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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zuführen und/oder Abziehen von Gasen fur einen Reaktor (1) mit einer Schüttung aus stückigem Gut, wobei der Reaktor (1) als im wesentlichen senkrecht stehender Hohlkörper mit einer Chargiervorrichtung, mittels welcher dem Reaktor stückiges Gut aufgegeben wird, und einer Austragsvorrichtung, mittels welcher Gut aus dem Reaktor ausgetragen wird, so ausgebildet ist, dass das Gut im Reaktor aufgrund der Schwerkraft nach unten sinkt, und wobei der Reaktor weiters zumindest eine-zwischen der Chargiervorrichtung und der Austragsvorrichtung angeordnete - Gaszuführungsleitung (5), mittels welcher Gas in den Reaktor (1) eingebracht wird, sowie zumindest eine - ebenfalls zwischen der Chargiervorrichtung und der Austragsvorrichtung angeordnete - Gasabzugsleitung,
mittels welcher Gas aus dem Reaktor abgezogen wird, aufweist, wobei die Gasabzugsleitung über oder unter der Gaszuführungsleitung (5) angeordnet ist
Es ist eine bekannte Massnahme, in Schachtanlagen bzw. Reaktoren Gase zur Behandlung der im Reaktor befindlichen Materialschüttung einzublasen und Gase nach erfolgter Behandlung der Materiaischüttung aus dem Reaktor abzuziehen
Die Gase werden dabei aus anlagentechnischen Gründen üblicherweise radial durch den Mantel des Reaktors in die Schüttung eingeblasen bzw aus diesem abgezogen. Eine wesentliche Anforderung dabei ist es, dass die Gase die Schüttung möglichst gleichmässig durchströmen.
Beispiele für solche Reaktoren (Schachtöfen) gibt es im Stand der Technik sehr viele, beispielsweise etwa in der DE 27 00 485 B2, in welcher zum Brennen von-in einer Bandtrocknungsanlage getrockneten - Pellets bis zu sechs Schachtöfen erforderlich sind.
Der Reaktordurchmesser bzw. die horizontale Querschnittsfläche des Reaktors und damit die Reaktorkapazität ist dabei allerdings durch die zu erzielende gleichmässige Durchströmung der Schüttung nach oben hin limitiert Wenn die Querschnittsabmessungen des Reaktors bestimmte, von der Korngrösse des stückigen Gutes, sowie vom Druck und der Temperatur des einzublasenden Gases abhängige Ausmasse überschreitet, ist eine gleichmässige Durchgasung der Schüttung nicht mehr gegeben. Dabei ist naturgemäss besonders jener Anteil der Schüttung, welcher sich im Zentrum des Reaktors befindet, benachteiligt
Eine ungleichmässige Durchströmung der Schuttung führt aber in der Regel zu Qualitäts- und Produktivitätseinbussen.
Aus der US 4, 118, 017 ist ein Verfahren zur Reduktion stückiger oxidischer Eisenerze in einem Schachtofen bekannt, welchem Reduktionsgas durch mehrere über den Umfang des Schachtofens verteilte Einlassöffnungen zugeführt wird. Im Kopfbereich des Schachtofens wird verbrauchtes Reduktionsgas abgezogen. In einer Kuhlzone wird dem Schachtofen ein Kuhigas durch mehrere Kühlgaskanale zugeführt, welche jeweils von einem überdachten Trog gebildet werden, in den von unten Gaszuführungsleitungen münden.
