevorzugt ist.
Weiters sind für eine ausreichende Durchlässigkeit des Gasverteilungsbodens für die Schüttung jeweils zwei benachbarte Stege eines Gasverteilungsbodens voneinander zumindest um das Dreifache, vorzugsweise zumindest um das Fünffache der maximalen Komgrösse des stückigen Gutes beabstandet.
Es ist weiters von Vorteil, wenn die Ausnehmungen eines Gasverteilungsbodens in gleichmässig voneinander beabstandeten Reihen angeordnet sind, wobei die Ausnehmungen innerhalb einer Reihe einen im wesentlichen konstanten Abstand aufweisen, wobei der Reihenabstand und die Abstände der Ausnehmungen innerhalb einer Reihe verschieden gross sein können.
<Desc/Clms Page number 7>
Die Form der Ausnehmungen des Gasverteilungsbodens ist vorzugsweise quadratisch oder rechteckig. Davon abweichende Formen, beispielsweise rund oder sechseckig, sind aber ebenfalls geeignet
Gemäss eines vorteilhaften Merkmals der erfindungsgemässen Anlage ist über dem Mittel zum Zuführen von Gasen eine Bewegungsvorrichtung zum Bewegen der Agglomerate und Aufbrechen von Clustern angeordnet.
Eine solche Bewegungsvorrichtung wird von zumindest einem, vorzugsweise von zumindest zwei Clusterbrechern gebildet, wobei jeweils ein Clusterbrecher als antreibbare Walze mit über ihren Umfang verteilten Brecherzähnen ausgebildet ist.
Für das Entzünden des brennbaren Gasgemisches bei der Inbetriebnahme der Anlage können eine oder mehrere Zündvorrichtungen, beispielsweise Gasbrenner, unterhalb des Mittels zum Abziehen von Gasen im Mantel des Reaktors angeordnet sein Vorzugsweise sind dabei mehrere Gasbrenner über den Umfang des Reaktors gleichmässig verteilt angeordnet, so dass das brennbare Gasgemisch bei der Inbetriebnahme der Anlage möglichst gleichmassig entzündet werden kann.
Eine Reihe von Gaszuführungsleitungen mündet unmittelbar unterhalb des Mittels zum gleichmassigen Zufuhren von Gasen in den Reaktor, so dass durch die Gaszufuhrungsleitungen gefördertes Gas direkt in die schüttungsfreien Kanäle geblasen wird
Durch den Druck, mit dem Gas in die Kanäle geblasen wird, sowie durch den Unterdruck, mit dem es in der Abzugszone aus dem Reaktor abgezogen wird, wird gewährleistet, dass das Gas in der Schüttung nach oben steigt
Für die Zufuhr von brennbarem Gasgemisch bzw. unbrennbarem Gasgemisch ist eine Hauptgaszuführungsleitung vorgesehen, die eine Gasmischvorrichtung, beispielsweise einen statischen Mischer, enthält und in der Folge zu den Gaszuführungsleitungen verzweigt.
In derselben Weise wie die Gaszuführungsleitungen münden Gasabzugsleitungen - unmittelbar unterhalb des Mittels zum gleichmässigen Abziehen von Gasen - in den Reaktor, so dass Abgas direkt aus den schüttungsfreien Kanälen abgesaugt wird
Die Gasabzugsleitungen vereinigen sich in der Folge zu einer Hauptgasabzugsleitung, welche mit der Hauptgaszuführungsleitung leitungsmässig verbunden ist, so dass, beispielsweise während eines Wärmetransfervorgangs, Abgas im Kreislauf durch den Reaktor geführt werden kann.
Vorteilhafterweise weist die Hauptgasabzugsleitung eine Gasreinigungsvorrichtung, beispielsweise einen Zyklon oder ein Filter auf, um gemeinsam mit dem Abgas abgezogenen Staub aus dem Abgas zu entfernen.
Vor der Gasmischvorrichtung münden Leitungen für die Zufuhr von sauerstoffhältigem Gas und für die Zufuhr von brennbarem Gas in die Hauptgaszuführungsleitung
Alle Gaszuführungs- und Gasabzugsleitungen sind an den erforderlichen Stellen mit Regelvorrichtungen, beispielsweise verstellbaren Klappen, und Gasfördervorrichtungen, beispielsweise Gebläsen, ausgestattet
Es kann zweckmässig sein, unter der Gaszuführungszone ein Sperrgas, vorzugsweise Luft, in die Schüttung einzublasen. Dazu mündet unterhalb der Gaszuführungszone eine Sperrgasleitung in den Reaktor Der Ort der Sperrgaszuführung ist dabei so gewählt, dass ein ausreichender Abstand zur Gaszuführungszone sichergestellt ist, so dass das Sperrgas bevorzugt nach unten strömt.
