DE102015106417A1 - Anlage und Verfahren zur thermischen Behandlung von flugfähigem Rohmaterial - Google Patents

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Kathrin Rohloff
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur thermischen Behandlung von flugfähigem Rohmaterial, wobei ein von Heißgasen durchströmtes Steigrohr, das Mittel zur Zugabe des Rohmaterials und Mittel zur Zuführung der Heißgase aufweist und ein Abscheider zur Trennung des Rohmaterials vom Heißgas vorgesehen ist, wobei das Steigrohr einen ersten Abschnitt aufweist, an dem sich in Strömungsrichtung des Heißgases ein Einschnürungsabschnitt mit einer gegenüber dem ersten Abschnitt verengten Querschnittsfläche anschließt, und dass sich an den Einschnürungsabschnitt in Strömungsrichtung des Heißgases ein Verwirbelungsabschnitt mit einer gegenüber dem ersten Abschnitt des Steigrohres größeren Querschnittsfläche anschließt und im Bereich des Einschnürungsabschnitts ein oder mehrere erste Gaszuführungsmittel vorgesehen sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anlage und ein Verfahren zur thermischen Behandlung von flugfähigem Rohmaterial, insbesondere zur Wärmebehandlung von natürlichen Tonen und/oder Zeolithen.
  • Vor dem Hintergrund der globalen Minderung der CO2-Emissionen rücken Stoffe, die zur Festigkeitsentwicklung im Beton beitragen und bei deren Herstellung weniger CO2 als im Zementklinkerbrennprozess freigesetzt wird, immer mehr in den Fokus. Natürliche Tone und/oder Zeolithe, welche einer thermischen Behandlung (Calcination) unterzogen werden, scheinen hierbei ein vielversprechendes Potenzial zu besitzen.
  • So ist aus der DE 10 2008 020 600 A1 ein Verfahren zur Calcinierung von Ton oder Gips bekannt, wobei die Feststoffe durch einen Flash-Reaktor hindurch geführt werden, in welchem sie bei einer Temperatur von 450 bis 1500°C mit heißen Gasen in Kontakt gebracht werden. Die Feststoffe werden anschließend bei einer Temperatur von 500 bis 850°C durch einen Verweilzeitreaktor geführt und dann ggf. einer weiteren Behandlungsstufe zugeführt.
  • Natürlich vorkommende Tone sind meist eisenreich, sodass es bei der herkömmlichen Calcinierung zu einer rötlichen Verfärbung des Produktes kommt. Diese Färbung ist zwar für die Festigkeit nicht relevant, wird aber von Anlagenbetreibern und Baustoffkunden als unerwünscht eingestuft. Nach derzeitigem Stand hängt das Marktpotenzial der calcinierten Tone aber wesentlich von deren Farbe ab.
  • In der WO 2012/082683 A1 hat man sich daher zur Aufgabe gestellt, synthetische Puzzolane mit gewünschten Farbeigenschaften, insbesondere einem leichten Grauton, herzustellen. Als Lösung wird angegeben, dass ein Rohmaterial, welches zur Bildung eines amorphen Aluminiumsilikats geeignet ist, bis zu einer Aktivierungstemperatur erwärmt wird, bei der das Rohmaterial in synthetisches Puzzolan umgewandelt wird. Anschließend wird das synthetische Puzzolan von der Aktivierungstemperatur bis auf einer Temperatur abgekühlt, bei der es farbstabil ist. Dieser Abkühlprozess findet dabei zumindest zu Teilen unter reduzierenden Bedingungen statt. Als Ergebnis erhält man dann ein Puzzolan mit dem gewünschten Grauton.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Anlage und ein Verfahren zur thermischen Behandlung von flugfähigem Rohmaterial anzugeben, insbesondere eine Anlage und ein Verfahren, die zur Wärmebehandlung von natürlichen Tonen und/oder Zeolithen geeignet ist und sich durch einen geringeren Aufwand zur Realisierung eines grauen Farbtons auszeichnet.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Anlage zur thermischen Behandlung von flugfähigem Rohmaterial gelöst, wobei ein von Heißgasen durchströmtes Steigrohr, das Mittel zur Zugabe des Rohmaterials und Mittel zur Zuführung der Heißgase aufweist und einen Abscheider zur Trennung des Rohmaterials vom Heißgas vorgesehen sind, wobei das Steigrohr einen ersten Abschnitt aufweist, an dem sich in Strömungsrichtung des Heißgases ein Einschnürungsabschnitt mit einer gegenüber dem ersten Abschnitt verengten Querschnittsfläche anschließt, und wobei sich an den Einschnürungsabschnitt in Strömungsrichtung des Heißgases ein Verwirbelungsabschnitt mit einer gegenüber dem ersten Abschnitt des Steigrohres größeren Querschnittsfläche anschließt und im Bereich des Einschnürungsabschnitts ein oder mehrere erste Gaszuführungsmittel vorgesehen sind.