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PATENTANSPRÜCHE
1. Schachtofenanlage zum Brennen von stückigem, insbesondere endotherm reagierendem Brenngut, wie z. B. Kalk, wobei das Brenngut im Ofenschacht nacheinander eine Vorwärmezone (2), eine Brennzone (3) und eine Kthlzone (4) durchläuft und dem Ofenschacht von unten Kiihlluft zugefiihrt wird, die im Gegenstrom zum Brenngut die Kiihlzone durchströmt und am Anfang der Ktihlzone durch Kühlluft- austrittsöffnungen (10) in der Schachtwandung abgezogen und im Bereich des Überganges der Vorwärmzone in die Brennzone wieder in den Ofenschacht eingeführt wird und wobei heisse Abgase am Ende der Brennzone (3) abgezogen und mindestens ein Teil derselben durch erste Eintritts öffnungen (18) in der Schachtwandung am Ende der Vorwärmezone (2) im oberen Schachtabschitt zugef+hrt wird,
die er im Gegenstrom zum Brenngut durchströmt, dadurch gekennzeichnet, dass sich unterhalb und parallel zu einer ersten Ebene am Ende der Vorwärmzone (2), in der die ersten Eintrittsöffnungen (18) angeordnet sind, mindestens eine zweite Ebene am Anfang der Brennzone (3) erstreckt, in der zweite Eintrittsöffnungen (24, 25) angeordnet sind, dass eine Leitung (13) vorgesehen ist, um ein aus der aus den Kühl- luftaustrittsöffnungen (10) austretenden Kühluft und den aus Abgasaustrittsöffnungen (12) am Ende der Brennzone (3) austretenden Abgasen zusammengesetztes Gemisch einer Wärmeaustauschereinrichtung (14a, 14b, 15, 16) zuzufiihren, die ein Umwälzgebläse (16) aufweist, um mindestens einen Teil des Gemisches iiber die ersten Eintrittsöffnungen (18) in den Schacht zu fördern,
dass die Wärmeaustauscherein- richtung (14a, 14b, 15, 16) einen Rekuperator (15) zum Erhitzen vonFrischluft aufweist, wobei eineverbindungsleitung (17) zwischen der Wärmeaustauschereinrichtung und den ersten Eintrittsöffnungen (18) tiber eine Zweigleitung (22) mit einer vom Rekuperator (15) zu mindestens einem Brenner fiihrenden Frischluftleitung (21) verbunden ist, um dem Brenner wahlweise reine Frischluft oder mit dem Gemisch ver mischte Frischluft zuzuführen, und dass der Brenner an die zweiten Eintrittsöffnungen (24, 25) angeschlossen ist, damit die bei der Verbrennung entstehenden Abgase in die Brennzone strömen.
2. Schachtofenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlluftaustrittsöffnungen (10) in mindestens einer dritten und die Abgasaustrittsöffnungen (12) in mindestens einer vierten Ebene angeordnet sind, welche Ebenen im senkrechten Abstand voneinander liegen und dass mindestens zwei Gruppen zweiter Eintrittsöffnungen (24, 25) am Anfang der Brennzone (3) in je einer zweiten Ebene angeordnet sind, wobei die zweiten Ebenen senkrecht voneinander beabstandet sind.
3. Schachtofenanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich in den Ebenen bzw. den einander benachbarten Ebenen der Kühlluft- und der Abgasaustrittsöffnungen (10, 12), in der Ebene der ersten Eintrittsöffnungen (18) und in der dieser benachbarten Ebene der zweiten Eintritts öffnungen (24) Druckmessöffnungen befinden.
4. Schachtofenanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Zuftibrung der Kiihlluft in die Kühl- zone (4) und der Frischluft in die Brennzone (3) sowie für die Absaugung des Gemisches aus dem oberen Abschnitt der Vorwärmzine (2) jeweils ein Gebläse (8, 20, 19) vorgesehen ist.
5. Schachtofenanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für den Betrieb der Gebläse (8, 16, 19, 20) Regler vorgesehen sind, deren Regelgrössen die auf Null zu haltenden Druckdifferenzen zwischen den Druckmessöffnun- gen am tYbergang von der Brennzone in die Kühlzone und am Übergang von der Vorwärzone in die Brennzone sind.
6. Schachtofenanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeaustauschereinrichtung (14a. 14b.
15, 16) zusätzlich zum Rekuperator (15) zum Erhitzen der Frischluft entweder zwei Regeneratoren (14a, 14b) oder einen weiteren Rekuperator aufweist, dass das Umwälzgebläse (16) am Abgasausgang des erstgenannten Rekuperators für die Frischluft angeschlossen ist, welches die abgektiblten Abgase durch einen der Regeneratoren (14a, 14b) bzw. den weiteren Rekuperator driickt.
7. Schachtofenanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine ausserhalb des Schachtes (1) liegende Brennkammer (5) vorgesehen ist, in welcher der Abgase erzeugende Brenner angeordnet ist.
8. Schachtofenanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass tiber den Querschnitt des Ofenschachtes (1) verteilte, gegebenenfalls je einen Brenner enthaltende, in den Schacht ragende Zufiihrrohre (32) vorgesehen sind, tiber die die Abgase in die Brennzone (3) eingefuhrt werden.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schachtofenanlage zum Brennen von stückigem, insbesondere endotherm reagierendem Brenngut, wie z. B. Kalk, wobei das Brenngut im Ofenschacht nacheinander eine Vorwärmzone, eine Brennzone und eine Kühlzone durchläuft und dem Ofenschacht von unten Kühlluft zugeführt wird, die im Gegenstrom zum Brenngut die Ktihizone durchströmt und am Anfang der Kühlzone durch Kühlluftaustrittsöffnungen in der Schachtwandung abgezogen und im Bereich des tYberganges der Vorwärmzone in die Brennzone wieder in den Ofenschacht eingeführt wird und wobei heisse Abgase am Ende der Brennzone abgezogen und mindestens ein Teil derselben durch erste Eintrittsöffnungen in der Schachtwandung am Ende der Vorwärmzone im oberen Schachtabschnitt zugeführt wird, die er im Gegenstrom zum Brenngut durchströmt.
Schachtofenanlagen dieser Art finden insbesondere zum Brennen von Kalkstein Verwendung. Die erforderliche Energie wird bei älteren 6fen in Form von mit dem stückigen Kalkstein vermischtem Koks von oben in den Schacht eingebracht und bei modernen Öfen in Form von Heizöl oder Brenngas in der Brennzone zugefiihrt. In der Vorwärmzone wird das stückige Gut auf Reaktionstemperatur erhitzt, wäh- rend ihm in der Brennzone im wesentlichen die für das Brennen notwendige Wärme zugeftihrt wird. Beim Kalkstein wird unter dem Brennen die Aufspaltung des Kalziumkarbonates in Kalziumoxid und Kohlendioxid verstanden, welcher Vorgang je g etwa 400 cal erforderlich macht.
Da der Zersetzungsdruck des Kohlendioxides im Kalkstein erst bei etwa 9000 den Teildruck CO im Abgas erreicht, kann man eine bei stückigem Kalkstein vollständige Entsäuerung meist erst oberhalb 10000 C erreichen. Um die Entsäuerung bis zum Inneren des stiickigen Gutes zu gewährleisten, muss ein gentigend grosses Temperaturgefälle von der Randzone bis zur Kernzone bestehen. Als Folge dieser Forderung treten aber häufig Überhitzungen auf, die die Qualität des ausgebrachten Gutes erheblich herabsetzen. Die Gefahr der t)ber- hitzung ist nun bei allen solchen Schachtöfen besonders gross, die auch in der Brennzone im Gegenstrom betrieben werden, d. h. bei denen in der Brennzone die heissen Abgase aufwärts und das Brenngut abwärts gefördert werden.
Bei Schachtöfen, die insgesamt im Gegenstrom betrieben werden, wird zunächst Luft und in zunehmendem Masse Abgas von unten nach oben durch das Brenngut gefördert, während das Gut von oben nach unten gelangt.
Schachtbfen, deren Brennzone ganz oder teilweise im Gleichstrom betrieben wird, d. h. bei denen in der Brennzone die heissen Abgase und das Brenngut nach unten gefördert werden, haben hingegen zu sehr aufwendigen und mitunter störanfälligen Konstruktionen geführt.
Von dies elm Stand der Technik ausgehend, liegt der Er
findung die Aufgabe zugrunde, eine Schachtofenanlage der beschriebenen Art derart auszubilden, dass sie bei wirtschaftlicher Ausnutzung der eingesetzten Energie eine schonendere Behandlung des zu brennenden stückigen Gutes gewährleistet.
