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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Granulieren und Zerkleinern von flüssigen Schlacken, bei welchem flüssige Schlacken in eine Expansionskammer und eine Kühlzone einge- bracht werden, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einem Schlackentundish für die Aufnahme flüssiger Schlacken, an welchen eine Expansionskammer angeschlossen ist.
Zum Granulieren und Zerkleinern von flüssigen Schlacken wurde bereits vorgeschlagen, derartige flüssige Schlacken mit Dampf oder Treibgasen in Granulierräume auszustossen. In weiterer Folge wurde eine Zerkleinerung auch in Strahlmühlen unter Verwendung von Treibgasstrahlen vorgenommen. Ausgehend von Schlackentemperaturen zwischen 1400 und 1600 C besteht bei derartigen Verfahrensweisen in aller Regel aufgrund der relativ hohen Temperaturdifferenz zwischen dem Treibgasstrahl und der flüssigen Schlacke die Gefahr der Ausbildung mehr oder minder grosser Agglomerate sowie die Gefahr einer Fadenbildung, welche in der Folge den Zerkleinerungsaufwand erhöht und die Abkühlgeschwindigkeit empfindlich verringert. Zur Erzielung einer glasigen Erstarrung wurde bisher vorrangig die Abkühlung der flüssigen Schlacken möglichst rasch durchgeführt.
Gemäss einem weiteren unveröffentlichten Vorschlag der Anmelderin wurde die flüssige Schlacke mit Verbrennungsabgasen in den Granulierraum ausgestossen, um die Gefahr eines Verlegens der Schlackenaustrittsöffnung aus dem Schlackentundish durch erstarrende Schlacke zu reduzieren. Bei einer derartigen Verfahrensweise gelangen die in den Granulierraum eingestossenen Schlackenpartikel mit wesentlich höherer Temperatur in eine nachgeschaltete Kühlzone, wobei die höheren Temperaturen eine geringere Schlackenviskosität und eine Verringerung der Oberflächenspannungen der Schlackentröpfchen zur Folge haben, sodass eine feinere Zerteilung der Schlackentröpfchen beim Eintreten in die Kühlzone erzielt wurde.
Die feine Dispersion von Schlackentröpfchen führte dabei zu entsprechend kleinen Tröpfchen mit relativ hoher spezifischer Oberfläche, sodass die Abkühlung in kleiner bauenden Kühlkammern erreicht werden konnte. Der Einbau von Brennern im Bereich des Tundish-Schlackenauslaufes führt aber zu einem hohen konstruktiven und apparativen Aufwand, wobei der Einstoss von Gas in die flüssigen Schlacken prinzipiell eine Ausbildung von Schlackenschaumtröpfchen begünstigt, da Gase in flüssigen Schlacken, beispielsweise bei 1600 C, relativ hohe Löslichkeiten aufweisen. So können beispielsweise bei 1600 C und Atmosphärendruck ungefähr 0,4 Gew. % Stickstoff in Schlacken gelöst werden, wobei diese Löslichkeit von Gasen in flüssigen Schlacken druck- und temperaturabhängig ist.
Bei entsprechend geringerem Druck sind daher entsprechende geringere Gasmengen in Schlacken gleicher Temperatur lösbar.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, die Ausbildung von porösen Schaumteilchen weitestgehend zu verhindern und ohne zusätzlichem Einbau von Brennern oder Gaslanzen im Bereich des Schlackentundishauslaufes eine rasche und effiziente Zerkleinerung der Schlackenteilchen zur Ausbildung feinster dispergierter Teilchen zu gewährleisten.
Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemässe Verfahren im wesentlichen darin, dass die flüssige Schlacke in eine unter Unterdruck stehende Expansionskammer eingesaugt und mit einem Treibstrahl in die Kühlzone transportiert wird. Dadurch, dass die Schlacke in eine unter Unterdruck stehende Expansionskammer eingesaugt wird, erfolgt eine plötzliche Druckabsenkung an der Drosselstelle am Übergang vom Tundishauslauf zur Unterdruckkammer, in welcher das in der flüssigen Schlacken gelöste Gas explosionsartig expandiert und dabei den Schlackenstrom in feinste Schlackenteilchen zerreisst.