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur thermischen Behandlung von flugfähigem Rohmaterial wird das Rohmaterial einem von Heißgasen durchströmten Steigrohr zugeführt und im Steigrohr durch die Heißgase thermisch behandelt, bevor es in einem Abscheider vom Heißgas getrennt wird. Das Heißgas durchströmt nach einem ersten Abschnitt des Steigrohres einen Einschnürungsabschnitt mit einer gegenüber dem ersten Abschnitt verengten Querschnittsfläche und durchströmt nachfolgend einen Verwirbelungsabschnitt mit einer gegenüber dem ersten Abschnitt des Steigrohres größeren Querschnittsfläche, wobei im Bereich des Einschnürungsabschnitts ein Gas über ein oder mehrere erste Gaszuführungsmittel zugeführt wird.
  • Der erste Abschnitt des Steigrohres dient der eigentlichen thermischen Behandlung, insbesondere der Calcinierung des Rohmaterials unter reduzierenden Bedingungen. Der Verwirbelungsabschnitt dient dann vornehmlich dazu, die Gase nachzuverbrennen, damit keine unverbrannten Stoffe (insb. CO) die Anlage verlassen. Für die Materialeigenschaften des Rohmaterials wäre dies ansonsten nicht erforderlich. Bei dieser Nachverbrennung muss dafür Sorge getragen werden, dass diese möglichst nah – stöchiometrisch erfolgt, da an dieser Stelle das Material noch dabei ist und nicht durch ein zu hohes Sauerstoffangebot wieder aufoxidiert und rötlich werden soll. Außerdem darf keine sichtbare Flammen, d.h. es dürfen keine Temperaturspitzen auftreten, da dies das Material nicht verträgt und anbacken könnte. Aus diesem Grund wird der zusätzliche Aufwand mit einem Verwirbelungsabschnitt in Kauf genommen, in dem eine gleichmäßige Verwirbelung erfolgt und mit der Einbringung möglichst sauerstoffabgereicherter „Luft“, welche vorgewärmt, also zäher ist, die Vermischung und Nachverbrennung langsam, aber gleichmäßig über einen größeren Raum verteilt – und nicht punktuell und mit Temperaturspitzen – erfolgt.
  • Handelt es sich bei dem flugfähigen Rohmaterial um Ton und/oder Zeolith hat die thermische Behandlung (Calcinierung) unter reduzierenden Bedingungen den Vorteil, dass das im natürlich vorkommenden Ton bereits vorhandene zweiwertige Eisen, welches die gewünschte graue Fahrtwirkung hat, nicht erst durch die herkömmliche oxidierende Calcination in dreiwertiges Eisen mit rötlichem Erscheinungsbild umgewandelt wird, um anschließend bei der Kühlung unter reduzierenden Bedingungen wieder in zweiwertiges Eisen zu reduzieren. Es findet somit bereits während der Calcination unter reduzierenden Bedingungen eine Reduktion des rötlichfärbenden dreiwertigen Eisens auf das zweiwertige Eisen statt. Dies verringert die für die Reduktion des dreiwertigen Eisens erforderliche Menge an Reduktionsmittel. Der Verwirbelungsabschnitt ermöglicht zudem eine möglichst vollständige Umsetzung des in Heißgas mitgeführten Kohlenmonoxids bzw. Wasserstoffs.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung schließt sich in Strömungsrichtung des Heißgases an den Verwirbelungsabschnitt ein zweiter Abschnitt des Steigrohres mit einer Querschnittsfläche an, die größer als die verengte Querschnittsfläche des Einschnürungsabschnitts und kleiner oder gleich der Querschnittsfläche des Verwirbelungsabschnittes ist. Weiterhin können im Bereich zwischen dem Einschnürungsabschnitt und dem Verwirbelungsabschnitt Leitelemente zur Beeinflussung des Heißgasstromes oder zur Umlenkung des Heißgasstromes in den Verwirbelungsabschnitt vorgesehen werden. Unter Leitelementen sind dabei insbesondere Einbauten im Steigrohr, wie beispielsweise ein sogenannter Blütenmischer, oder aber auch Ausgestaltungen des Randbereichs des Steigrohres gemeint. Die Leitelemente sind zweckmäßigerweise derart ausgerichtet, dass sie auf dem Heißgasstrom eine in Strömungsrichtung des Heißgasstroms radial nach außen gerichtete Ablenkungskomponente erzeugen.