Dabei soll der konstruktive Aufwand nicht nur gering bleiben, sondern insbesondere auf zu einer Anlage führen, die einen weitgehend störungsfreien Betriebsablauf gewährleistet, wobei die einzelnen Elemente der Anlage nur in geringem Masse der Abnutzung unterliegen.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass sich unterhalb und parallel zu einer ersten Ebene am Ende der Vorwärmzone, in der die ersten Eintrittsöffnungen angeordnet sind, mindestens eine zweite Ebene am Anfang der Brennzone erstreckt, in der zwei Eintrittsöffnungen angeordnet sind, dass eine Leitung vorgesehen ist, um ein aus der aus den Kiihlluftaustrittsaffnungen austretenden Kiihlluft und den aus Abgasaustrittsöffnungen am Ende der Brennzone austretenden Abgasen zusammengesetztes Gemisch einer Wärmeaustauschereinrichtung zuzuführen, die ein Umwälzgebläse aufweist, um mindestens einen Teil des Gemisches über die ersten Eintrittsöffnungen in den Schacht zu fördern, dass die Wärmeaustauschereinrichtung einen Rekuperator zu Erhitzen von Frischluft aufweist,
wobei eine Verbindungsleitung zwischen derWärmeaustauschereinrichtung und den ersten Eintrittsöffnungen über eine Zweigleitung mit einer vom Rekuperator zu mindestens einem Brenner führenden Frischluftleitung verbunden ist, um dem Brenner wahlweise reine Frischluft oder mit dem Gemisch vermischte Frischluft zuzuführen, und dass der Brenner an die zweiten Eintrittsöffnungen angeschlossen ist, damit die bei der Verbrennung entstehenden Abgase in die Brennzone strömen.
Bei einem derartigen Schachtofen ist in einer besonders einfachen und zuverlässigen Weise das Prinzip verwirklicht, in der Kühlzone und in der Vorwärmzone einen Gegenstrom der durch diese Zone geführten Luft bzw. der Abgas-Luftgemisches und des nach abwärts gleitenden Brenngutes aufrechtzuerhalten, während in der Brennzone ein Gleichstrom zweischen den in dieser Zone nach abwärts strömenden Abgasen und dem abwärts gleitenden Brenngut besteht. Dank dieses Gleichstromes wird die Überhitzungsgefahr bei stückigem Gut um so mehr verringert, je grobstiickiger das zu brennende Material, also insbesondere der Kalkstein ist, weil der Temperaturgradient innerhalb der einzelnen Stücke in praktisch der gesamten Brennzone auf einem optimalen Wert gehalten werden kann.
Es kommt dabei beidseitig der Brennzone zu einem Richtungswechsel der Strbmung im Ofenschacht. Um mit Sicherheit die jeweils beabsichtigte Strömungsumkehr zu erzielen, werden bei einer vorteilhaften Ausführungsform die Kühlluftaustrittsöffnungen in mindestens einer dritten und die Abgasaustrittsöffnungen in mindestens einer vierten Ebene angeordnet, welche Ebenen im senkrechten Abstand voneinander liegen, und mindestens zwei Gruppen zweiter Eintrittsöffnungen am Anfang der Brennzone in je einer zweiten Ebene angeordnet, wobei die zweiten Ebenen senkrecht voneinander beabstandet sind.
Der sich einstellende Strö- mungsverlauf kann iiberwacht werden, wenn sich in den Ebenen bzw. den einander benachbarten Ebenen der Kühl- luft- und der Abgasaustrittsöffnungen in der Ebene der ersten Eintrittsöffnungen und in der dieser benachbarten Ebene der zweiten Eintrittsöffnungen Druckmesöffnungen befinden.
Man kommt somit zu zwei Paar Druckentnahmeöffnungen, nämlich einmal im Bereich der Kühlluft- und Abgasaustritts öffnungen, zum anderen im Bereich der ersten und zweiten Eintrittsöffnungen, also im Bereich des flberganges von der Vorwärm- in die Brennzone, wobei jeweils der Druck zwischen den Entnahmeöffnungen eines Paares gemessen wird.
Sofern die daraus sich ergebenden Druckdifferenzen auf Null gehalten werden können, ist gewährleistet, dass die Strö mungsumkehr an den vorgesehenen Stellen stattfindet.
Um die erfindungsgemässe Schachtofenanlage mit Sicher heit in der beabsichtigten Weise betrieben zu können, ist vor teilhaft für die Zuführung der Kühlluf in die Kühlzone und der Frischluft in die Brennzone sowie für die Absaugung des
Gemisches aus dem oberen Abschnitt der Vorwärmzone je weils ein Gebläse vorgesehen. Insbesondere lässt sich die auf diese Weise ausgestattete Schachtofenanlage so gestalten, dass für den Betrieb der Gebläse Regler vorgesehen sind, deren Regelgrössen die auf Null zu haltenden Druckdifferen zen zwischen den Druckmessöffnungen am Ubergang von der Brennzone in die Kühlzone und am Übergang von der
Vorwärmzone in die Brennzone sind.
