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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Granulieren und Zerkleinern von Schlackenschmelzen zur Herstellung von hydraulisch aktiven Bindemitteln oder Bindemittelzusatzen, bei welchem die Schlacken mit einem Treibstrahl in eine Kühl- bzw. Expansionskammer ausgestossen werden sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Für das Granulieren und Zerkleinern von flüssigen Schlackenschmelzen wurden eine Reihe von Verfahren vorgeschlagen, bei welchen die flüssigen Schlackenpartikel mit einem Treibstoff in eine Kühl- bzw. Expansionskammer ausgestossen wurden und mit Wasser oder Wasserdampf beaufschlagt wurden, sodass eine rasche Abkühlung und glasige Erstarrung der Schmelzen erreicht wurde. Derartige Verfahren sind beispielsweise in der AT-B 405 511, der EP 683 824 oder der EP 963 447 zu entnehmen. Zur Kühlung wurde unter anderem bereits vorgeschlagen, Kohlenwasserstoffe in die Kühl- bzw. Expansionskammer einzustossen, wodurch der Temperaturgradient der Abkühlung wesentlich gesteigert werden konnte und gleichzeitig die fühlbare Wärme der Schlackenschmelze als chemische Energie gespeichert werden konnte.
Als Treibstrahl für den Ausstoss von flüssigen Schlackenschmelzen wurde neben Wasser und Wasserdampf auch heisse Verbrennungsabgase vorgeschlagen, wobei die bekannten Einrichtungen eine relativ grossbauende Kühl- bzw. Expansionskammer erforderten. Die Schlackenschmelze gelangte über einen Tundishauslauf an der Unterseite des Schlackentundish in die darunter angeordnete Kühl- bzw.
Expansionskammer, wobei dann, wenn zusätzlich Treibgase eingestossen werden und die Teilchen entsprechend beschleunigt werden, um eine rasche und feine Dispersion der Schlackenteilchen zu erzielen, eine entsprechend lange Kühlstrecke erforderlich war
Das erfindungsgemässe Verfahren zielt nun darauf ab, die Abmessungen der erforderlichen Kühl- und Expansionskammer wesentlich zu verringern und mit besonders kleinbauenden Einrichtungen das Auslangen zu finden und somit auf wesentlich kürzerer Wegstrecke eine rasche Abkühlung und glasige Erstarrung von Schlackenschmelzen zu erzielen. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemässe Verfahren im wesentlichen darin, dass der Ausstoss entgegen der Richtung der Schwerkraft vorgenommen wird.
Dadurch, dass der Ausstoss der Schlackentröpfchen entgegen der Richtung der Schwerkraft vorgenommen wird, gelangen die ausgestossenen Schlackentröpfchen im Zustand des Erstarrens in intensive Kollision mit aufgrund der Schwerkraft wiederum herabsinkenden Partikel, sodass neben der Zerklemerungswirkung, wie sie durch das Zerstäuben und das Ausstossen der Schlacken mit einem Treibstrahl und das nachtragliche Aufsprühen oder Aufblasen von kühlenden Gasen erzielt wird, ein zusatzlicher Zerkleinerungseffekt hinzutritt, welcher sich aufgrund der entgegenströmenden feinen Teilchen durch direkte Kollision mit diesen ergibt.
Insgesamt wird somit neben einer intensiven Zerstäubung gleichzeitig auch ein hohes Mass an mechanischen Kollisionen gewährleistet, welche zu einer raschen Desintegration und zu einer wesentlich feineren Zerteilung der Partikel führt, was wiederum gleichzeitig die Abkühlgeschwindigkeit und den Temperaturgradienten der Kühlung erhöhen lässt, wodurch insgesamt mit wesentlich kleinerbauenden Kühl- oder Expansionskammern das Auslangen gefunden werden kann.
Mit Vorteil wird das erfindungsgemässe Verfahren hiebei so durchgeführt, dass das aus der
Kühl- und Expansionskammer abgezogen Pulver-Dampfgemisch einer Feststofftrennung unterworfen wird und dass der Feinstaub und Dampf enthaltende Gasstrom aus der Feststofftrennung über einen Kondensator geführt wird, welchem Frischwasser zur Ergänzung der Wasser bzw. Dampfverluste zugesetzt wird, worauf gegebenenfalls nach einem Klärbecken das geklärte Wasser zur
Kühlung der Wände der Kühl- bzw. Expansionskammer eingesetzt wird. Ein weiterer für die wirt- schaftliche Durchführung des Verfahrens wesentlicher Faktor besteht im Wasserbedarf und im Anfall an hohen Mengen an zu reinigendem Abwasser.