  • Die im Bereich des Einschnürungsabschnittes vorgesehenen Gaszuführungsmittel sind entweder im Einschnürungsabschnitt oder vor oder hinter dem Einschnürungsabschnitt angeordnet.
  • Des Weiteren hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Einschnürungsabschnitt und der Verwirbelungsabschnitt weitgehend rotationssymmetrisch um eine gemeinsame Mittelachse ausgerichtet sind. Im Bereich des Einschnürungsabschnittes sind wenigstens 2, vorzugsweise 3, höchstvorzugsweise 5, und idealerweise mehr als 5 einzelne Gaszuführungsmittel angebracht. Diese Gaszuführungsmittel sind vorzugsweise über den Umfang des Steigrohres verteilt angeordnet, um eine möglichst gleichmäßige Zuführung des Gases zu ermöglichen.
  • Im Verwirbelungsabschnitts können zur Unterstützung der Verwirbelung zweite Gaszuführungsmittel vorgesehen werden, die derart ausgerichtet sind, dass ein über die zweiten Zuführungsmittel zugeführtes Gas eine der Strömungsrichtung des Heißgases weitgehend entgegensetzte Richtungskomponente aufweist. Auf diese Weise kann die Verwirbelung des Heißgasstromes in diesem Bereich weiter verstärkt werden. Des Weiteren können im Bereich des Verwirbelungsabschnittes Gasstoßzuführungen vorgesehen werden, die mit einer Gasstoßerzeugungseinrichtung in Verbindung stehen und zur weiteren Unterstützung der Verwirbelung Gasstöße zuführen. Bei den zugeführten Gasstößen kann es sich beispielsweise um Luft oder um rezirkulierte Gase, CO2-, N2haltige Gase und dergleichen handeln.
  • Das über die ersten Gaszuführungsmittel im Bereich des Einschnürungsabschnitts zugeführte Gas ist vorzugsweise ein sauerstoffhaltiges Gas, das eine Sauerstoffkonzentration (bezogen auf feuchtes Gas) von weniger als 17%, vorzugsweise weniger als 13%, höchstvorzugsweise weniger als 10% aufweist. Auf diese Weise lassen sich die reduzierenden Bedingungen im Steigrohr leichter kontrollieren. Die Temperatur der sauerstoffhaltigen Gase sollte wenigstens 120 °C betragen, um eine unnötige Abkühlung der Heißgase zu vermeiden und eine gedämpfte Umsetzung zu bewirken. Auch bei dem im Verwirbelungsabschnitt über die zweiten Gaszuführungsmittel zugeführten Gas handelt es sich vorzugsweise um Verbrennungsluft oder ein anderes sauerstoffhaltiges Gas, dass mit einer Richtungskomponente zugeführt wird, die der Strömungsrichtung des Heißgases weitgehend entgegengesetzt ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung, insbesondere bei der Wärmebehandlung von Tonen und/oder Zeolithen wird das Heißgas als reduzierendes Heißgas dem Steigrohr zugeführt, das im weiteren Verlauf bei einer Temperatur unter 1150°C ohne sichtbare Flamme umgesetzt wird. Dabei sollte die Gesamtkonzentration von Kohlenstoffmonoxid (CO) und Wasserstoff (H2) im Heißgas in Strömungsrichtung vor den ersten Gaszuführungsmitteln mehr als 2%, vorzugsweise mehr als 5%, höchstvorzugsweise mehr als 8% getragen. Des Weiteren kann im Bereich des Verwirbelungsabschnittes ein ammoniakhaltiges Reduktionsmittel für die Stickoxidminderung zugegeben werden.