Alternativ dazu kann in der Austragszone des Schachtofens eine Schleuse vorgesehen sein, durch welche der Schachtofen ebenfalls gegen den Austritt von Gasen abgedichtet wird und andererseits der Austrag von gebrannten Agglomeraten gesteuert wird.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemässen Anlage besteht darin, dass sie zwei erfindungsgemässe Reaktoren enthält. Die Hauptgasabzugsleitung des ersten Reaktors kommuniziert dabei mit der Hauptgaszuführungsleitung des zweiten Reaktors und die Hauptgasabzugsleitung des zweiten Reaktors kommuniziert mit der Hauptgaszuführungsleitung des ersten Reaktors
Während einer Brennphase des einen Reaktors wird das daraus abgezogene Abgas dem anderen Reaktor, in dem gerade ein Wärmetransfervorgang stattfindet, als unbrennbares Gasgemisch zugefuhrt Da die Brennphase und der Wärmetransfervorgang nicht notwendigerweise gleich lange dauern müssen, kann fur die Zufuhr von unbrennbarem
<Desc/Clms Page number 8>
Gasgemisch jederzeit auf Luft umgestellt werden,
bzw die Zufuhr von Abgas abgestellt und die Zufuhr von sauerstoffhaltigem Gas und brennbarem Gas wiederaufgenommen werden.
Im folgenden werden das erfindungsgemasse Verfahren, sowie Ausführungsformen der erfindungsgemässen Anlage in den Zeichnungen Fig. 1 bis 3 naher beschrieben
In einen Reaktor 1, bzw. in dessen Aufgabezone 2, werden Agglomerate, insbesondere eisenoxidhältige Grünpellets, mittels einer Chargiervorrichtung 3 aufgegeben Die Chargiervorrichtung 3 ist beispielsweise als herkömmliches, über die gesamte Breite des Reaktors 1 verfahrbares Förderband ausgebildet, so dass die Agglomerate gleichmassig über den gesamten Reaktorquerschnitt chargiert werden können.
Die Schüttung der Agglomerate durchwandert den Reaktor 1 nach unten und wird als gebrannte Pellets aus einer Austragszone 4 mittels einer Austragsvorrichtung 5 aus dem Reaktor 1 ausgetragen, wobei die Austragszone 4 des Reaktors 1 derart ausgeführt ist - beispielsweise ausreichend steile Reaktorseitenwände aufweist -, dass ein Kernfluss der Agglomeratschüttung verhindert wird Unter Kernfluss versteht man dabei ein U-formiges Geschwindigkeitsprofil der Agglomeratfliessgeschwindigkeit über einen Reaktorquerschnitt Bei Auftreten von Kernfluss sinkt also die im oder nahe des Zentrums des Reaktors befindliche Schüttung schneller nach unten, als Schuttungsbereiche nahe des Reaktormantels.
Die Austragsvorrichtung 5 kann beispielsweise als Rutteltisch oder als Förderband ausgebildet sein
In einer Gaszuführungszone 6 wird ein brennbares Gasgemisch in den Reaktor eingebracht und durch ein Mittel 7 zum gleichmässigen Zuführen von Gas in der Schüttung verteilt Das brennbare Gasgemisch steigt in der Schüttung nach oben, kühlt in einer Abkühlzone 8 die nach unten sinkenden gebrannten Pellets und erwärmt sich dabei, bis es sich in einer Brennzone 9 entzündet. Die Verbrennungsgase steigen durch eine Aufheizzone 10, in der Grünpellets aufgeheizt und getrocknet werden, auf.
In einer Abzugszone 11 werden die Abgase durch ein Mittel 12 zum Abziehen von Abgas gleichmässig aus der Schüttung abgezogen.
In Fig. 1 sind sowohl das Mittel zum Zufuhren 7, als auch das Mittel zum Abziehen 12 von Gasen als balkenförmige Einbauten ausgebildet, die den Reaktorinnenraum horizontal durchsetzen. Unter jeder dieser Einbauten bildet sich ein schüttungsfreier Kanal 13a, 13b aus. In diese Kanäle 13a, 13b wird Gas eingeblasen 13a, bzw. aus ihnen abgezogen 13b.
Vorteilhafterweise korrespondiert die Zahl der Gaszufuhrungsleitungen 14, bzw. die Zahl der Gasabzugsleitungen 15, welche direkt in jeweils einen solchen Kanal 13a, 13b münden, mit der Zahl der Einbauten, ist also beispielsweise gleich gross oder aber doppelt so gross, wenn gleichzeitig von gegenüberliegenden Seiten des Reaktors 1 in jeweils einen Kanal 13a, 13b Gas eingeblasen 13a, bzw. daraus abgezogen 13b wird. In Fig. 1 ist aufgrund der gewählten Ansicht nur jeweils eine der Gaszuführungsleitungen 14, bzw. Gasabzugsleitungen 15 als in den Reaktor 1 mündend dargestellt.
In der Fig. 2 ist eine alternative Ausführungsform eines Mittels 12 zum Abziehen von Gas in einer Draufsicht dargestellt Über den gesamten Querschnitt des Reaktors 1 erstreckt sich ein als Lochplatte ausgeführter Gasverteilungsboden 16. Durch die Ausnehmungen 17 des Gasverteilungsbodens 16 sinkt die Schüttung nach unten, wobei sich unterhalb des Gasverteilungsboden 16 hier ein Gitter aus einander überkreuzenden Kanälen ausbildet. Bei dieser Ausführungsform des Mittels 12 zum Abziehen von Gas kann von einer, mehreren oder allen Seiten des Reaktors 1 über Gasabzugsleitungen 15 Gas aus der Schüttung abgezogen werden. Die Gasabzugsleitungen 15 vereinigen sich in der Folge zu einer Haupt-Gasabzugsleitung 18.
