DE102021112487A1

DE102021112487A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Wärmerückgewinnung aus Abgasen

Info

Publication number: DE102021112487A1
Application number: DE102021112487.5A
Authority: DE
Inventors: Georg Hartfuß; Max Schmid
Original assignee: Universitaet Stuttgart
Current assignee: Universitaet Stuttgart
Priority date: 2021-05-12
Filing date: 2021-05-12
Publication date: 2022-11-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nutzung von Wärme eines Abgasstromes. Dabei ist vorgesehen, dass ein erstes partikelförmiges Material in den Abgasstrom eingeleitet und dort in ein zweites partikelförmiges Material stofflich umgewandelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmerückgewinnung aus Abgasen. Sie betrifft ferner eine Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung, die insbesondere zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.
Bei Hochtemperaturprozessen, wie sie in unterschiedlichsten Industriezweigen, beispielsweise in der Metallurgie, beim Brennen von Steinen und Erden oder in der Glaserzeugung verwendet werden, entstehen große Mengen an Abgaswärme auf einem hohen Temperaturniveau. Nach dem Stand der Technik wird die Abgaswärme, wenn überhaupt, durch den Einsatz von Wärmeübertragern oder Regeneratoren zurückgewonnen. Die Abgaswärme dient zur Vorwärmung oder zur Heißwasser- bzw. Sattdampferzeugung. Das exergetische Potential des hohen Abgastemperaturniveaus wird nur in geringem Umfang genutzt.
Häufig wird die Nutzung der Abwärme außerdem erschwert durch die Batchfahrweise des Hochtemperaturprozesses, die korrosiven und abrasiven Eigenschaften des Abgases und die Notwendigkeit von Wärmespeichern oder Redundanzen. Für bekannte Ansätze sind daher hohe Amortisationszeiten für die Wärmerückgewinnungsanlagen die Folge, weshalb teils gänzlich auf der Installation einer Anlage zur Abgaswärmerückgewinnung verzichtet wird.
Es ist daher wünschenswert, die Nutzung des hohen exergetischen Potentials des Abgases von Industrieprozessen zu ermöglichen oder zu verbessern.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein Verfahren zur besseren Wärmerückgewinnung aus Abgasen angegeben werden. Ferner soll eine Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Abgasen angegeben werden, die insbesondere zur Ausführung des Verfahrens geeignet ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 8 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindungen ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.
Nach Maßgabe der Erfindung ist ein Verfahren zur Nutzung von Wärme eines Abgasstromes vorgesehen, bei dem ein erstes partikelförmiges Material in den Abgasstrom eingeleitet und dort in ein zweites partikelförmiges Material stofflich umgewandelt wird. Bei der Wärme kann es sich um industrielle Abwärme handeln.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine endotherme Stoffumwandlungsreaktion, bei der das erste partikelförmige Material in das zweite partikelförmige Material überführt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann innerhalb des Abgassystems vorhandener Anlagen durchgeführt werden. Im Gegensatz zu dem erfindungsgemäßen Verfahren erfordert die Durchführung derartiger Stoffumwandlungsreaktionen nach dem Stand der Technik separate Anlagen und den Einsatz erheblicher zusätzlicher Energie. Die erfindungsgemäß vorgesehene Stoffumwandlung ist mit einer Abkühlung des Abgasstromes verbunden. Beispiele für eine Stoffumwandlung sind Kalzinierungs- und Dehydrierungsreaktionen.
Unter dem Begriff „Hochtemperaturprozess“ wird in einer Ausführungsform der Erfindung ein Prozess verstanden, bei dem ein Abgas entsteht, das eine Temperatur von 500 °C oder mehr, bevorzugt von 750 °C oder mehr, stärker bevorzugt von 1000 °C oder mehr, noch stärker bevorzugt von 1250 °C oder mehr und besonders bevorzugt von 1500 °C oder mehr aufweist. Diese Temperatur wird auch als Abgastemperatur bezeichnet. Die Stoffumwandlung des ersten partikelförmigen Materials in das zweite partikelförmige Material erfolgt erfindungsgemäß bei der Abgastemperatur. Das heißt, dass die Abgastemperatur mindestens eine derartige Höhe aufweist, bei der die Stoffumwandlung erfolgt. Handelt es sich bei dem ersten partikelförmigen Material beispielsweise um Calciumcarbonat, das durch Stoffumwandlung in Calciumoxid als zweites partikelförmiges Material überführt werden soll, so ist bekannt, dass diese Stoffumwandlung eine Reaktionstemperatur von mindestens 800 °C erfordert. Diese Temperatur ist die minimale Reaktionstemperatur. Unterhalb der minimalen Reaktionstemperatur findet keine Stoffumwandlung statt. Die Abgastemperatur muss daher wenigstens der minimalen Reaktionstemperatur entsprechen. Im Falle der Stoffumwandlung von Calciumcarbonat in Calciumoxid sind das 800 °C. Vorzugsweise liegt die Abgastemperatur über der minimalen Reaktionstemperatur. Wird beispielsweise ein Abgas verwendet, das beim Frischen von Roheisen entsteht, so weist das Abgas eine Abgastemperatur von über 1750 °C auf. Diese Abgastemperatur liegt über der minimalen Reaktionstemperatur, die für eine Stoffumwandlung von Calciumcarbonat in Calciumoxid erforderlich ist. Das beim Frischen von Roheisen entstehende Abgas kann somit zur Stoffumwandlung von Calciumcarbonat in Calciumoxid verwendet werden. Bevorzugt liegt die Abgastemperatur mindestens 100 °C, stärker bevorzugt wenigstens 250 °C und besonders bevorzugt wenigstens 500 °C über der minimalen Reaktionstemperatur.