  • Weiterhin werden unter Verwirbelungen nicht nur ein Makrowirbel, sondern auch lokale kleine Verwirbelungen verstanden. Um die für die thermische Behandlung des Rohmaterials erforderliche Wärme zu erzeugen, kann dem Steigrohr an geeigneten Stellen Verbrennungsluft und/oder Brennstoff und/oder weiteres Heißgas zugeführt werden, wobei die jeweiligen Mengen über ein Signal einer extraktiven und/oder In-situ-Gasanalyse, welche sich am Ende der Anlage oder im weiteren Verlauf des Abgasstroms der Anlage befindet, geregelt werden. Auch die Menge an sauerstoffhaltigen Gas, welches über die ersten Gaszuführungsmittel im Bereich des Einschnürungsabschnitts zugeführt wird, wird über ein Signal einer extraktiven und/oder In-situ-Gasanalyse, welche sich am Ende der Anlage oder im weiteren Verlauf des Abgasstroms der Anlage befindet, geregelt.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.
  • In den Zeichnungen zeigen
  • 1 eine schematische Darstellung einer Anlage zur thermischen Behandlung von flugfähigem Rohmaterial,
  • 2 eine vergrößerte Darstellung des Details X gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel mit Einschnürungsabschnitt und Verwirbelungsabschnitt,
  • 3 eine vergrößerte Darstellung des Details X gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel mit Einschnürungsabschnitt und Verwirbelungsabschnitt,
  • 3 eine vergrößerte Darstellung des Details X gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel und
  • 4 eine vergrößerte Darstellung des Details X gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
  • Die in 1 dargestellte Anlage zur thermischen Behandlung von flugfähigem Rohmaterial stellt eine Anlage zur Wärmebehandlung von natürlichen Tonen und/oder Zeolithen dar und besteht im Wesentlichen aus einem Vorwärmer 1, einem Calcinations- und Reduktionsreaktor 2 und einem Kühler 3. Der Vorwärmer 1 ist hier als zweistufiger Zyklonvorwärmer mit einem ersten und einem zweiten Zyklon 10, 11 ausgebildet. Ein zu behandelndes, flugfähiges Rohmaterial 4, bei dem es sich beispielsweise um eisenhaltigen Ton handelt, wird in das vom zweiten Zyklon 11 zum ersten Zyklon 10 strömende Abgas 12 eingeführt. Im ersten Zyklon 10 wird das Material vom Gas getrennt und einem vom Calcinations- und Reduktionsreaktor 2 zum zweiten Zyklon 11 geführten Abgas 21 zugegeben. Im zweiten Zyklon 11 findet wiederum eine Trennung in Abgas 12 und vorgewärmtes Rohmaterial 40 statt. Das Rohmaterial 4 wird somit im Vorwärmer 1 mit den Abgasen des Calcinations- und Reduktionsreaktors 2 vorgewärmt, um dann als vorgewärmtes Rohmaterial 40 dem Calcinations- und Reduktionsreaktor 2 zugeführt zu werden. Der Calcinations- und Reduktionsreaktor 2 ist als Flugstromcalcinator mit einem Steigrohr 22 und einem sich daran anschließendem Abscheider 23 ausgebildet.
  • Die Energiezufuhr für den Calcinations- und Reduktionsreaktor 2 erfolgt im dargestellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen über ein Verbrennungsaggregat 5 zur Erzeugung eines Heißgases 53 durch eine unterstöchiometrische Verbrennung von Brennstoff 51 und vorgewärmter Verbrennungsluft 52. Weiterhin kann dem Calcinations- und Reduktionsreaktor 2 in ein oder mehreren Ebenen Brennstoff oder reduzierendes Heißgases über Aufgabenstellen 24, 25 zugegeben werden. In entsprechender Weise können auch Aufgabestellen 26, 27 für zusätzliche Verbrennungsluft vorgesehen werden. Der Calcinations- und Reduktionsreaktor 2 wird zumindest so betrieben, dass sich reduzierende Bedingungen einstellen. Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn der Restsauerstoffgehalt des Heißgases 53 in der Gasphase weniger als 17%, vorzugsweise weniger als 13%, höchstvorzugsweise weniger als 10% beträgt und die Konzentration reduktionsfähiger Gase (wie CO bzw. H2) im Bereich von mehr als 2% vorzugsweise mehr als 5%, höchstvorzugsweise mehr als 8% liegt.