Solche Kühlgaskanäle sind zum Abziehen eines Gases aus einer Schüttung nicht geeignet und neigen darüberhinaus auch zu Verschmutzungen und Verstopfungen, sind also störanfällig.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zum Zuführen und/oder Abziehen von Gasen für einen Reaktor (1) mit einer Schüttung aus stückigem Gut, wobei der Reaktor (1) als im wesentlichen senkrecht stehender Hohlkörper mit einer Chargiervorrichtung, mittels welcher dem Reaktor stückiges Gut aufgegeben wird, und einer Austragsvorrichtung, mittels weicher Gut aus dem Reaktor ausgetragen wird, so ausgebildet ist, dass das Gut im Reaktor aufgrund der Schwerkraft nach unten sinkt, und wobei der Reaktor weiters zumindest eine-zwischen der Chargiervorrichtung und der Austragsvorrichtung angeordnete-Gaszuführungsleitung (5), mittels welcher Gas in den Reaktor (1) eingebracht wird, sowie zumindest eine - ebenfalls zwischen der Chargiervorrichtung und der Austragsvorrichtung angeordnete - Gasabzugsleitung, mittels welcher Gas aus dem Reaktor abgezogen wird, aufweist,
wobei die Gasabzugsleitung über oder unter der Gaszuführungsleitung (5) angeordnet ist.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung soll unabhängig von den Ausmassen des Reaktors eine gleichmässige Durchgasung der Schüttung gewährleisten. Sie soll sich also zum über den Reaktorquerschnitt im wesentlichen gleichmässigen Zuführen von Gas in den Reaktor bzw. in die Schüttung eignen, soll aber auch, abhängig vom Ort, an dem sie im Reaktor installiert ist, ein über den Reaktorquerschnitt im wesentlichen gleichmässiges Abziehen von Gas aus dem Reaktor bzw. aus der Schüttung ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Reaktorinnere durchsetzende
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Einbauten in der Weise vorgesehen sind, dass in ihrem Schuttungsschatten die Ausbildung schüttungsfreier Raume bewirkt wird und wobei Gaszufuhrungsleitungen und/oder Gasabzugsleitungen unterhalb der Einbauten in diese schüttungsfreien Raume münden
Durch die Abwärtsbewegung der Schuttung entstehen im Schüttungsschatten der Einbauten, also unmittelbar unterhalb davon, schüttungsfreie Raume Gasleitungen münden dort in den Reaktormantel, wo diese schuttungsfreien Räume an die Reaktorinnenwand angrenzen.
In diesen schüttungsfreien Raumen kann sich zugeführtes Gas frei verteilen und durch die Zwischenräume zwischen den Einbauten in die Schüttung und nach oben strömen
Bei einer Gasabzugsvorrichtung, weiche zwar üblicherweise über der Gaszufuhrungsvorrichtung im Reaktor angeordnet ist, aber durchaus auch darunter angeordnet sein kann, kann von unten bzw. oben aus der Schüttung kommendes Gas sich ebenfalls in den schüttungsfreien Räumen frei verteilen und vorteilhaft von in die schuttungsfreien Räume mündenden Gasleitungen aus dem Reaktor abgezogen werden.
Mittels der erfindungsgemässen Vorrichtung ist es erstmals möglich, einem Reaktor über seinen Querschnitt verteilt weitgehend gleichmässig Gas zuzufuhren als auch zu entnehmen.
Erstmals kann unabhängig von der horizontalen Querschnittsflache eines Reaktors auch die in dessen Zentralbereich befindliche Schüttung auf einfache Weise mit Gas durchströmt werden.
Dies hat zur Folge, dass Reaktoren mit gegenuber heute ublichen wesentlich erhöhter QuerschnittsflÅache, also mit wesentlich grösserer Kapazitat, konstruierbar und betreibbar sind.
Zweckmässigerweise sind die das Reaktorinnere durchsetzenden Einbauten Im wesentlichen horizontal verlaufend angeordnet und durchsetzen im wesentlichen gleichmässig voneinander beabstandet den Reaktorquerschnitt zur Gänze, sind also nicht fliegend im Reaktormantel verankert oder gelagert. Dies hat den Zweck, dass die unter den Einbauten befindlichen schüttungsfreien Räume nicht "blind" in der Schüttung enden, sondern jeweils an zumindest zwei Enden von Reaktorinnenwänden begrenzt sind, wo jeweils Gasleitungen in den schüttungsfreien Raum münden
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung sind zumindest zwei balkenförmige Einbauten nebeneinander angeordnet.