Die Bereitstellung der thermischen Energie für die endotherme Stoffumwandlung erfolgt vorzugsweise vollständig durch die zwangsläufig anfallende Abgaswärme eines Hochtemperaturprozesses. Das erfindungsgemäße Verfahren kombiniert die endotherme Stoffumwandlung und die Abgaswärmenutzung aus Hochtemperaturprozessen, ohne dass Einbauten zur Wärmeübertragung oder ein Wärmeträgerfluid benötigt werden. Es ist nicht erforderlich, Wärmeübertragerflächen in dem Abgassystem zu verwenden. Eine Installation von Wärmeübertragerflächen ist daher nicht erforderlich. Der Hochtemperaturprozess wird in Anlagen durchgeführt, die an den Hochtemperaturprozess angepasst sind. Solche Anlagen werden auch als Hochtemperaturprozess-Anlagen bezeichnet.
Das erste partikelförmige Material ist das Ausgangsmaterial, das in dem Abgasstrom in das zweite partikelförmige Material stofflich umgewandelt wird. Das zweite partikelförmige Material kann demnach als Reaktionsprodukt angesehen werden, in welches das Ausgangsmaterial überführt wird. Es kann vorgesehen sein, dass der Abgasstrom selbst an der Stoffumwandlung stofflich nicht beteiligt ist. Der Abgasstrom liefert in diesem Fall lediglich die für die endotherme Umwandlung erforderliche thermische Energie.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine effiziente Nutzung der im Abgasstrom enthaltenen thermischen Energie, die auch als Abgaswärme bezeichnet wird, durch die Stoffumwandlung des ersten partikelförmigen Materials in das zweite partikelförmige Material. Der Begriff „Stoffumwandlung“ oder „stoffliche Umwandlung“ beschreibt dabei die Transformation eines Stoffes, nämlich des ersten partikelförmigen Materials, in einen anderen Stoff, nämlich das zweite partikelförmige Material. Die Stoffumwandlung kann als thermochemische Reaktion angesehen werden. Sie nutzt die im Abgasstrom enthaltene thermische Energie. Die Stoffumwandlung ist somit eine thermochemische Stoffumwandlung. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in bestehenden Anlagen oder Neuanlagen genutzt werden. Die Stoffumwandlung kann direkt im Flugstrom erfolgen. Vorzugsweise wird das Abgassystem des Hochtemperaturprozesses dazu als Flugstromreaktor genutzt. Der Begriff „Flugstrom“ beschreibt dabei eine Zweiphasenströmung, die aus einer Gasphase und einer Feststoffphase besteht. Dabei umfasst die Gasphase das Abgas und, falls bei der Stoffumwandlung des ersten partikelförmigen Materials in das zweite partikelförmige Material ein Gas entsteht, dieses Gas. Die Feststoffphase umfasst das erste partikelförmige Material und/oder das zweite partikelförmige Material, wobei das erste partikelförmige Material durch die Stoffumwandlung in das zweite partikelförmige Material überführt wird.