  • Im anschließenden Abscheider 23 wird das Abgas 21 vom calcinierten Material 41 getrennt, wobei das calcinierte Material 41 mit einer Temperatur im Bereich von 600 bis < 900°C in den Kühler 3 gelangt, der ebenfalls reduzierend oder wenigstens inert betrieben wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kühler 3 als Fließbettkühler mit indirekter Wasserkühlung ausgebildet, der einen Kühlwassereintritt 31 und einen Kühlwasseraustritt 32 umfasst. Über einen nicht näher dargestellten Wärmetauscher kann für das verwendete Kühlwasser eine Kreislaufführung vorgesehen werden. Weiterhin wird dem Kühler ein kaltes Fließbettfluidisierungsgas 33 zugeführt, wobei das erwärmte Fließbettfluidisierungsgas 34 zweckmäßigerweise über einen Wärmetauscher 6 geführt wird, um es nach Abkühlung wieder als kaltes Fließbettfluidisierungsgas 33 der Kühlzone zuzuführen. Das Fließbettfluidisierungsgas 33 kann teilweise auch durch einen Teil der reduzierenden Heißgase 53 des Verbrennungsaggregates 5 gebildet werden. Der Wärmetauscher 6 wird mit kalter Luft 61 betrieben, die dann nach Erwärmung als vorgewärmte Verbrennungsluft 52 im Verbrennungsaggregat 5 eingesetzt wird.
  • Wird das Fließbettfluidisierungsgas mit einem Teil der Heißgase 53 des Verbrennungsaggregates 5 ergänzt, kann zum Ausgleich ein Teil des erwärmten Fließbettfluidisierungsgases 34 auch in den Calcinations- und Reduktionsreaktor 2 eingeführt werden. Am Ende des Kühlers 3 wird das auf unter 250 °C abgekühlte Fertigprodukt 42 abgeführt.
  • Das Steigrohr 22 ist im Bereich X in besonderer Weise ausgestaltet, um einerseits einer möglichst vollständige thermische Umsetzung des Heißgases zu bewirken und andererseits eine effiziente thermische Behandlung des flugfähigen Rohmaterials unter reduzierenden Bedingungen zu ermöglichen. In den 2 bis 5 werden verschiedene Ausführungsbeispiele für diesen Bereich X des Steigrohres angegeben.
  • Im Ausführungsbeispiel der 2 weist das Steigrohr 22 im Bereich X einen ersten Abschnitt 220 auf, an den sich in Strömungsrichtung 530 des Heißgases 53 ein Einschnürungsabschnitt 221 mit einer gegenüber dem ersten Abschnitt 220 verengten Querschnittsfläche anschließt. Im weiteren Verlauf folgt ein Verwirbelungsabschnitt 222 mit einer gegenüber dem ersten Abschnitt 220 des Steigrohres 22 größeren Querschnittsfläche. Des Weiteren schließt sich an den Verwirbelungsabschnitt 222 ein zweiter Abschnitt 223 des Steigrohres 22 mit einer Querschnittsfläche an, die größer als die verengte Querschnittsfläche des Einschnürungsabschnitts 221 und kleiner oder gleich der Querschnittsfläche des Verwirbelungsabschnittes 222 ist.
  • Im Bereich zwischen dem Einschnürungsabschnitt 221 und dem Verwirbelungsabschnitt 222 sind Leitelemente 224 vorgesehen, die beispielsweise durch einen sogenannten Blütenmischer gebildet werden können. Diese Leitelemente sollen auf das von unten nach oben strömende Heißgas eine radial nach außen gerichtete Ablenkungskomponente erzeugen, sodass es zu den in der Verwirbelungskammer 222 eingezeichneten Verwirbelungen 531 kommt. Wie sich aus der Zeichnung erkennen lässt, sind der Einschnürungsabschnitt 221 und der Verwirbelungsabschnitt 222 weitgehend rotationssymmetrisch um eine gemeinsame Mittelachse ausgerichtet.
  • Im Bereich des Einschnürungsabschnitts 221 sind außerdem erste Gaszuführungsmittel 225 vorgesehen, die beispielsweise als Ringleitung ausgebildet sind und ein Gas, insbesondere Nachverbrennungsluft mit einer Sauerstoffkonzentration von weniger als 17%, vorzugsweise weniger als 13%, höchstvorzugsweise weniger als 10% über separate Zuführöffnungen zuführt. Die ersten Gaszuführungsmittel 225 weisen wenigstens 2, vorzugsweise 3, höchstvorzugsweise 5, idealerweise mehr als fünf einzelne Zuführöffnungen auf, um das Gas möglichst gleichmäßig über den Umfang verteilt einführen zu können.