Durch die erfindungsgemässe Verfahrensführung, bei welcher das aus der Kühl- und Expansionskammer abgezogene Pulver-Dampfge- misch zunächst einer Feststofftrennung beispielsweise einer Staubabscheidung in Form eines
Filters oder eines Zyklons unterworfen wird, gelingt es einen lediglich Feinstaub und Dampf enthal- tenden Gasstrom aus der Feststofftrennung abzuführen, welcher in der Folge über einen Konden- sator geführt werden kann. Da bei derartigen Verfahren naturgemäss Dampf- bzw. Wasserverluste nicht ausgeschlossen werden können, muss Frischwasser zugesetzt werden, wobei auch Frisch- wasser im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens üblicherweise einer Wasseraufbereitung und insbesondere einer Enthärtung unterzogen werden muss, um sicherzustellen, dass Dampfdüsen oder Dampfleitungen nicht im Zuge des Betriebes verlegt werden.
Dadurch, dass aber nun das
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Frischwasser zur Ergänzung der Wasser- bzw. Dampfverluste dem noch Feinstaub enthaltenden Dampf zugesetzt wird, gelingt es einen Grossteil der temporären Härte bereits unmittelbar im Kondensator und im nachfolgenden Klärbecken abzubauen. Gegebenenfalls kann bei grosser Wasserhärte auch zusätzlich bereits abgeschiedenes Schlackenpulver in entsprechender Menge zugesetzt werden. Die Umsetzung von Kalziumhydrogencarbonat mit Kalziumhydroxid aus den basischen Schlacken, welche auch im ausgetragenen Feinstaub noch enthalten ist, führt unmittelbar zur Fällung von Kalziumcarbonat, da Kalziumcarbonat zum Unterschied von Kalziumhydrogencarbonat nur eine geringe Restlöslichkeit aufweist.
Das zugesetzte Frischwasser wird somit wirkungsvoll entkalkt und im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens nach dem Klärbecken gemeinsam mit dem kondensierten und gereinigten Dampf in das Verfahren rezirkuliert und beispielsweise zur Kühlung der Wände der Kühl- bzw. Expansionskammer eingesetzt. Erforderlichenfalls kann hiebei so vorgegangen werden, dass das geklärte Wasser nach Fällung und Abtrennung von CaC03 im Klärbecken über eine weitere Wasseraufbereitung, wie z.B. einen Ionenaustauscher oder Enthärter, geführt wird, womit beispielsweise auch Sulfathärte und andere störende Salze in lösungsstabile Alkalisalze übergeführt werden können.
Das zur Kühlung der Wände der Kühl- und Expansionskammer eingesetzte Wasser kann in der Folge in der Kühl- bzw. Expansionskammer zum Quenchen der flüssigen Schlackenschmelzen in der Kühl- und Expansionskammer herangezogen werden, wofür mit Vorteil so vorgegangen wird, dass das zur Kühlung der Wände der Kühl- bzw. Expansionskammer eingesetzte Wasser über einen Dampfüberhitzer geführt wird und als Treibgas eingesetzt wird.
Insgesamt gelingt es auf diese Weise die ursprünglich eingesetzte Wassermenge zum überwiegenden Teil im Kreislauf zu führen und gegebenenfalls zur Ergänzung benötigtes Frischwasser im Rahmen des Verfahrens wirtschaftlich zu enthärten, sodass es unmittelbar für das Granulier- und Zerkleinerungsverfahren eingesetzt werden kann.
Prinzipiell darf davon ausgegangen werden, dass der aus dem Staubabscheider abgezogene Dampf in der Regel maximal 60 mg Feinstaub/Nm3 Dampf enthält. Da die oxidischen Schlackenschmelzen, welche zur Herstellung von hydraulisch aktiven Bindemitteln oder Bindemittelzusätzen zerstäubt werden, einen hohen Kalziumoxidanteil aufweisen, kann eine derartige Menge Feinstaub unter Ausbildung von CaOH2 den pH-Wert des Kondensats auf bis zu 11anheben. Diese Voraussetzungen erlauben eine rasche und sichere Fällung von Kalziumcarbonat aus Kalziumhydrogencarbonat, sodass praktisch härtefreies Speisewasser nach dem Zusatz von Frischwasser verbleibt Für den Fall, dass eine H2S- bzw. S02-Entwicklung im System beobachtet wird, kann der hohe Kalziumoxidanteil des Feinstaubes auch dazu ausgenutzt werden, eine Entschwefelung vorzunehmen.