Vorzugsweise liegt das erste partikelförmige Material in Form von rieselfähigen Partikeln vor. Die Partikel des ersten partikelförmigen Materials haben bevorzugt eine Größe in einem Bereich von 1 bis 5000 Mikrometer, stärker bevorzugt in einem Bereich von 100 bis 2000 Mikrometer und besonders bevorzugt in einem Bereich von 500 bis 1500 Mikrometer. Es kann vorgesehen sein, dass die Partikelgröße des ersten partikelförmigen Materials größer als 500 Mikrometer und kleiner als 1500 Mikrometer ist. Die Partikelgröße des zweiten partikelförmigen Materials kann der Partikelgröße des ersten partikelförmigen Materials entsprechen, das ist aber nicht zwingend erforderlich. Es kann somit vorgesehen sein, dass die Partikelgröße des zweiten partikelförmigen Materials in einem Bereich von 500 bis 1500 Mikrometer liegt. Es kann vorgesehen sein, dass die Partikelgröße des zweiten partikelförmigen Materials größer als 500 Mikrometer und kleiner als 1500 Mikrometer ist. Bei der Partikelgröße kann es sich um den Durchmesser des Partikels handeln. Die Partikel müssen jedoch keine ideale Kugelform aufweisen. In diesem Fall bezieht sich die Angabe der Partikelgröße auf die maximale Ausdehnung des Partikels in einer Richtung.
Der erfindungsgemäß vorgesehene Einsatz des ersten Materials, das als Ausgangsstoff dient, in Form von Partikeln für die thermochemische Stoffumwandlung im Flugstrom hat mehrere Vorteile. Der Ausgangsstoff, der in Form von rieselfähigen Partikeln vorliegt, ist gut zu dosieren und ist gut zu fördern. Liegt das zweite Material, bei dem es sich um das Reaktionsprodukt handelt, in Form von Partikeln vor, so wird auf diese Weise eine möglichst vollständige Abtrennung des zweiten Materials mittels Fliehkraftabscheidung aus einem Gasstrom ermöglicht.
Es kann vorgesehen sein, dass das erste partikelförmige Material über eine Einleitungseinrichtung, beispielsweise eine Düse, in den Abgasstrom eingeleitet wird. Dabei kann ein Flugstrom gebildet werden. Es kann vorgesehen sein, dass das erste partikelförmige Material in einer vorgegebenen Menge in den Abgasstrom eingeleitet wird. Die vorgegebene Menge des ersten partikelförmigen Materials kann mittels einer Dosierungseinrichtung bestimmt werden. Die Einleitungseinrichtung und die Dosierungseinrichtung können Bestandteile einer einzigen Einrichtung sein, die im Folgenden auch als Einrichtung zur Feststoffdosierung und -eindüsung bezeichnet wird.
Es kann vorgesehen sein, dass das zweite partikelförmige Material aus dem Abgasstrom abgetrennt wird. Zu diesem Zweck kann eine Trenneinrichtung vorgesehen sein. Die Abtrennung des zweiten partikelförmigen Materials aus dem Abgasstrom kann mittels Fliehkraftabscheidung erfolgen. Zu diesem Zweck kann ein Fliehkraftabscheider vorgesehen sein. Vorzugsweise wird der Flugstrom vollständig in seine Gasphase und seine Feststoffphase getrennt, beispielsweise mittels Fliehkraftabscheidung. Dabei wird die Feststoffphase, die ganz oder teilweise aus dem zweiten partikelförmigen Material besteht, von der Gasphase abgetrennt, die aus dem Abgas und, falls bei der Stoffumwandlung des ersten partikelförmigen Materials in das zweite partikelförmige Material ein Gas entsteht, aus diesem Gas besteht. Die Feststoffphase kann über eine Abdichtungseinrichtung aus dem Fliehkraftabscheider herausgeführt werden. Bei der Abdichtungseinrichtung kann es sich beispielsweise um einen Gasverschluss, der auch als Loop-Seal bezeichnet wird, oder ein L-Ventil, das auch als L-Valve bezeichnet wird, handeln. Die Herausführung der Feststoffphase mittels einer Abdichtungseinrichtung ist vorteilhaft, um die vom Hochtemperaturprozess geforderten Sicherheitsanforderungen zu erfüllen und um eine Rückreaktion zu verhindern oder beides. Die Abdichtungseinrichtung kann einen Filter zur Filterung der Feststoffphase aufweisen. Eine Abdichtungseinrichtung kann beispielsweise dann vorgesehen sein, wenn das Abgas z. B. explosiv und/oder giftig ist. Bei dem Abgas kann es sich beispielsweise um Konvertergas handeln. Konvertergas ist wegen seines hohen CO-Gehaltes brennbar sowie toxisch. Es darf nicht in das Feststofflager gelangen. Das Konvertergas kann beispielsweise aus einem Stahlkonverter stammen.
Es kann vorgesehen sein, dass das zweite partikelförmige Material als Rohstoff für weitere Prozesse eingesetzt wird. Es ist ein stofflicher Einsatz des Umwandlungsproduktes, das durch Stoffumwandlung des ersten partikelförmigen Materials in das zweite partikelförmige Material erhalten wird, als Rohstoff möglich.