Die vorgesehenen Gebläse dienen entweder der Förderung kalter Luft oder aber der Absaugung weitgehend abgekühlter Abgase, welche ihre Wärme in der Vorwilrmzone des Ofenschachtes im wesentlichen abgegeben haben. Daher lassehen sich die genannten Gebläse auch zuverlässig und mit wenig Wartungsaufwand betrieben. Es ist aber auch möglich, das zuvor erwähnte Umwälzgebläse mit weitgehend abgekühlten Abgasen zu betrieben. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, wenn die Wärmeaustauschereinrichtung zusätzlich zum Rekuperator zum Erhitzen der Frischluft entweder zwei Regeneratoren oder einen weiteren Rekuperator aufweist, dass das Umwälzgebläse am Abgasausgang des erstgenannten Rekuperators für die Frischluft angeschlossen ist, welches die abgekühlten Abgase durch einen der Regeneratoren bzw. den weiteren Rekuperator drückt.
Selbstverständlich lässt sich in gleicher Weise das Umwälzgebläse unter Inanspruchnahme der erwähnten Regler steuern, da es der Absaugung durch die Abgasaustrittsöffnungen am Ubergang von der Vorwarmzone in die Brennzone dient.
Zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung sei auf die schematische, sich auf ein Ausführungsbeispiel derselben beziehende Zeichnung Bezug genommen.
Man erkenn zunächst den Schacht 1 eines Schactofens, dessen oberer Abschnitt die Vorwärmzone 2 ist. Der mittlere Abschnitt ist die Brennzine 3, während der untere Abschnitt die Kühlzone 4 ist.
Für die Verbrennung eines Brennstoffes sind eine oder mehrere Brennkammern 5 vorgesehen, die zweckmässig ausserhalb des Schachtes liegen. Man kann auf diese Weise weitgehend den Brennstoff in Form flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe zuführen. Einbauten im Schacht 1 selbst, die den Materialfluss stören würden, lassen sich durch die ausserhalb liegenden Brennkammern vermeiden.
Die Aufgabe des zu brennenden stückigen Gutes erfolgt an der Stelle 6, während es in gebranntem Zustand an der Stelle 7 den Schacht 1 verlässt. In den unteren Abschnitt des Schachtes 1 wird mit Hilfe des Kühlluftgeblässe 8 an der Stelle 9, und zwar bevorzugt über auf dem Umfang des Schachtes 1 gleichmässig verteilten Öffnungen, Kühlluft in die Kühlzone eingeblasen, die nach oben strömt und den Schacht 1 über beliebig viele, zweckmässig über den Umfang des Schachtes 1 verteilte Kühlluftaustrittsöffnungen 10 verlässt.
Die auf diese Weise erhitzte Luft wird mit den durch gleichfalls zweckmässig mehrere, tiber den Umfang des Schachtes 1 verteilte Offnungen 12 entweichenden heissen Abgasen an der Stelle 11 gemischt und iiber die Leitung 13 den Regeneratoren 14a und 14b zugefilint, die wechselweise durchstromt werden können, wie durch die gestrichelte Linienführung zum Ausdruck gebracht wird. Innerhalb dieser Regeneratoren kommt es zu einer teilweisen Abkiihlung des Gasgemisches, welches dann in den Rekuperator 15 eintritt, um sich darin abzukühlen, so dass es schliesslich in weitgehend abgekühltem Zustand mit Hilfe des Umwälzgeblässe 16 durch einen der Regeneratoren gedrückt werden kann.
Anstatt der beiden umschaltbaren Regeneratoren 14a und 14b können gleichfalls ein erster Rekuperator Verwendung finden. Bei Verwendung von Regeneratoren hat der genannte Rekuperator 15 u. a. auch die Aufgabe, Wärme mit der Zielsetzung abzuführen, dass sich die beiden Regeneratoren nicht auf eine überall gleiche Temperatur aufheizen können.
Das wieder erwärmte Gasgemisch wird ganz oder teilweise iiber die Leitung 17 in den unteren Abschnitt der Vorwärmzone 2 eingeführt, zu welchem Zweck der Schacht 1 über seinen Umfang verteilte erste Eintrittsöffnungen 18 aufweist. Mit Hilfe des Abgasgebläses 19 wird schliesslich das in der Vorwärmzone 2 weitgehend abgekühlte Gasgemisch abgesaugt.