Die dabei stattfindende Reaktion
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Kann im Staubabscheider, aber auch schon auf dem Weg von der Kühl- und Expansionskammer zum Staubabscheider beobachtet werden. Wenn zusätzlich ein Ionenaustauscher, beispielsweise ein mit Natriumionen beladener saurer Ionenaustauscher, für die Restenthärtung eingesetzt wird, wird eine vollständige Enthärtung des Speisewassers erzielt, wobei die verbleibenden Natriumionen in der Folge quantitativ in die erstarrende Schlackenschmelze eingebunden werden, sodass eine Anreicherung der Alkalisalze in der Schlackenschmelze erfolgt.
Eine derartige zusätzliche Anreicherung der glasig erstarrten Schlackenteilchen bringt eine Reihe von zementtechnologischen Vorteilen und führt zu einer Aktivierung, weiche sich insbesondere in besonders hohen Frühfestigkeiten von auf diese Weise hergestellten hydraulisch aktiven Bindemitteln oder Bindemittelzusätzen auswirkt.
Beim Ausstoss der Schlacke in die Kühl- bzw Expansionskammer mittels des Treibstrahls kommt es gleichzeitig auch zu einem unkontrollierten Ansaugen vom Umgebungsluft, wodurch im Bereich des Treibstrahls störende Rezirkulationsströmungen entstehen. Erfindungsgemäss wird daher in bevorzugter Weise so vorgegangen, dass konzentrisch zum Treibstrahl ein Sperrmedium, wie z. B. Dampf, Luft, Kohlenwasserstoff oder Kohlenstaub-Dampfgemische, zur Verringerung von Rezirkulationsströmungen eingebracht wird. Dadurch können unkontrollierte Turbulenzen im Bereich des Treibstrahls vermieden werden und so die Zerstäubungswirkung verbessert werden.
Das einzubringende Sperrmedium kann auch gedrosselt werden, sodass es zu einem Oszillieren des Treibstrahles kommt. Dies führt zu einer Optimierung des Tröpfchen-Abreissverhaltens und
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damit zu einer besseren Zerstäubung.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist einen Schlackentundish und eine an den Schlackentundish angeschlossene Zuführungsleitung für Treibgas auf, welche innerhalb eines ringförmigen Wehres im Tundish mündet. Weiters ist eine Kühl- und Expansionskammer vorgesehen, welche bei den bekannten Einrichtungen unterhalb des Schlackentundish angeordnet ist. Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist hiebei im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführungsleitung am Boden des Schlackentundish mündet und dass der Tundish quer zur Achse des Treibstrahles schwenkbar gelagert ist und dass die Kühl- bzw. Expansionskammer oberhalb des Schmelzenspiegels im Tundish angeordnet ist.
Durch die schwenkbare Anordnung des Schlackentundish ist es möglich den Betrieb ohne die Gefahr eines Austrittes von flüssiger Schlacke in Richtung der Treibstrahldüsen zu verschwenken, wobei aufgrund des die Zuführungsleitung für den Treibstrahl umgebenden ringförmigen Wehr ein Schlackenaustritt an dieser Stelle verhindert werden kann. Gleichzeitig gelingt es durch die Schwenkbarkeit des Schlackentundish die jeweils vom Treibstrahl zu verstäubende Höhe des Schlackenspiegels durch entsprechende Schwenklage einzustellen, sodass die gewünschte Zerstäubungswirkung und der Einstoss in die Quenche in weiten Grenzen einstellbar ist. In die Quenche bzw. die Kühl- bzw.
Expansionskammer wird, wie an sich bekannt, Kühlgas beispielsweise nasser Wasserdampf oder aber auch Kohlenwasserstoffe eingestossen, wobei die Ausbildung bevorzugt so getroffen ist, dass zwischen dem Schmelzenspiegel und der Kühl- bzw. Expansionskammer wenigstens eine ringformige Zerstäuberdüse angeordnet ist, deren Strahlachsen die Achse des Treibstrahles schneiden.