Die stoffliche Umwandlung des ersten partikelförmigen Materials in das zweite partikelförmige Material kann in einem Flugstrom erfolgen, dessen Gasphase das Abgas des Abgasstromes enthält. Wird der Flugstrom durch eine Reaktionskammer geführt, so verändert sich die stoffliche Zusammensetzung des Flugstroms in der Reaktionskammer. Die Festphase, die vor Beginn der Stoffumwandlung aus dem ersten partikelförmigen Material besteht, besteht am Ende der Stoffumwandlung entweder aus dem zweiten partikelförmigen Material, wenn die Stoffumwandlung vollständig ist, oder aus einem Gemisch aus dem ersten partikelförmigen Material und dem zweiten partikelförmigen Material, wenn die Stoffumwandlung nicht vollständig ist. Die Gasphase, die vor Beginn der Stoffumwandlung aus dem Abgas besteht, besteht am Ende der Stoffumwandlung entweder unverändert aus dem Abgas, wenn die Stoffumwandlung nicht mit der Entstehung eines Gases verbunden ist, oder aus einem Gemisch aus Abgas und dem oder den Gasen, wenn die Stoffumwandlung mit der Entstehung eines oder mehrerer Gase verbunden ist. Das Abgas kann ein gasförmiger Stoff oder ein gasförmiges Stoffgemisch sein.
Es kann vorgesehen sein, dass das abgekühlte und partikelfreie Abgas einer Nachbehandlung unterzogen wird. Dazu kann das Abgas von der Trenneinrichtung zu einer Abgasnachbehandlungsanlage geleitet werden. Bei der Abgasnachbehandlungsanlage kann es sich beispielsweise um einen Wäscher oder einen Gewebefilter handeln. Es können eine oder mehrere Abgasnachbehandlungsanlagen vorgesehen sein.
Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nachstehend in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben.
Nach Maßgabe der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Nutzung von Wärme eines Abgasstromes vorgesehen. Die Vorrichtung weist eine Reaktionskammer zur Stoffumwandlung eines ersten partikelförmigen Materials in ein zweites partikelförmiges Material in einem Abgasstrom, der durch die Reaktionskammer geführt ist; eine Einrichtung zur Einleitung des ersten partikelförmigen Materials in die Reaktionskammer; und eine Einrichtung zur Abtrennung des zweiten partikelförmigen Materials aus dem Abgasstrom auf. Die Einrichtung zur Einleitung des ersten partikelförmigen Materials in die Reaktionskammer wird im Folgenden auch als Einleitungseinrichtung bezeichnet. Die Einrichtung zur Abtrennung des zweiten partikelförmigen Materials aus dem Abgasstrom wird im Folgenden auch als Trenneinrichtung bezeichnet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann weitere Einrichtungen aufweisen. Einzelheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben worden. Auf dessen Beschreibung wird verwiesen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Reaktionskammer auf, die der Abgasstrom passiert. Mittels der Einleitungseinrichtung wird dem Abgasstrom erstes partikelförmiges Material zugesetzt, wodurch in der Reaktionskammer der Flugstrom entsteht. Während die Partikel des ersten partikelförmigen Materials die Reaktionskammer passieren, kommt es zum Wärmeübergang vom heißen Abgas auf die Partikel und in Folge dessen zur Aufheizung der Partikel und thermochemischen Stoffumwandlung in das zweite partikelförmige Material. Das Abgas kühlt sich während der endothermen Stoffumwandlung ab.
Die Reaktionskammer dient als Reaktionsstrecke. Wärmeübertragereinbauten zur Nutzung der Abgaswärme sind nicht erforderlich. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass in der Reaktionskammer keine Wärmeübertragereinbauten angeordnet sind. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass am Mantel der Reaktionskammer keine Einrichtungen zur Kühlung des Abgasstromes angeordnet sind.
Bei der Einleitungseinrichtung kann es sich um eine Düse handeln. Es kann vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Dosierungseinrichtung zur Bestimmung einer vorgegebenen Menge des ersten partikelförmigen Materials, die mittels der Einleitungseinrichtung in die Reaktionskammer eingeleitet wird, aufweist. Die Einleitungseinrichtung und die Dosierungseinrichtung können Bestandteile einer einzigen Einrichtung sein, die im Folgen auch als Einrichtung zur Feststoffdosierung und -eindüsung bezeichnet wird. Wird ein Teil eines Abgassystems einer Hochtemperaturprozess-Anlage als Reaktionskammer benutzt, so kann vorgesehen sein, dass dieser Teil des Abgassystems mit einer Einleitungseinrichtung, beispielsweise der Einrichtung zur Feststoffdosierung und -eindüsung, ausgerüstet ist. Bei der Hochtemperaturprozess-Anlage kann es sich beispielsweise um einen Stahlkonverter handeln. In diesem Fall kann ein Teil des Abgassystems des Stahlkonverters als Reaktionskammer genutzt werden. Dieser Teil des Abgassystems des Stahlkonverters kann der Abgaskanal des Stahlkonverters sein.