  • Im Bereich des Verwirbelungsabschnitts 222 sind zweite Gaszuführungsmittel 226 zur Unterstützung der Verwirbelungen 531 vorgesehen und derart ausgerichtet, dass ein über die zweiten Gaszuführungsmittel 226 zurückgeführtes Gas eine der Strömungsrichtung des Heißgases 530 im Steigrohr weitgehend entgegengesetzte Richtungskomponente aufweist. Das hierüber zugeführte Gas dient zum einen zur Unterstützung der Verwirbelung und zum anderen als Nachverbrennungsgas.
  • 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, wobei für gleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet wurden. Ein Unterschied besteht darin, dass der Verwirbelungsabschnitt des Steigrohrs 22 fassartig mit gekrümmten Außenflächen ausgebildet ist, während im Ausführungsbeispiel gemäß 2 für den Verwirbelungsabschnitt eine kantigere Ausführung gewählt wurde. Ansonsten sind aber auch hier erste und zweite Gaszuführungsmittel 225 und 226 vorgesehen. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit im Bereich des Verwirbelungsabschnittes 222 ein ammoniakhaltiges Reduktionsmittel 62 zuzugeben. Des Weiteren können im Verwirbelungsabschnitt 222 Gasstoßzuführungen 227 vorgesehen werden, die mit einer entsprechenden Gasstoßerzeugungseinrichtung in Verbindung stehen und zur Unterstützung der Verwirbelung Gasstöße, beispielweise Luftstöße, zuführen.
  • 4 zeigt eine Ausführungsform, die im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 entspricht, wobei nach dem zweiten Abschnitt 223 ein zweiter Einschnürungsabschnitt 221‘ und ein zweiter Verwirbelungsabschnitt 222‘ folgen. Durch diese doppelte Ausführung von Einschnürungs- und Verwirbelungsabschnitt kann eine noch bessere thermische Umsetzung der Heißgase bewirkt werden. Das Ausführungsbeispiel gemäß 5 ist wiederum eine Verdoppelung von Einschnürungs- und Verwirbelungsabschnitt gemäß 3.
  • Durch die sich aufgrund der körperlichen Struktur des Bereichs X ergebenen Verwirbelungen bzw. Turbulenzen kommt es zu einem ständigen Abriss der sich eventuell bildenden Flammen, sodass im Bereich der Verwirbelungszone 222 bzw. 222‘ eine flammenlose Nachverbrennung des Heißgasstromes stattfinden kann.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102008020600 A1 [0003]
    • WO 2012/082683 A1 [0005]

Claims (20)

  1. Anlage zur thermischen Behandlung von flugfähigem Rohmaterial (4) mit a. einem von Heißgasen (53) durchströmten Steigrohr (22), das Mittel zur Zugabe des Rohmaterials und Mittel zur Zuführung der Heißgase aufweist und b. einem Abscheider (23) zur Trennung des Rohmaterials vom Heißgas, c. wobei das Steigrohr (22) einen ersten Abschnitt (220) aufweist, an den sich in Strömungsrichtung (530) des Heißgases (53) ein Einschnürungsabschnitt mit einer gegenüber dem ersten Abschnitt (220) verengten Querschnittsfläche anschließt, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den Einschnürungsabschnitt (221) in Strömungsrichtung des Heißgases ein Verwirbelungsabschnitt (222) mit einer gegenüber dem ersten Abschnitt (220) des Steigrohres (22) größeren Querschnittsfläche anschließt und im Bereich des Einschnürungsabschnitts (221) ein oder mehrere erste Gaszuführungsmittel (225) vorgesehen sind.
  2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich in Strömungsrichtung (530) des Heißgases (53) an den Verwirbelungsabschnitt (222) ein zweiter Abschnitt (223) des Steigrohres (22) mit einer Querschnittsfläche anschließt, die größer als die verengte Querschnittsfläche des Einschnürungsabschnitts (221) und gleich oder kleiner als die Querschnittsfläche des Verwirbelungsabschnitts (222) ist.