Aus konstruktionsbedingten Gründen sind alle Einbauten jeweils einer Vorrichtung in einer Ebene nebeneinander angeordnet Die Anzahl der Einbauten ist dabei im wesentlichen von der Reaktorgeometrie, sowie von der mittleren Korngrösse des stückigen Gutes abhängig und wird zweckmässigerweise so gewählt, dass das stückige Gut durch die Zwischenräume zwischen den Einbauten nach unten sinken kann und gleichzeitig die geforderte gleichmässige Durchgasung der Schüttung gegeben ist
Nach diesem Merkmal sind die Einbauten vorteilhafterweise als einzelne, balkenförmige Einbauten ausgefuhrt. Die schüttungsfreien Räume haben hier also die Form von schüttungsfreien Kanälen, weiche das Reaktorinnere jeweils von einer Innenwand zur gegenüberliegenden durchsetzen.
Damit sich die schüttungsfreien Kanäle unterhalb der Einbauten bilden können, 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 der mittleren Korngrösse des stückigen Gutes beträgt, wobei eine Breite vom 15- bis 25-fachen der mittleren Korngrösse besonders bevorzugt ist
Um eine ausreichende Durchlässigkeit der Gesamtheit der Einbauten jeweils einer Vorrichtung zu gewährleisten, ist es zweckmässig, wenn die Einbauten voneinander jeweils zumindest um das Dreifache, vorzugsweise zumindest das Fünffache 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.
Vorzugsweise sind eine Anzahl von Einbauten mit beiden Enden an der Reaktorinnenwand oder im Reaktormantel verankert.
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Alternativ oder zusätzlich dazu ist eine Anzahl von Einbauten um ihre Längsachse oszillierend drehbar angeordnet, also nicht im Reaktormantel verankert, sondern dort drehbar gelagert.
Zweckmässigerweise sind dabei, verteilt über die Oberseite dieser drehbar gelagerten Einbauten, Brecherzähne angeordnet, sodass die zwischen den Einbauten absinkende Schüttung infolge der oszillierenden Drehbewegung der Einbauten mittels der Brecherzähne zusätzlich aufgelockert wird.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung sind die Einbauten als Gasverteilungsboden ausgeführt, welcher von einer sich über den Reaktorquerschnitt erstreckenden, mit Ausnehmungen versehenen, Lochplatte gebildet wird.
Ein solcher Gasverteilungsboden ist 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 als Vorrichtung zum Abziehen von Gas angewendeten 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 der mittleren Korngrösse des stückigen Gutes beträgt, um die Ausbildung der schüttungsfreien Kanäle unterhalb des Gasverteilungsbodens zu gewährleisten. Eine Breite vom 15- bis 25-fachen der mittleren Korngrösse ist dabei wiederum besonders bevorzugt
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 Korngrösse des stückigen Gutes beabstandet.
Der vertikale, normal zur Längsachse jeweils einer der Einbauten stehende Querschnitt jeweils eines Steges weist wiederum 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.
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.
Die Form der Ausnehmungen des Gasverteilungsbodens ist vorzugsweise im wesentlichen quadratisch oder rechteckig. Davon abweichende Formen, beispielsweise rund oder sechseckig, sind aber ebenfalls geeignet.
Gemäss eines vorteilhaften Merkmals der erfindungsgemässen Vorrichtung ist über über den das Reaktorinnere durchsetzenden Einbauten 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 auf ihrem Umfang angeordneten Brecherzähnen ausgebildet ist.
Das in die Schüttung eingeleitete Gas verteilt sich bei Einsatz der erfindungsgemässen Vorrichtungen gleichmässig in der Schüttung. Dieser Vorteil wirkt sich besonders bei der als Gasverteilungsboden beschriebenen Ausgestaltungsform aus. Eine gleichmässige Durchströmung der Schüttung führt wiederum zu einer Steigerung der Produktqualität und der Anlagenproduktivität bei unverändertem Reaktordesign.