Die Einleitungseinrichtung ist vorzugsweise so angeordnet, dass das erste partikelförmige Material vom Abgasstrom erfasst und mitgerissen werden kann. Vorzugsweise ist die Einleitungseinrichtung an einem Eingang der Reaktionskammer, durch den der Abgasstrom in die Reaktionskammer geführt wird, angeordnet. Der Eingang der Reaktionskammer kann den Anfang der Reaktionsstrecke bilden.
Die Trenneinrichtung dient zur Abtrennung des zweiten partikelförmigen Materials und, falls vorhanden, des verbliebenen ersten partikelförmigen Materials aus dem Flugstrom. Bei der Trenneinrichtung kann es sich um einen Fliehkraftabscheider handeln. Das abgetrennte zweite partikelförmige Material kann einem Feststofflager zugeführt werden. Das Feststofflager kann eine Einrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sein. Vorzugsweise ist die Trenneinrichtung an einem Ausgang der Reaktionskammer, durch den der Abgasstrom in die Reaktionskammer geführt wird, angeordnet. Der Ausgang der Reaktionskammer kann das Ende der Reaktionsstrecke bilden. Am Ende der Reaktionsstrecke kann die Trenneinrichtung angeordnet sein. Das in die Trenneinrichtung eintretende Abgas hat eine geringere Temperatur als das Abgas, das in die Reaktionskammer eintritt. Der Abgasstrom kühlt sich aufgrund der endothermen Stoffumwandlung ab, wodurch ein abgekühlter Abgasstrom erhalten wird. Mittels der Trenneinrichtung kann partikelförmiges Material, insbesondere zweites partikelförmiges Material, von dem abgekühlten Abgasstrom getrennt werden.
Bei dem Fliehkraftabscheider kann es sich beispielsweise um einen Umlenksichter oder einen Zyklonabscheider handeln. Die Auswahl des Fliehkraftabscheiders kann von der Geometrie des Abgassystems abhängen, in das die erfindungsgemäße Vorrichtung integriert werden soll.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ein Feststofflager aufweisen, in dem die aus dem Flugstrom in der Trenneinrichtung abgetrennten Partikel gelagert werden. Dazu können die Partikel als Partikelstrom von der Trenneinrichtung in das Feststofflager geleitet werden. Sollten die Partikel am Ausgang des Fliehkraftabscheiders eine ausreichend hohe Temperatur aufweisen, so kann vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung zumindest einen Wärmeübertragereinbau zur Abkühlung der Partikel auf Temperaturen unterhalb des chemischen Gleichgewichtes aufweist. Es können mehrere Wärmeübertragereinbauten vorgesehen sein. Der Wärmeübertragereinbau oder die Wärmeübertragereinbauten können zur Erzeugung von bspw. Heizwasser oder Dampf genutzt werden. Sind ein Wärmeübertragereinbau oder mehrere Wärmeübertragereinbauten vorgesehen, so wird der Partikelstrom von der Trenneinrichtung zu dem Wärmeübertragereinbau oder den Wärmeübertragereinbauten geführt. Von dort kann er weiter zu dem Feststofflager geführt werden. Es kann jedoch alternativ vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung keine Wärmeübertragereinbauten aufweist. In diesem Fall wird der ungekühlte Partikelstrom, bestehend aus dem zweiten partikelförmigen Material und, falls noch vorhanden, dem ersten partikelförmigen Material, dem Feststofflager zugeführt.
Aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die abgetrennte Gasphase als abgekühlter und partikelfreier oder möglichst partikelfreier Abgasstrom zu einer oder mehreren Abgasnachbehandlungsanlagen geleitet werden. Bei der Abgasnachbehandlungsanlage kann es sich beispielsweise um einen Wäscher oder einen Gewebefilter handeln. Der oder die Abgasnachbehandlungsanlagen können Einrichtungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglichen es, Wärme, die im Abgas eines Hochtemperaturprozesses enthalten ist, zu nutzen. Solche Hochtemperaturprozesse werden in der Regel industriell angewendet und können daher als Industrieprozesse bezeichnet werden. Es kann vorgesehen sein, dass das Abgas eines Hochtemperaturprozesses, insbesondere eines Industrieprozesses, über eine ausreichend hohe Strömungsgeschwindigkeit verfügt, um einen Flugstromtransport der Partikel des ersten partikelförmigen Materials und der Partikel des zweiten partikelförmigen Materials zu ermöglichen. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Abgas eines Hochtemperaturprozesses, insbesondere eines Industrieprozesses, über eine ausreichend hohe Strömungsgeschwindigkeit verfügt, um eine Abtrennung der Partikel des zweiten partikelförmigen Materials und, falls vorhanden, der Partikel des ersten partikelförmigen Materials mittels einer Trenneinrichtung zu ermöglichen. Die Strömungsgeschwindigkeit des Abgasstromes ist ausreichend hoch, wenn der Abgasstrom das erste partikelförmige Material unter Bildung eines Flugstromes mitreißt und eine Stoffumwandlung von erstem partikelförmigen Material in zweites partikelförmiges Material ohne Phasentrennung des homogenen Gemisches, das den Flugstrom bildet, erfolgt. In einer Ausführungsform der Erfindung weist der Abgasstrom eine ausreichend hohe Strömungsgeschwindigkeit auf, wenn er den Flugstromtransport der Partikel des ersten und/oder zweiten partikelförmigen Materials und deren Fliehkraftabscheidung ermöglicht.
Es kann vorgesehen sein, dass das Abgassystem des Hochtemperaturprozesses Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist. Das ist insbesondere dann bevorzugt, wenn der Hochtemperaturprozess ein Industrieprozess ist. In einer Ausführungsform ist die Reaktionskammer der erfindungsgemäßen Vorrichtung Teil des Abgassystems. Bei dem Teil des Abgassystems kann es sich um einen Abgaskanal handeln. Ein Hochtemperaturprozess, insbesondere ein industrieller Prozess, weist ausreichend lange Gasverweilzeiten auf, um in den gegebenen Reaktionsbedingungen, die für eine Stoffumwandlung des ersten partikelförmigen Materials in zweites partikelförmiges Material erforderlich sind, signifikante Reaktionsumsätze der thermochemischen Stoffumwandlung zu erreichen. Zu den Reaktionsbedingungen gehören die Partikelkorngröße, der Partialdruck und die Temperatur.
Ist die Reaktionskammer Teil des Abgassystems einer Hochtemperaturprozess-Anlage, so kann dieser Teil des Abgassystems als Reaktionsstrecke dienen. Es ist nicht erforderlich, dass dieser Teil des Abgassystems Wärmeübertragereinbauten zur Nutzung der Abgaswärme aufweist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren ermöglichen die Nutzung der Abgaswärme, ohne dass die Reaktionskammer Wärmeübertragereinbauten aufweist.
Die Erfindung ermöglicht die Nutzung von Abgaswärme für eine thermochemische Stoffumwandlung von Feststoffpartikeln im Flugstrom. Die Abgaswärme kann für die endotherme Stoffumwandlung genutzt werden, wobei dessen thermische Energie exergetisch effizient genutzt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung sind insbesondere zur Abgaswärmenutzung industrieller Abwärme mittels Flugstromkalzinierung geeignet. Beispielsweise sind das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abgaswärmenutzung industrieller Abwärme mittels Flugstromkalzinierung geeignet. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung können insbesondere in Verbindung mit einem Stahlkonverter genutzt werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung werden Feststoffpartikel am Eintritt eines Abgassystems, beispielsweise eines Abgaskanals, eingedüst. Die Feststoffpartikel werden durch den heißen Abgasstrom mitgerissen, und es erfolgt das Aufwärmen und die endotherme thermochemische Stoffumwandlung der Feststoffpartikel. Nach dem Passieren des Abgassystems kann eine Fliehkraftabscheidung der erzeugten Partikel erfolgen, welche dem Prozess als Wertstoff oder Zwischenprodukt entnommen werden. Die Feststoffpartikel sind das erste partikelförmige Material, die erzeugten Partikel das zweite partikelförmige Material. Der Begriff „Eindüsen“ beschreibt das Einbringen von partikelförmigem Material in die Reaktionskammer, beispielsweise die Reaktionskammer eines Abgassystems, mittels einer Düse.