Es ist gleichfalls möglich, dass tiber die gestrichelt gezeichnete Verbindungsleitung 22 ein Teil des Gasgemisches, welches in einem der Regeneratoren bzw. im ersten Rekuperator eine Wiedererhitzung erfahren hat, in die Brennzone 3 iiber die Brennkammern 5 einzuftihren. Im übrigen werden die Brennkammern 5 mittels der Leitungen 23 mit Brennstoff versorgt. In diesem Falle wird also ein Teil des Gasgemisches als Umwälzgas gefilhrt. Der Verbrennung des Brennstoffes dient im wesentlichen die Frischluft, die mit Hilfe des Gebläs- ses 20 gefördert, im Rekuperator 15 erhitzt und iiber die Frischluftleitung 21 den Brennkammern zugeführt wird.
In den Brennkammern 5 werden sehr heisse Abgase erzeugt, die tiber die zweiten Eintrittsöffnungen 24 und 25, die ebenfalls tiber den Umfang des Schachtes 1 verteilt angeordnet sind, in die Brennzone 3 eingeführt werden.
Dank dieser Anordnung ergibt sich in der Brennzone 3 ein Gleichstrom zwischen den Abgasen und dem Brenngut, wohingegen in der Vorwärmzone 2 und in der Kühlzone 4 ein Gegenstrom zwischen der Luft bzw. dem Gasgemisch und dem Brenngut besteht. Von der Vorwärmzone 2 zur Brennzone 3 und von dieser zur Kiihlzone 4 kommt es daher jeweils zu einer Strömungsumkehr der Luft bzw. des Gases oder des Gasgemisches. Um den Ubertritt der Luft- bzw.
Gasströmung innerhalb des Schachtes 1 von einer Zone in die andere zu vermeiden, sind die Gebläse 8, 19 und 20 sowie die Umwälzgebläse 16 derart dimensioniert, dass unabbangig von der jeweiligen Leistung des Ofens zwischen den ersten und zweiten Eintrittsöffnungen 18 und 24 einerseits und den Kühlluft- und Abgasaustrittsöffnungen 10 und 12 andererseits die Druckdifferenzen Ap im wesentlichen gleich Null sind.
Wenn die genannten Druckdifferenzen auf Null gehalten werden. ist gewährleistet, dass die Strömungsumkehr zwischen den vorgesehenen Stellen stattfindet. Fiir die Betriebsweise wirkt es sich dabei sehr vorteilhaft aus, dass das durch den Ofen fliessende Brenngut mit dem festen oder flissigen bzw. gasförmigen Brennstoff in immer nur einer Richtung durch den Schacht 1 strömt.
Bei der Anordnung der Brennkammer 5 ausserhalb des Schachtes 1 kann man unter Inkaufnahme von in den Schacht ragenden Teilen auch die Zuffibrung der Heizgase in das Brenngut, und zwar iiber den Querschnitt des Brenngutes verteilt, mittels z. B. lanzenförmiger Zufuhrungen vornehmen, die sich parallel zur Längsachse des Schachtes erstrecken. In unterbrochenen Linien sind in Verbindung mit den zweiten Eintrittsöffnungen 24 einige solcher lanzenför- miger Zuführungen 32 in der Zeichnung dargestellt. Diese Zuführungen führen zu einer Vergleichmässigung der Brenngasverteilung tiber den Schachtquerschnitt bereits im Eintrittsbereich des Brenngases.
Dabei ist es auch möglich, statt der ausserhalb des Schachtes 1 angeordneten Brennkammern 5 mit den darin befindlichen Brennern die lanzenför- migen Zuführungen 32 selbst als Brenner auszubilden oder damit auszurüsten und ihnen den Brennstoff und die Verbrennungsluft zuzuführen. Bei Anordnung von lanzenförmigen Zuführungen 32 erstreckt sich der Bereich Ap = 0 auf #p' = 0, d. h. von den ersten Offnungen 18 bis zur Man dungsebene 33 der lanzenförmigen Zuführungen 32.
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PATENT CLAIMS
1. Shaft furnace system for burning lumpy, in particular endothermic reacting material, such. B. lime, the kiln shaft successively passing through a preheating zone (2), a firing zone (3) and a cooling zone (4) and cooling air is supplied to the kiln shaft from below, which flows through the cooling zone in countercurrent to the kiln shaft and at the beginning of the cooling zone is withdrawn through cooling air outlet openings (10) in the shaft wall and reintroduced into the furnace shaft in the area of the transition from the preheating zone to the combustion zone and hot exhaust gases are drawn off at the end of the combustion zone (3) and at least some of them are drawn off through first inlet openings (18 ) is fed into the shaft wall at the end of the preheating zone (2) in the upper shaft section,
which it flows through in countercurrent to the material to be fired, characterized in that below and parallel to a first plane at the end of the preheating zone (2) in which the first inlet openings (18) are arranged, there is at least one second plane at the beginning of the firing zone (3) extends, in which the second inlet openings (24, 25) are arranged, that a line (13) is provided in order to convey cooling air from the cooling air outlet openings (10) and from the exhaust gas outlet openings (12) at the end of the combustion zone (3 ) to feed a composite mixture of exiting exhaust gases to a heat exchanger device (14a, 14b, 15, 16) which has a circulating fan (16) in order to convey at least part of the mixture through the first inlet openings (18) into the shaft,
that the heat exchanger device (14a, 14b, 15, 16) has a recuperator (15) for heating fresh air, a connecting line (17) between the heat exchanger device and the first inlet openings (18) via a branch line (22) with one from the recuperator ( 15) is connected to at least one burner leading fresh air line (21) in order to supply either pure fresh air or fresh air mixed with the mixture to the burner, and that the burner is connected to the second inlet openings (24, 25) so that the combustion takes place resulting exhaust gases flow into the combustion zone.