Weiters kann durch die Anwendung der erfindungsgemässen Vorrichtungen als Gaszuführungsvorrichtung einerseits und als Gasabzugsvorrichtung andererseits die Querschnittsfläche von Schachtanlagen und Reaktoren grösser als bisher ausgeführt werden, wodurch die Realisierung wesentlich grösserer Anlagen möglich ist
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Vorrichtungen, insbesondere bei der Anwendung eines Gasverteilungsbodens als Gasabzugsvorrichtung, besteht darin, dass eine Entmischung der
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Schuttung, die aus unterschiedlichen Korngrössen des stückigen Gutes resultiert und besonders bei der Beschickung des Reaktors auftritt, weitgehend verhindert wird
Die erfindungsgemässen Vorrichtungen können für jeden Reaktor, bei dem Gas möglichst gleichmassig durch eine Schüttung gefuhrt werden soll,
vorteilhaft eingesetzt werden Insbesondere betrifft dies metallurgische Reduktions- und Schmelzreduktionsanlagen. Als besonders geeignete Beispiele seien Schachtöfen zum Hartbrennen von Pellets, Direktreduktionsschächte zur Herstellung von Eisenschwamm, sowie Einschmelzvergaser und Hochöfen zur Herstellung von flussigem Roheisen genannt.
Nachfolgend sind die erfindungsgemassen Vorrichtungen in den Zeichnungen Fig 1 bis Fig 5 näher erläutert.
Fig. 1 Schrägriss eines Reaktorausschnitts mit balkenförmigen Einbauten mit trapezförmigem
Querschnitt
Fig. 2 Frontaiansicht eines Reaktorausschnitts mit balkenförmigen, oszillierend drehbar gelagerten Einbauten.
Fig 3 : Draufsicht eines Einbauelementes mit über dessen Oberseite verteilten Brecherzähnen.
Fig 4 : Schrägriss eines Reaktorausschnitts mit balkenförmigen Einbauten mit darüber angeordneten Bewegungsvorrichtungen
Fig. 5 : Draufsicht auf eine als Lochplatte ausgeführte Gasverteilungsvorrichtung.
Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt eines Reaktors 1 mit quadratischer Querschnittsfläche im Schrägriss. Balkenförmige Einbauten 2 mit trapezförmigem Querschnitt durchsetzen dabei das Reaktorinnere von einer Wand zur gegenüberliegenden. Unterhalb jeder dieser Einbauten 2 bildet sich aufgrund der Abwärtsbewegung (angedeutet durch Pfeile 3) der im Reaktor 1 enthaltenen Schüttung ein schüttungsfreier Raum 4 aus. in die schüttungsfreien Räume 4 münden Gasleitungen durch welche, wie in Fig 1 dargestellt Gas in den Reaktor eingebracht wird, oder, falls Gas aus dem Reaktor bzw aus der Schüttung abgezogen wird, Gas abgezogen, also abgesaugt wird.
Weitere Gasleitungen können auf der gegenüberliegenden Reaktorseite in die schüttungsfreien Räume 4 münden, diese weiteren Gasleitungen sind in Fig. 1 nicht dargestellt.
Das zugeführte Gas kann sich in den schüttungsfreien Räumen 4, die aufgrund der Form der Einbauten 2 als Kanäle ausgebildet sind, frei verteilen, dringt in die Schüttung ein und steigt an den Einbauten 4 vorbei in der Schuttung nach oben 6.
Fig. 2 zeigt eine Frontalansicht eines Ausschnitts eines Reaktors 1 mit balkenförmigen Einbauten 2 mit halbkreisförmigem Querschnitt. Unter den Einbauten 2 sind die schüttungsfreien Räume 4 angedeutet. Die Einbauten 2 sind nicht starr in der Reaktorwand verankert, sondern es ist jede der Einbauten 2 um jeweils eine Achse 7 drehbar. An der Oberseite der Einbauten sind Brecherzähne 8 angeordnet, die bei der oszillierenden Drehbewegung der Einbauten die Schüttung auflockern.