Diese feinsten Schlackentröpfchen können an denjenigen Stellen, an welchen sie mit dem Treibstrahl beaufschlagt werden, um in der Folge in eine Kühlzone transportiert zu werden, über Scherkräfte leicht weiter zerrissen werden, sodass unmittelbar eine feinste Dispersion vorliegt, welche in der Folge in relativ kleinbauenden Kühlzonen zu glasiger Erstarrung gebracht werden kann. Prinzipiell können diese feinsten Schlackentröpfchen aufgrund ihrer hohen relativen Oberfläche bereits im Bereich des Kontaktes mit dem Treibstrahl erstarren bzw. teilweise eingefroren werden, wobei je nach verwendetem Medium für den Treibstrahl ein unterschiedliches Quenchen eintritt, sodass mit Variation des Treibstrahlmediums eine einfache Anpassung an die jeweils vorgegebene Schlackenzusammensetzung zur Erzielung einer möglichst feinen Dispersion an Schlackentröpfchen vorgenommen werden kann.
Da die Düsen für das Einbringen des Treibstrahles nicht unmittelbar mit der heissen Schlacke beaufschlagt werden, können derartige Düsen wesentlich einfacher ausgebildet werden und mit geringerem
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konstruktiven Aufwand betriebssicher gestaltet werden.
Als Treibstrahlmedium kommen, wie bereits erwähnt, unterschiedliche Medien in Betracht und es kann in der Praxis beispielsweise Heissluft, Heissdampf oder Druckwasser eingesetzt werden.
Die Wahl des Mediums bestimmt die Konstruktion der Treibstrahldüsen in der Expansionskammer, wobei durch den Treibstrahl der entsprechende Unterdruck aufgebaut werden soll. Zu diesem Zweck wird das erfindungsgemässe Verfahren mit Vorteil so durchgeführt, dass der Treibstrahl quer zur Eintrittsrichtung der flüssigen Schlacke in die Unterdruckkammer eingestossen wird. Bei einer derartigen Konstruktion, welche im wesentlichen mit dem Konstruktionsprinzip einer Wasserstrahlpumpe vergleichbar ist, wird durch den quer zur Eintrittsrichtung der flüssigen Schlacke orientierten Treibstrahl gleichzeitig auch der erforderliche Unterdruck ausgebildet, wobei der Treibstrahl in der Folge den feinsten Schlackentröpfchen die erforderliche kinetische Energie für den Transport durch die Kühlzone und gegebenenfalls in eine nachgeschaltete Mühle vermitteln soll.
Mit Vorteil wird zu diesem Zwecke als Treibstrahl Hochdruckwasser mit einem Druck über 50 bar, vorzugsweise über 200 bar, eingesetzt, wodurch ein besonders geringer konstruktiver Aufwand gewährleistet wird, da aufwendige Massnahme für eine Dampfaufbereitung auf ein Minimum reduziert werden können. Im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens kann aber auch so vorgegangen werden, dass als Treibstrahl überhitzter Dampf mit Temperaturen von über 800 C, vorzugsweise über 1000 C, bei einem Druck von über 7 bar, vorzugsweise 10 bar, eingesetzt wird, wobei je nach gewählten Dampfparametern der Dampfverbrauch auf etwa 100 bis 500 kg Dampf/t Schlacke verringert werden kann.
Die Kühlzone kann als Strahlungskühler ausgebildet sein, in welcher gegebenenfalls der bei Verwendung von Dampf als Treibstrahl erforderliche Dampf gebildet werden kann. Ein derartiger Dampf kann in der Folge mit konventionellen regenerativen Überhitzern (Cowper) auf die geforderten Temperaturen für den Treibstrahl aufgeheizt werden.
Um eine besonders feine Dispersion der Schlackentröpfchen und ein schlagartiges Entgasen in der Expansionskammer zu gewährleisten, wird mit Vorteil das Verfahren so durchgeführt, dass der Druck in der Expansionskammer auf unter 0,7 bar, vorzugsweise unter 0,5 bar, eingestellt wird.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist, wie eingangs erwähnt, einen Schlackentundish für die Aufnahme flüssiger Schlacken auf, an welchen eine Expansionskammer angeschlossen ist. Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist hiebei im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionskammer eine quer zur Achse der Schlackeneintrittsöffnung orientierte Strahldüse aufweist und dass in Richtung der Achse der Strahldüse im Anschluss an die Expansionskammer eine Kühlkammer und gegebenenfalls eine nachgeschaltete Strahlmühle angeordnet ist. Durch die quer zur Achse der Schlackeneintrittsöffnung orientierte Strahldüse kann der in der Expansionskammer geforderte Unterdruck ausgebildet werden, wobei im Falle der Verwendung von Hochdruckwasser ein Zweiphasengemisch aus überhitzten Wasserdampf und Schlackenmikrogranulat gebildet wird.
Eine Anordnung derartiger Strahldüsen quer zur Schlackeneintrittsöffnung bedeutet in der Regel eine im wesentlichen horizontale Anordnung dieser Achse, sodass unmittelbar die gewünschte Bewegungsrichtung in eine nachgeschaltete Strahlmühle, insbesondere Gegenstrahlmühle, ohne weitere Richtungsumkehr erzielt werden kann.