In besonders einfacher Weise wird im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens und beim Betrieb der erfindungsgemässen Vorrichtung so vorgegangen, dass die Temperatur des Treibgases höher als die Temperatur des Zerstäuberdüsengases eingestellt ist, wobei vorzugsweise der Druck in der Zuleitung zur Zerstäuberdüse grösser als in der Zuleitung zur Treibgasdüse eingestellt ist und dass die Achsen der Zerstäuberdüsen in Richtung der Achse des Treibstrahles aufwärts gerichtet sind. Auf diese Weise wird eine intensive Quenche und eine rasche Abkühlung in glasigem Zustand bei gleichzeitig hoher Zerkleinerung der Teilchen sichergestellt. Der im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens eingesetzte Druckbereich bewegt sich in der Regel zwischen 2 und 16 bar, wobei Temperaturen zwischen 600 und 1200 C bevorzugt zum Einsatz gelangen.
Insgesamt werden etwa 150 bis 1000 kg Heissgas je t Schlacke eingesetzt, wobei die Temperatur der Schlackenschmelze zwischen 1430 und 1560 C liegt. Aufgrund der Verwendung eines Treibgasstrahles wird die Schlacke als Mantel des Treibgasstrahles in die Kühl- bzw. Expansionskammer ausgestossen, sodass lediglich die dünne Wand dieses Strahles durch die Beaufschlagung mit den kühlenden Gasen zur Erstarrung gebracht werden muss, wodurch eine rasche glasartige Erstarrung sichergestellt wird und die hydraulischen Eigenschaften des Produktes nicht beeinträchtigt werden
Um bei einem Verschwenken des Schlackentundish ein Überlaufen zu verhindern ist mit Vorteil die Ausbildung so getroffen,
dass im Schlackentundish eine in den Schmelzspiegel von oben eintauchende Wand als Schlacken-Schwallbrecher beim Verschwenken des Tundish eingebaut ist
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles der erfindungsgemässen Vorrichtung näher erläutert. In dieser zeigen Fig.1 eine Gesamtdarstellung der erfindungsgemässen Vorrichtung und Fig.2 eine Detaildarstellung des Tundish mit dem Treibstrahl.
In Fig. 1 ist ein Schlackentundish 1 ersichtlich, welcher um eine Achse 2 schwenkbar an einem Lagerbock 3 gelagert ist. Der Schlackentundish 1 kann somit um die Schwenkachse 2 verschwenkt werden. Der Schlackentundish weist in seinem Inneren ein ringförmiges Wehr 4 auf, welches eine Zuleitung 5 für Treibgas konzentrisch umgibt. Durch Verschwenken des Schlackentundish 1 um die Achse 2 in Richtung des Pfeiles 6 gelangt die flüssige Schlacke 7 aus dem Bereich des ringförmigen Wehres nach links, sodass bei einer derartigen Verschwenkung auch bei abgeschalteter Treibgaszufuhr ein Austritt von Schlacke nach unten verhindert wird
Die Schlacke wird aus einem Schlackenspeicher 29 in den Tundish eingebracht.
Oberhalb des Schlackentundish 1 ist eine Kühl- bzw. Expansionskammer 8 angeordnet, deren Wände über Strahlungswärmetauscher 9 gekühlt sind. An diese Kühl- und Expansionskammer ist eine Ringdüse 10 angeschlossen, über welche Quenchgase eingestossen werden können, um eine rasche Abkühlung der mit dem Treibgas aus der Zuleitung 5 in die Kühl- und Expansions-
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kammer nach oben ausgestossenen Partikel erlaubt. Die Partikel werden somit in die Höhe geschleudert und gelangen in Kollision mit Teilchen, welche aufgrund der Schwerkraft in der Kühlbzw. Expansionskammer wieder abwärts sinken.
Für die Kühlung der Wände bzw. der Strahlungswärmetauscher 9 wird über eine Leitung 11 Frischwasser zugeführt. Nach dem Erwärmen dieses Frischwassers gelangt dieses Fnschwasser über die Leitung 12 in eine Dampftrommel 13, aus welcher Dampf abgezogen und über einen Überhitzer 14 geführt wird Der überhitzte Dampf kann in der Folge über die Zuleitung 5 als Treibgasstrom eingesetzt werden. Aus der Dampftrommel 13 wird über Leitung 15 Heisswasser abgezogen, welches über die Ringdüsen 10 in den Kühl- bzw. Expansionsraum eingestossen wird, wobei der Druck hier in der Regel so gewählt wird, dass er über den Druck des Treibstrahles liegt.