Fig. 3 zeigt eine der Einbauten 2 aus Fig 2 in einer Draufsicht mit einer möglichen Anordnung der Brecherzähne 8
Fig 4 zeigt eine Frontalansicht eines Ausschnitts eines Reaktors 1 mit balkenförmigen Einbauten 2 mit dreieckigem Querschnitt. Unter den Einbauten 2 sind die schüttungsfreien Räume 4 angedeutet. Ober den Einbauten 2 sind Bewegungsvorrichtungen 9 angeordnet, weiche in bekannter Weise als Clusterbrecher ausgebildet sind und von jeweils einer antreibbaren Walze mit Ober 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 auf, bzw. dienen zum Aufbrechen von Zusammenbackungen zwischen den Agglomeraten.
Fig. 5 zeigt in einer Draufsicht eine als Gasverteilungsboden 10 ausgeführte erfindungsgemässe Vorrichtung.
Ober den gesamten Querschnitt des Reaktors 1 erstreckt sich ein als Lochplatte ausgeführter Gasverteilungsboden 10. Durch die Ausnehmungen 11 des Gasverteilungsbodens 10 sinkt die Schüttung nach unten, wobei sich unterhalb des Gasverteilungsboden 10 hier ein Gitter aus einander überkreuzenden schüttungsfreien Kanälen ausbildet. Bei dieser Ausgestaltungsform können von einer, mehreren oder allen Seiten des Reaktors 1 Gasleitungen 5 in die schüttungsfreien Räume münden.
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Die Form der Ausnehmungen 11 des Gasverteilungsboden 10 ist nicht auf die in Fig 5 dargestellte rechteckige Ausführung beschränkt Die Ausnehmungen können auch, beispielsweise abhängig von der Geometrie des Reaktorquerschnitts, quadratische, aber auch runde, sechseckige oder dgl Formen aufweisen.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die in den Fig 1 bis 3 dargestellten Ausfuhrungsbeispiele, sondern umfasst auch alle dem Fachmann bekannten Mittel, die zur Ausfuhrung der Erfindung herangezogen werden konnen
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum Zuführen und/oder Abziehen von Gasen für einen Reaktor (1) mit einer
Schüttung aus stückigem Gut, wobei der Reaktor (1) als im wesentlichen senkrecht stehender Hohlkörper mit einer Chargiervorrichtung, mittels welcher dem Reaktor stückiges Gut aufgegeben wird, und einer Austragsvorrichtung, mittels welcher Gut aus dem Reaktor ausgetragen wird, so ausgebildet ist, dass das Gut im Reaktor aufgrund der
Schwerkraft nach unten sinkt,
und wobei der Reaktor weiters zumindest eine-zwischen der Chargiervorrichtung und der Austragsvorrichtung angeordnete -Gaszuführungsleitung (5), mittels welcher Gas in den Reaktor (1) eingebracht wird, sowie zumindest eine- ebenfalls zwischen der Chargiervorrichtung und der Austragsvorrichtung angeordnete -
Gasabzugsleitung, mittels welcher Gas aus dem Reaktor abgezogen wird, aufweist, wobei die Gasabzugsleitung über oder unter der Gaszuführungsleitung (5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Zuführen und/oder Abziehen von
Gasen das Reaktorinnere durchsetzende Einbauten (2, 10) in der Weise aufweist, dass in ihrem Schüttungsschatten die Ausbildung schüttungsfreier (4) Räume bewirkt wird und wobei Gaszuführungsleitungen (5) und/oder Gasabzugsleitungen unterhalb der Einbauten (2, 10) in diese schüttungsfreien Räume (4)
münden.