Zur Aufrechterhaltung des in der Expansionskammer gewünschten Unterdruckes ist der Schlackeneinlauf als Drossel ausgebildet. Mit Vorteil ist der Schlackeneinlauf als regelbares Drosselventil mit einem verstellbaren Ventilstössel ausgebildet.
Mit Vorteil ist die Expansionskammer als Strahlpumpe ausgebildet, wobei die Konstruktionsprinzipien einer derartigen Strahlpumpe den Konstruktionsprinzipien einer konventionellen Wasserstrahlpumpe im wesentlichen entsprechen.
Bedingt durch die besonders feine Schlackendispersion aufgrund der explosionsartigen Entgasung kann eine nachgeschaltete Kühlkammer besonders kleinbauend ausgebildet sein und mit Vorteil als Strahlungskühlkammer mit wasser- bzw. dampfgekühlten Wänden ausgebildet sein.
Bei der Ausbildung der Strahlungskühlkammer als wasser- oder dampfdurchströmte Ringkammern, wie dies einer bevorzugten Weiterbildung entspricht, sind an diese Ringkammern Leitungen für die Ableitung von Dampf, insbesondere Sattdampf, angeschlossen, wobei der abgezogene Dampf über einen Wärmetauscher bzw. Überhitzer der Strahlpumpe zugeführt werden kann.
Prinzipiell kann auf eine aufwendige Dampfaufarbeitung verzichtet werden, wenn
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weitestgehend mit Hochdruckwasser als Treibstrahl sowohl für die Erzielung des Unterdruckes in der Expansionskammer als auch in einer nachfolgenden Mühle gearbeitet wird. Mit Vorteil ist daher die Ausbildung so getroffen, dass in der Strahlmühle auf je einen Mahlpunkt gerichtete Düsen für Hochdruckwasser in wenigstens zwei in Richtung der Achse des eintretenden Schlackengranulat- strahles benachbarten Ebenen angeordnet sind. Bei ausschliesslicher Verwendung von Hochdruckwasser kann der Aufwand für eine Dampfaufarbeitung weitestgehend entfallen, wobei allerdings prinzipiell je nach Schlackenzusammensetzung die Gefahr besteht, dass in der Expansionskammer Fäden bzw. Schlackenwolle ausgebildet wird.
Derartige kurze Mikrofäden können aber in einer nachfolgenden Mühle, welche gleichfalls wiederum mit Hochdruck- wasserstrahlen betrieben wird, durch den Thermoschock und durch die hohe Kinetik des Treibwasserstrahles sicher desintegriert werden. Prinzipiell sind aber auch kombinierte Verfahren möglich, bei welchen neben Wasserstrahlmühlen auch Dampfstrahlmühlen, beispielsweise in Form von bekannten Gegenstrahl-Fliessbettmühlen zum Einsatz gelangen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In dieser zeigen Fig. 1 eine erste Ausbildung der erfindungsgemässen Vorrichtung und Fig. 2 eine abgewandelte Ausbildung mit angeschlossener Strahlmühle teilweise im Schnitt.
In Fig. 1 ist ein Schlackentundish 1 ersichtlich, in welchem flüssige Schlacke 2 enthalten ist.
Der Schlackentundish 1 verfügt über eine Drosselstelle 3, welche gleichzeitig den Schlackeneinlauf in eine nachgeschaltete Expansionskammer 4 darstellt. Dieser Schlackeneinlauf 3 ist als Drosselventil ausgebildet, wobei ein in Richtung des Doppelpfeiles 5 verstellbarer Ventilstössel 6 zur Einstellung des gewünschten Drosselquerschnittes im Schlackentundish 1 angeordnet ist.
An der Expansionskammer 4 ist eine Strahldüse 7 angeschlossen, über welche ein Treibstrahl, beispielsweise ein Hochdruckwasserstrahl oder ein Dampfstrahl, in die Expansionskammer 4 eingestossen werden kann. Aufgrund des Injektorprinzipes bzw. der Ausbildung als Strahlpumpe wird in der Expansionskammer 4 ein Unterdruck aufgebaut, welcher es ermöglicht, die flüssige Schlacke 2 über die Drosselstelle des Schlackeneinlaufes 3 entsprechend anzusaugen, wobei die angesaugten erstarrenden Schlacken partikel schematisch mit 8 angedeutet sind. Die Schlackenpartikel 8 werden in der Folge vom Strahl 9 erfasst und werden in eine Kühlkammer 10 transportiert, welche als Diffusor ausgebildet ist.