Handelt es sich bei der Reaktionskammer um eine vertikale Reaktionskammer, so kann vorgesehen sein, dass die Einleitungseinrichtung an der Unterseite der vertikalen Reaktionskammer angeordnet ist. Die Feststoffpartikel werden dann aufgrund der Strömungsgeschwindigkeit des Abgasstromes mitgerissen, und es erfolgt das Aufwärmen und die endotherme thermochemische Stoffumwandlung der Feststoffpartikel. Nach dem Passieren der vertikalen Reaktionskammer kann eine Abtrennung, beispielsweise eine Fliehkraftabscheidung, der erzeugten Partikel erfolgen, welche dem Prozess als Wertstoff oder Zwischenprodukt entnommen werden. Die Feststoffpartikel sind das erste partikelförmige Material, die erzeugten Partikel das zweite partikelförmige Material. Der Begriff „vertikale Reaktionskammer“ beschreibt eine Reaktionskammer, durch die Abgasstrom in vertikaler Richtung geführt wird. Die Abtrennung kann in einer Trenneinrichtung, im Fall einer Fliehkraftabscheidung beispielsweise in einem Fliehkraftabscheider erfolgen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen, die die Erfindung nicht einschränken sollen, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen

1 ein Fließschema zur Veranschaulichung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und
2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Stoffumwandlung von Calciumcarbonat in Calciumoxid im Abgasstrom eines Stahlkonverters.

Die in 1 gezeigte erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens nutzt die Abgaswärme eines Hochtemperaturprozesses 1. Die Abgaswärme wird als Abgasstrom in eine Reaktionskammer 2 geführt (Pfeil A), in die sie an deren ersten Eingang 2A eintritt. Das erste partikelförmige Material wird über eine Einrichtung zur Feststoffdosierung und -eindüsung 3 in die Reaktionskammer 2 geführt (Pfeil B), in die es an deren zweiten Eingang 2B eintritt.
In der Reaktionskammer 2 entsteht aus dem Abgasstrom, der aus dem Abgas besteht, und dem ersten partikelförmigen Material ein Flugstrom. In dem Flugstrom wird das erste partikelförmige Material in das zweite partikelförmige Material stofflich umgesetzt, wodurch die Feststoffphase des Flugstroms verändert wird. Am Eingang 2A besteht der Flugstrom aus dem Abgas als Gasphase und dem ersten partikelförmigen Material als Feststoffphase. Aufgrund der stofflichen Umsetzung des ersten partikelförmigen Materials in das zweite partikelförmige Material nimmt der Anteil des ersten partikelförmigen Materials an der Feststoffphase ab, während der Anteil des zweiten partikelförmigen Materials zunimmt. Am Ausgang 2C der Reaktionskammer 2 ist der Anteil des zweiten partikelförmigen Materials vorzugsweise größer als der Anteil des ersten partikelförmigen Materials, besonders bevorzugt ist, dass das erste partikelförmige Material vollständig in das zweite partikelförmige Material stofflich umgewandelt wird. Die für die endotherme Stoffumwandlung erforderliche Energie wird dem Abgas entzogen, wodurch sich das Abgas abkühlt. Das Abgas selbst reagiert aber nicht mit dem ersten oder zweiten partikelförmigen Material. Es kann aber gasförmige Reaktionsprodukte, die bei der stofflichen Umsetzung des ersten partikelförmigen Materials in das zweite partikelförmige Material entstehen, aufnehmen. Die Zusammensetzung der Gasphase des Flugstroms kann sich somit in der Reaktionskammer 2 verändern.
In 1 ist der Flugstrom, der von den Eingängen 2A, 2B der Reaktionskammer 2 zu deren Ausgang 2C strömt, durch die Pfeile C und D gekennzeichnet. Pfeil C kennzeichnet die Gasphase des Flugstroms, Pfeil D die Feststoffphase des Flugstroms. Die beiden Phasen sind miteinander unter Bildung eines heterogenen Gemisches vermischt. Bei der Reaktionskammer 2 kann es sich um einen Flugstromreaktor handeln. Die Reaktionskammer kann Teil des Abgassystems des Hochtemperaturprozesses 1 sein oder das Abgassystem des Hochtemperaturprozesses 1 bilden.
Der Flugstrom verlässt die Reaktionskammer 2 an deren Ausgang 2C und tritt unmittelbar in eine Trenneinrichtung 4, beispielsweise einen Fliehkraftabscheider 4 ein, und zwar an dessen Eingang 4A. In der Trenneinrichtung 4 wird der Flugstrom in seine Gasphase und seine Feststoffphase getrennt. Die Gasphase verlässt als Gasstrom die Trenneinrichtung an deren ersten Ausgang 4B. Der Gasstrom kann einer weiteren Abgasnachbehandlung 5, beispielsweise in einer Kühleinrichtung, unterzogen werden (Pfeil E). Die Feststoffphase verlässt als Partikelstrom die Trenneinrichtung 4 an deren zweiten Ausgang 4C. Von dort tritt der Partikelstrom in ein Feststofflager 6 ein (Pfeil F). Im Feststofflager 6 oder in der Leitung zum Feststofflager 6 kann der Partikelstrom abkühlen, beispielsweise unter Verwendung eines Wärmeübertragers 7. Die - falls vorgesehen, abgekühlten - Partikel können anschließend einer Nutzung 8 zugeführt werden.