2. Shaft furnace system according to claim 1, characterized in that the cooling air outlet openings (10) are arranged in at least a third plane and the exhaust gas outlet openings (12) are arranged in at least a fourth plane, which planes are at a perpendicular distance from one another and that at least two groups of second inlet openings (24 , 25) are arranged at the beginning of the combustion zone (3) in a second plane each, the second planes being perpendicularly spaced from one another.
3. Shaft furnace system according to claim 2, characterized in that in the planes or the adjacent planes of the cooling air and the exhaust gas outlet openings (10, 12), in the plane of the first inlet openings (18) and in the adjacent plane of the second Inlet openings (24) are pressure measurement openings.
4. Shaft furnace system according to claim 3, characterized in that for the Zuftibrung the cooling air in the cooling zone (4) and the fresh air in the combustion zone (3) as well as for the suction of the mixture from the upper section of the preheating tank (2) Fan (8, 20, 19) is provided.
5. Shaft furnace system according to claim 4, characterized in that regulators are provided for the operation of the fans (8, 16, 19, 20), the control variables of which control the pressure differences to be kept at zero between the pressure measurement openings at the transition from the combustion zone to the cooling zone and are at the transition from the preheating zone to the burning zone.
6. Shaft furnace system according to claim 5, characterized in that the heat exchanger device (14a. 14b.
15, 16), in addition to the recuperator (15) for heating the fresh air, has either two regenerators (14a, 14b) or a further recuperator that the circulating fan (16) is connected to the exhaust gas outlet of the first-mentioned recuperator for the fresh air, which flows through the exhaust gases one of the regenerators (14a, 14b) or the other recuperator presses.
7. Shaft furnace system according to claim 6, characterized in that at least one combustion chamber (5) lying outside the shaft (1) is provided, in which the burner generating the exhaust gases is arranged.
8. Shaft furnace system according to claim 7, characterized in that supply pipes (32) which are distributed over the cross section of the furnace shaft (1) and optionally contain a burner and project into the shaft are provided, through which the exhaust gases are introduced into the combustion zone (3) .
The invention relates to a shaft furnace system for burning lumpy, in particular endothermic reacting material, such. B. lime, the kiln shaft successively through a preheating zone, a firing zone and a cooling zone and the kiln shaft is supplied with cooling air from below, which flows through the Ktihizone in countercurrent to the kiln and is drawn off at the beginning of the cooling zone through cooling air outlet openings in the shaft wall and in the area The transition from the preheating zone to the firing zone is reintroduced into the furnace shaft and hot exhaust gases are drawn off at the end of the firing zone and at least some of them are fed through first inlet openings in the shaft wall at the end of the preheating zone in the upper shaft section, through which it flows in countercurrent to the material to be fired .
Shaft furnace systems of this type are used in particular for burning limestone. In older ovens, the energy required is introduced into the shaft from above in the form of coke mixed with the lumpy limestone, and in modern ovens in the form of heating oil or fuel gas in the combustion zone. In the preheating zone, the lumpy material is heated to the reaction temperature, while essentially the heat necessary for the firing is supplied to it in the firing zone. In limestone, burning is understood to mean the splitting of calcium carbonate into calcium oxide and carbon dioxide, which process requires about 400 cal per g.
Since the decomposition pressure of the carbon dioxide in limestone only reaches the partial pressure of CO in the exhaust gas at around 9000, a complete deacidification of lumpy limestone can usually only be achieved above 10000 C. In order to ensure the deacidification to the inside of the sticky material, there must be a sufficiently large temperature gradient from the edge zone to the core zone. As a result of this requirement, however, overheating often occurs, which considerably reduces the quality of the material discharged. The risk of overheating is particularly great in all shaft furnaces which are also operated in countercurrent in the combustion zone, i.e. H. in which the hot exhaust gases are conveyed upwards and the material to be burned downwards in the combustion zone.