  3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich zwischen dem Einschnürungsabschnitt (221) und dem Verwirbelungsabschnitt (222) Leitelemente zur Beeinflussung des Heißgasstromes (53) oder zur Umlenkung des Heißgasstroms (53) in den Verwirbelungsabschnitt (222) vorgesehen sind.
  4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitelemente (224) derart ausgerichtet sind, dass sie auf den Heißgasstrom (53) eine in Strömungsrichtung des Heißgasstroms (53) radial nach außen gerichtete Ablenkungskomponente erzeugen.
  5. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einschnürungsabschnitt (221) und der Verwirbelungsabschnitt (222) weitgehend rotationssymmetrisch um eine gemeinsame Mittelachse ausgerichtet sind.
  6. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Einschnürungsabschnitts (221) wenigstens zwei, vorzugsweise drei, höchstvorzugsweise fünf, idealerweise mehr als fünf einzelne erste Gaszuführungsmittel (225) angebracht sind.
  7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Verwirbelungsabschnitt (222) zweite Gaszuführungsmittel (226) zur Unterstützung der Verwirbelung derart ausgerichtet sind, dass ein über die zweiten Gaszuführungsmittel (226) zugeführtes Gas eine der Strömungsrichtung des Heißgases im Steigrohr weitgehend entgegengesetzte Richtungskomponente (227) aufweist.
  8. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Verwirbelungsabschnitts (222) Gasstoßzuführungen (227) vorgesehen sind, die mit einer Gasstoßerzeugungseinrichtung in Verbindung stehen.
  9. Verfahren zur thermischen Behandlung von flugfähigem Rohmaterial (4), wobei das Rohmaterial einem von Heißgasen (53) durchströmten Steigrohr (22) zugeführt und im Steigrohr durch die Heißgase thermisch behandelt wird, bevor es in einem Abscheider (23) vom Heißgas getrennt wird, und wobei das Heißgas nach einem ersten Abschnitt (220) des Steigrohres (22) einen Einschnürungsabschnitt (221) mit einer gegenüber dem ersten Abschnitt (220) verengten Querschnittsfläche durchströmt, dadurch gekennzeichnet, dass das Heißgas nach dem Einschnürungsabschnitt (221) einen sich anschließenden Verwirbelungsabschnitt (222) mit einer gegenüber dem ersten Abschnitt (220) des Steigrohres größeren Querschnittsfläche durchströmt, wobei im Bereich des Einschnürungsabschnitts (221) ein Gas über ein oder mehrere erste Gaszuführungsmittel (225) zugeführt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Heißgasstrom (53) im Bereich des Verwirbelungsabschnittes (222) unter Ausbildung von Verwirbelungen(531) beeinflusst wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem im Bereich des Einschnürungsabschnitts (221) zugeführten Gas um ein sauerstoffhaltiges Gas handelt.
  12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtkonzentration von Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff im Heißgas in Strömungsrichtung vor den ersten Gaszuführungsmitteln mehr als 2 % beträgt.
  13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sauerstoffkonzentration des sauerstoffhaltigen Gases weniger als 17 % beträgt.
  14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der sauerstoffhaltigen Gase wenigstens 120 °C beträgt.
  15. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Verwirbelungsabschnitt (222) Verbrennungsluft oder ein anderes sauerstoffhaltiges Gas mit einer Richtungskomponente zugeführt wird, die der Strömungsrichtung (530) des Heißgases (53) weitgehend entgegengesetzt ist.
  16. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Steigrohr (22) zugeführte Heißgas (53) ein reduzierendes Heißgas ist, das im weiteren Verlauf bei einer Temperatur von unter 1150 °C ohne sichtbare Flamme umgesetzt wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Verwirbelungsabschnitts (222) ein ammoniakhaltiges Reduktionsmittel (62) zugegeben wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Verwirbelungsabschnitts (222) Gasstöße zur Unterstützung der Verwirbelung zugegeben werden.
  19. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Steigrohr (22) Verbrennungsluft und/oder Brennstoff zugeführt wird, wobei die jeweiligen Mengen über ein Signal einer extraktiven und/oder in-situ Gasanalyse geregelt werden.
  20. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an sauerstoffhaltigem Gas im Bereich des Einschnürungsabschnitts (221) über ein Signal einer extraktiven und/oder in-situ Gasanalyse geregelt wird.
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