Die Kühlkammer 10 ist hiebei als Strahlungs- kühlkammer ausgebildet und weist an Ihrem Ende einen Flansch 11 für den Anschluss nachgeschalteter Einrichtungen, beispielsweise einer Strahlmühle, auf. Die Schraubverbindung des Flansches 11 mit nachgeschalteten Einrichtungen ist schematisch mit 12 angedeutet.
Bei der Ausbildung nach Fig. 1 erfolgt in der Expansionskammer 4 aufgrund des vorherrschenden Unterdruckes bzw. der Druckabsenkung eine rasche Desintegration, wobei zur Erzielung des Unterdruckes ein Hochdruckwasserstrahl mit einem Druck von über 100 bar eingesetzt werden kann.
Am Übergang von der Expansionskammer in die Kühlkammer verengt sich der Querschnitt und es werden hohe Scherkräfte auf die beschleunigten Schlackenpartikel ausgeübt, worauf nachfolgend in dem sich im wesentlichen konisch erweiternden Bereich des Diffusors bzw. der Kühlkammer 10 eine weitere Temperaturabsenkung unter Verdampfung von Wasser auftritt. Die Partikel verlassen die Kühlkammer mit mittleren Durchmessern zwischen 5 und 250 m, wobei gemeinsam mit Mikroschlackenpartikeln überhitzter Wasserdampf mit einem Druck von ungefähr 10 bar und etwa 430 C abgezogen wird.
Bei der Ausbildung nach Fig. 2 ist zusätzlich zu den bereits in Fig. 1 dargestellten Bauteilen, nämlich dem Schlackentundish 1, der Expansionskammer 4 und der Kühlkammer 10 eine Strahlmühle 13 vorgesehen, in welche Hochdruckwasserstrahlen über Ringkanäle 14 und 15 radial in Richtung der jeweiligen Mahlpunkte 16 und 17 eingestossen werden.
Die Kühlkammer weist nun flüssigkeits- oder dampfgekühlte Wände auf, wobei in der Wand der Kühlkammer 10 ein ringförmiger Kanal 18 vorgesehen ist, welcher mit Wasser oder Dampf gespeist wird. Aus diesem ringförmigen Kanal 18 wird über eine Leitung 19 Dampf abgezogen und gegebenenfalls gemeinsam mit aus der nachfolgenden Strahlmühle 13 über eine Leitung 20 abgezogenen Dampf bei 21 gesammelt und einem Regenerativ-Wärmetauscher 22 zugeführt. Die Ventile des Regenerativ-Wärmetauschers sind hiebei mit 23 bezeichnet und erlauben die alternative Beladung und Entladung der jeweiligen Regenerativ-Wärmetauscher, sodass in der
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Leitung 24 Hochtemperaturdampf bei Temperaturen von über 1000 C und etwa 10 bar zur Verfügung steht.
Derartiger hoch überhitzter Dampf kann über die Düse 7 in die als Strahlpumpe wirkende Expansionskammer 4 eingedüst werden, wobei die Aufrechterhaltung des erforderlichen Unterdruckes wiederum durch Einstellung des Drosselquerschnittes im Schlackeneinlauf 3 erfolgen kann. Auch hier erfolgt wiederum in der Expansionskammer 4 eine rasche Desintegration aufgrund des vorherrschenden Unterdruckes, wobei die gekühlten Partikel mit Temperaturen von unter 1000 C die Kühlkammer 10 verlassen und in die nachfolgende Strahlmühle 13 gelangen. Die Mahlpunkte 16 und 17 liegen hiebei im wesentlichen auf der Achse der Düse 7, wobei das zerkleinerte Material gemeinsam mit überhitztem Dampf bei Temperaturen von etwa 400 C und einem Druck von 3 bis 5 bar über die Leitung 25 abgezogen und einem Filter oder Zyklon 26 zugeführt wird.
Die abgeschiedenen Feststoffe werden über die Leitung 27 ausgebracht und werden gegebenenfalls weiter vermahlen, wohingegen der verbleibende überhitzte Dampf gemeinsam mit dem aus den Ringkammern 18 der Kühlkammer abgezogenen Dampf dem Regenerativ-Wärmetauscher rückgeführt wird. In der Strahlmühle 13 kann wiederum Hochdruckwasser mit einem Druck von über 100 bar eingesetzt werden, um eine wirkungsvolle Zerkleinerung zu gewährleisten.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Granulieren und Zerkleinern von flüssigen Schlacken, bei welchem flüssige
Schlacken in eine Expansionskammer und eine Kühlzone eingebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssige Schlacke in eine unter Unterdruck stehende
Expansionskammer eingesaugt und mit einem Treibstrahl in die Kühlzone transportiert wird.