In shaft furnaces that are operated in countercurrent as a whole, air and, to an increasing extent, exhaust gas are first conveyed through the kiln from the bottom upwards, while the material passes from the top downwards.
Shafts whose combustion zone is wholly or partially operated in direct current, d. H. in which the hot exhaust gases and the material to be fired are conveyed downwards in the firing zone, however, have led to very complex and sometimes fault-prone constructions.
Starting from this state of the art, the He lies
The invention is based on the task of designing a shaft furnace system of the type described in such a way that it ensures a gentler treatment of the lumpy material to be burned while using the energy used economically.
The design effort should not only remain low, but in particular lead to a system that ensures a largely trouble-free operation, with the individual elements of the system only being subject to wear and tear to a small extent.
According to the invention, this is achieved in that below and parallel to a first plane at the end of the preheating zone in which the first inlet openings are arranged, at least one second plane extends at the beginning of the combustion zone, in which two inlet openings are arranged, that a line is provided in order to feed a mixture composed of the cooling air exiting from the cooling air outlet openings and the exhaust gases exiting from exhaust gas outlet openings at the end of the combustion zone to a heat exchanger device which has a circulating fan in order to convey at least part of the mixture through the first inlet openings into the shaft, that the heat exchanger device has a recuperator for heating fresh air,
A connecting line between the heat exchanger device and the first inlet openings is connected via a branch line to a fresh air line leading from the recuperator to at least one burner in order to supply either pure fresh air or fresh air mixed with the mixture to the burner, and that the burner is connected to the second inlet openings, so that the exhaust gases produced during combustion flow into the combustion zone.
In such a shaft furnace, the principle is implemented in a particularly simple and reliable manner, in the cooling zone and in the preheating zone, a counterflow of the air or the exhaust gas / air mixture and the downward sliding fuel is maintained in the cooling zone and in the combustion zone There is a direct current between the exhaust gases flowing downwards in this zone and the downward sliding fuel. Thanks to this direct current, the risk of overheating in the case of lumpy goods is reduced the more the coarser the material to be fired, in particular the limestone, because the temperature gradient within the individual pieces can be kept at an optimal value in practically the entire burning zone.
There is a change in direction of the flow in the furnace shaft on both sides of the combustion zone. In order to achieve the intended flow reversal with certainty, in an advantageous embodiment the cooling air outlet openings are arranged in at least a third plane and the exhaust gas outlet openings in at least a fourth plane, which planes are perpendicular to one another, and at least two groups of second inlet openings at the beginning of the combustion zone in each arranged in a second plane, the second planes being perpendicularly spaced from one another.
The current course of the flow can be monitored if there are pressure measurement openings in the planes or adjacent planes of the cooling air and exhaust gas outlet openings in the plane of the first inlet openings and in the plane of the second inlet openings adjacent to this.
There are thus two pairs of pressure extraction openings, namely one in the area of the cooling air and exhaust gas outlet openings and the other in the area of the first and second inlet openings, i.e. in the area of the transition from the preheating to the combustion zone, with the pressure between the extraction openings one Pair is measured.
If the resulting pressure differences can be kept at zero, it is ensured that the flow reversal takes place at the intended locations.
In order to be able to operate the shaft furnace system according to the invention with certainty in the intended manner, it is advantageous for the supply of the cooling air to the cooling zone and the fresh air to the combustion zone and for the suction of the
Mixture from the upper section of the preheating zone is provided with a fan each Weil. In particular, the shaft furnace system equipped in this way can be designed in such a way that regulators are provided for the operation of the fan, the control variables of which control the pressure differences between the pressure measurement openings at the transition from the combustion zone to the cooling zone and at the transition from the
Are preheating zone in the burning zone.
The fans provided serve either to convey cold air or to extract largely cooled exhaust gases, which have essentially given off their heat in the pre-heating zone of the furnace shaft. The fans mentioned can therefore also be operated reliably and with little maintenance effort. But it is also possible to operate the previously mentioned circulation fan with largely cooled exhaust gases. For this purpose, it is advantageous if the heat exchanger device, in addition to the recuperator for heating the fresh air, has either two regenerators or a further recuperator, that the circulating fan is connected to the exhaust gas outlet of the first-mentioned recuperator for the fresh air, which the cooled exhaust gases through one of the regenerators or presses the other recuperator.
Of course, the circulating fan can be controlled in the same way using the mentioned controller, since it is used for suction through the exhaust gas outlet openings at the transition from the preheating zone to the combustion zone.