Alternativ dazu kann auch eine Ringleitung um den Reaktor 1 geführt sein, in welche die Gasabzugsleitungen 15 münden, und von der die Haupt-Gasabzugsleitung 18 wegführt. Zur Entstaubung der abgezogenen Abgase ist in der Haupt-Gasabzugsleitung 18 eine Gasreinigungsvorrichtung 27, beispielsweise ein Zyklon, angeordnet.
Die Form der Ausnehmungen 17 des Gasverteilungsboden 16 ist nicht auf die in Fig. 2 dargestellte quadratische Ausführung beschränkt. Die Ausnehmungen können auch, beispielsweise abhängig von der Geometrie des Reaktorquerschnitts, rechteckige, aber auch runde, sechseckige oder dgl Formen aufweisen.
<Desc/Clms Page number 9>
Jede Ausfuhrungsvariante des in Fig 2 dargestellten Gasverteilungsboden 16 ist gleichermassen als Mittel 12 zum Abziehen von Gas, als auch als Mittel 7 zum Zuführen von Gas geeignet, wobei in letzterem Fall Gaszuführungsleitungen 14 von einer Haupt- Gaszuführungsleitung 19 abzweigen und unterhalb des Gaszuführungsmittels 7 in die schüttungsfreien Kanäle münden.
In die Haupt-Gaszuführungsleitung 19 münden eine Leitung 20 für die Zufuhr von sauerstoffhaltigem Gas, sowie eine Leitung 21 für die Zufuhr von brennbarem Gas Sauerstoffhältiges Gas und brennbares Gas werden in einer Gasmischvorrichtung 22 vermischt, welche beispielsweise als statischer Mischer ausgeführt ist.
Die Haupt-Gasabzugsleitung 18 ist mit der Haupt-Gaszufuhrungsleitung 19 über eine Leitung 23 verbunden.
Über dem Gaszufuhrungsmittel 7, in der Abkühlungszone 8, sind Clusterbrecher 24 angeordnet, welche in bekannter Weise von jeweils einer antreibbaren Walze mit über den Umfang der Walze angeordneten Brecherzahnen gebildet werden Die Clusterbrecher werden ausserhalb des Reaktors 1 mittels nicht dargestellter Motoren angetrieben und lockern in diesem Bereich die Schüttung der dort bereits gebrannten Pellets auf, bzw dienen zum Aufbrechen von Zusammenbackungen zwischen den Pellets
In der Austragszone 4 mundet eine Sperrgasleitung 25 in den Reaktor. Durch das mit der Sperrgasleitung 25 zugeführte Sperrgas, üblicherweise Luft, wird der Reaktor 1 gegen den Austritt anderer Gase abgedichtet
In Fig 3 ist eine erfindungsgemasse Anlage mit zwei Reaktoren 1 dargestellt Die Beschreibung jedes Reaktors 1 entspricht jeweils der des Reaktors 1 aus Fig 1.
Die Haupt-Gasabzugsleitung 18 jedes Reaktors 1 ist mit der Haupt-Gaszuführungsleitung 19 des jeweils anderen Reaktors 1 über jeweils eine Leitung 26 verbunden. Dadurch kann Abgas, das während einer Brennphase aus dem einen Reaktor 1 abgezogen wird, dem anderen Reaktor 1 während eines Wärmetransfervorgangs zugefuhrt werden
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiele, sondern umfasst auch alle dem Fachmann bekannten Mittel, die zur Ausführung der Erfindung herangezogen werden können
PATENTANSPRÜCHE:
1.
Verfahren zur thermischen Behandlung von Agglomeraten, insbesondere zum
Hartbrennen von eisenoxidhältigen Pellets, in mehreren aufeinanderfolgenden
Behandlungszonen in einem Reaktor, insbesondere einem Schachtofen, wobei die
Agglomerate . kontinuierlich einer Aufgabezone aufgegeben werden und im Reaktor eine
Schüttung bilden, . in einer der Aufgabezone nachfolgenden Trocknungs- und Aufheizzone getrocknet und aufgeheizt werden, . in einer der Aufheizzone nachfolgenden Brennzone gebrannt werden, . in einer der Brennzone nachfolgenden Abkühlzone abgekühlt werden und .
in einer der Abkühlzone nachfolgenden Austragszone aus dem Reaktor ausgetragen werden, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Gaszuführungszone, welche der Austragszone in der Bewegungsrichtung der
Agglomerate unmittelbar vorgeordnet ist, ein brennbares Gasgemisch in den Reaktor eingebracht wird, welches diesen im Gegenstrom zu den Agglomeraten durchströmt, sich am Übergang von der Abkühlzone zur Brennzone entzündet, und als Abgas in einer der
Aufgabezone in Gasströmrichtung unmittelbar vorgeordneten Abzugszone aus dem
Reaktor abgezogen wird.