Anstelle von Heisswasser kann hier auch Heissdampf eingedüst werden, da aufgrund der raschen Zerkleinerung der Teilchen ein hinreichend hoher Temperaturgradient für eine rasche glasartige Abkühlung der Partikel zur Verfügung steht. Die Kreislaufführung von Wasser bzw. Dampf kann auch so vorgenommen werden, wie in Fig.1 strichliert dargestellt ist. Das Speisewasser wird der Dampftrommel 13 über die Leitung 11 zugeführt, Heisswasser wird der Dampftrommel 13 entnommen und dem Strahlungswärmetauscher 9 zugeführt.
Aus der Kühl- und Expansionskammer 8 wird über eine Leitung 16 ein Pulver-Dampfgemisch abgezogen, welches einem Staubabscheider 17 zugeführt wird. Das aus dem Staubabscheider 17 abgetragene Pulver stellt ein hochwertiges hydraulisch aktives Bindemittelprodukt dar, welches unmittelbar als Zementersatz oder als Bindemittelzusatz zum Einsatz gelangen kann.
Aus dem Staubabscheider wird Feinstaub und Dampf über die Leitung 18 abgezogen und einem Kondensator 19 zugeführt. An dieser Stelle kann ein Wasser- oder Dampfverlust durch Zufuhr von Frischwasser über die Leitung 20 ergänzt werden, wobei die Mischung aus kondensiertem Dampf und zugesetztem Frischwasser über die Leitung 21 in ein Klarbecken 22 gelangt Spätestens im Klärbecken erfolgt aufgrund der im Dampf enthaltenen Feinstaubanteil mit hohem Kalkgehalt eine rasche Umsetzung unter Fällung von Kalziumcarbonat, sodass weitestgehend enthärtetes Wasser über die Leitung 23 abgezogen werden kann und einer weiteren Wasseraufbereitung, wie beispielsweise einem Ionenaustauscher 24, zugeführt werden kann. Über eine Speisewasserpumpe 25 gelangt das enthärtete und gereinigte Wasser wiederum in die Leitung 11, welche zu den Strahlungswärmetauschern 9 führt.
Das eingesetzte Prozesswasser kann somit nahezu zur Gänze im Kreislauf geführt werden, wodurch die Gesamtabwasserbelastung wesentlich verringert werden kann. Gleichzeitig kann der Feinstaubanteil im Dampf für eine rasche Enthärtung von Frischwasser eingesetzt werden, wobei die nach dem Ionenaustauscher 24 im wesentlichen verbleibenden Natriumionen in die Schlackenpartikel im Kühl- bzw Expansionsraum 8 eingebunden werden
Aus dem Klärbecken wird Schlamm über eine Leitung 26 ausgebracht. Dieser im wesentlichen kalziumcarbonathaltige Schlamm kann in der Folge beispielsweise über Mehrstoffdüsen in die Quenche bzw. den Kühl- und Expansionsraum eingedüst werden und dort zur Verbesserung der zementtechnologischen Eigenschaften unmittelbar in die Schlackentropfchen eingebunden werden, wodurch auch hier kein zusätzlicher Abschlamm anfällt.
In Fig. 2 ist nun eine Detailansicht des Tundish mit dem Treibstrahl dargestellt, wobei eine Kammer 27 ersichtlich ist, über welche ein Sperrmedium in die Kühl- bzw. Expansionskammer eingebracht wird, um Rezirkulationsströmungen durch unkontrolliertes Ansaugen von Umgebungsluft zu verhindern Das Einbringen des Sperrmediums kann auch über ein Drosselventil 28 erfolgen, wodurch ein Oszillieren des Treibstrahls erreicht wird.
Insgesamt ergibt sich durch die erfindungsgemässe Verfahrensführung ein überaus abwasserarmes Verfahren, wobei die gesamte Speisewasseraufbereitung sich aufgrund im Feinstaub enthaltener Komponenten innerhalb des Verfahrens kostengünstig aufbereiten lassen.
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