To further illustrate the invention, reference is made to the schematic drawing relating to an exemplary embodiment thereof.
One can initially see the shaft 1 of a Schactofen, the upper section of which is the preheating zone 2. The middle section is the fuel tank 3, while the lower section is the cooling zone 4.
For the combustion of a fuel, one or more combustion chambers 5 are provided, which are conveniently located outside the shaft. In this way, the fuel can largely be supplied in the form of liquid or gaseous fuels. Internals in the shaft 1 itself, which would disrupt the flow of material, can be avoided by the combustion chambers located outside.
The lumpy goods to be burned are fed in at point 6, while they leave shaft 1 in the fired state at point 7. In the lower section of the shaft 1, cooling air is blown into the cooling zone with the aid of the cooling air fan 8 at point 9, preferably through openings evenly distributed over the circumference of the shaft 1, which flows upwards and the shaft 1 over any number of, Cooling air outlet openings 10 expediently distributed over the circumference of the shaft 1 leaves.
The air heated in this way is mixed with the hot exhaust gases escaping through several openings 12, which are also expediently distributed over the circumference of the shaft 1, at point 11 and fed via line 13 to the regenerators 14a and 14b, which can be alternately flowed through, as is expressed by the dashed lines. Within these regenerators there is a partial cooling of the gas mixture, which then enters the recuperator 15 in order to cool down therein, so that it can finally be pushed through one of the regenerators in a largely cooled state with the help of the circulating fan 16.
Instead of the two switchable regenerators 14a and 14b, a first recuperator can also be used. When using regenerators, said recuperator 15 u. a. also the task of dissipating heat with the aim of preventing the two regenerators from heating up to the same temperature everywhere.
The reheated gas mixture is wholly or partially introduced via the line 17 into the lower section of the preheating zone 2, for which purpose the shaft 1 has first inlet openings 18 distributed over its circumference. With the aid of the exhaust gas fan 19, the gas mixture, which has largely been cooled in the preheating zone 2, is finally extracted.
It is also possible for part of the gas mixture which has been reheated in one of the regenerators or in the first recuperator to enter the combustion zone 3 via the combustion chambers 5 via the connecting line 22 shown in broken lines. In addition, the combustion chambers 5 are supplied with fuel by means of the lines 23. In this case, a part of the gas mixture is used as a circulating gas. The fresh air, which is conveyed with the aid of the fan 20, heated in the recuperator 15 and fed to the combustion chambers via the fresh air line 21, is essentially used to burn the fuel.
Very hot exhaust gases are generated in the combustion chambers 5 and are introduced into the combustion zone 3 via the second inlet openings 24 and 25, which are also distributed over the circumference of the shaft 1.
Thanks to this arrangement, there is a cocurrent flow between the exhaust gases and the material to be burned in the combustion zone 3, whereas in the preheating zone 2 and in the cooling zone 4 there is a countercurrent between the air or the gas mixture and the material to be burned. From the preheating zone 2 to the combustion zone 3 and from this to the cooling zone 4 there is therefore a reversal of the flow of the air or the gas or the gas mixture. To ensure that the air resp.
To avoid gas flow within the shaft 1 from one zone to the other, the fans 8, 19 and 20 as well as the circulation fan 16 are dimensioned in such a way that, regardless of the respective output of the furnace, between the first and second inlet openings 18 and 24 on the one hand and the cooling air - And exhaust gas outlet openings 10 and 12, on the other hand, the pressure differences Ap are essentially zero.
If the mentioned pressure differences are kept at zero. it is ensured that the flow reversal takes place between the intended locations. For the mode of operation, it is very advantageous that the material to be fired flowing through the furnace with the solid, liquid or gaseous fuel flows through the shaft 1 in only one direction.
With the arrangement of the combustion chamber 5 outside of the shaft 1, the supply of the heating gases into the material to be fired can also be allowed to take place, with the acceptance of parts protruding into the shaft, distributed over the cross-section of the material to be fired, e.g. B. make lance-shaped feeds that extend parallel to the longitudinal axis of the shaft. In connection with the second inlet openings 24, some such lance-shaped feeds 32 are shown in the drawing in broken lines. These feeds lead to an equalization of the fuel gas distribution over the shaft cross section already in the inlet area of the fuel gas.
It is also possible, instead of the combustion chambers 5 arranged outside the shaft 1 with the burners located therein, to design the lance-shaped feeds 32 themselves as burners or to equip them with them and to supply them with the fuel and the combustion air. If lance-shaped feeds 32 are arranged, the area Ap = 0 extends to #p '= 0, i.e. H. from the first openings 18 to the manure level 33 of the lance-shaped feeds 32.