Der Partikelstrom, der die Trenneinrichtung 4 verlässt, umfasst das zweite partikelförmige Material. Vorzugsweise besteht der Partikelstrom vollständig aus dem zweiten partikelförmigen Material. Er kann aber auch nicht umgesetzte Partikel des ersten partikelförmigen Materials enthalten. Der Gasstrom, der die Trenneinrichtung 4 verlässt, umfasst das Abgas, das aus dem Hochtemperaturprozess stammt. Er kann zusätzlich gasförmige Reaktionsprodukte umfassen, die aus der Stoffumsetzung des ersten partikelförmigen Materials in das zweite partikelförmige Material stammen.
Beispiel 1
Beispiel 1 veranschaulicht unter Bezugnahme auf 1 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Beispiel 1 zeigt die direkte Nutzung von Abgas mittels der Flugstrom-Kalzinierung von Kalksteinpartikeln (Gl. 1). Bei der Flugstrom-Kalzinierung wird Calciumcarbonat (CaCO₃) in Calciumoxid (CaO) und Kohlenstoffdioxid (CO₂) umgesetzt, wie dies in der folgenden Reaktionsgleichung Gl. 1 gezeigt ist: CaCO₃ → CaO + CO₂ (Gl. 1)
Calciumcarbonat ist dabei das erste partikelförmige Material, während Calciumoxid das zweite partikelförmige Material ist. Bei dem Abgas handelt es sich in diesem Beispiel um Konvertergas (siehe auch Beispiel 2). Der Ausdruck „Kalkstein“ bezeichnet ein Sedimentgestein oder Sedimentgesteine aus Calciumcarbonat. Der Ausdruck „gebrannter Kalk“ bezeichnet hingegen Calciumoxid.
Die in Gl. 1 gezeigte Flugstrom-Kalzinierung von Kalksteinpartikeln wird nun mit Bezug auf 1 näher erläutert. Konvertergas, das eine Temperatur von über 1750 °C aufweist, wird als Abgasstrom in eine Reaktionskammer 2 geführt (Pfeil A), in die es an deren ersten Eingang 2A eintritt. Calciumcarbonat, d. h. das erste partikelförmige Material, wird über eine Einrichtung zur Feststoffdosierung und -eindüsung 3 in die Reaktionskammer 2 geführt (Pfeil B), in die es an deren zweiten Eingang 2B eintritt.
In der Reaktionskammer 2 entsteht aus dem Abgasstrom, der aus dem Konvertergas besteht, und Calciumcarbonat ein Flugstrom. In dem Flugstrom wird Calciumcarbonat in Calciumoxid stofflich umgesetzt, wodurch die Feststoffphase des Flugstroms verändert wird. Am Eingang 2A besteht der Flugstrom aus dem Konvertergas als Gasphase und Calciumcarbonat als Feststoffphase. Aufgrund der stofflichen Umsetzung von Calciumcarbonat in Calciumoxid nimmt der Calciumcarbonat-Anteil an der Feststoffphase ab, während der Calciumoxid-Anteil zunimmt. Am Ausgang 2C der Reaktionskammer 2 ist der Calciumoxid-Anteil vorzugsweise größer als der Calciumcarbonat-Anteil, wobei besonders bevorzugt ist, dass Calciumcarbonat vollständig in Calciumoxid stofflich umgewandelt wird. Die für die endotherme Stoffumwandlung erforderliche Energie wird dem Konvertergas entzogen, wodurch abgekühltes Konvertergas erhalten wird. Das Konvertergas selbst reagiert aber weder mit Calciumcarbonat noch mit Calciumoxid. Das Konvertergas nimmt aber Kohlenstoffdioxid, das bei der stofflichen Umsetzung von Calciumcarbonat in Calciumoxid entsteht, auf. Damit ändert sich die Zusammensetzung der Gasphase des Flugstroms in der Reaktionskammer 2.
In 1 ist der Flugstrom, der von den Eingängen 2A, 2B der Reaktionskammer 2 zu deren Ausgang 2C strömt, durch die Pfeile C und D gekennzeichnet. Pfeil C kennzeichnet die Gasphase des Flugstroms, Pfeil D die Feststoffphase des Flugstroms.
Der Flugstrom verlässt die Reaktionskammer 2 an deren Ausgang 2C und tritt unmittelbar in eine Trenneinrichtung 4, beispielsweise einen Fliehkraftabscheider, ein, und zwar an deren Eingang 4A. In der Trenneinrichtung 4 wird der Flugstrom in seine Gasphase, die aus abgekühltem Konvertergas und Kohlenstoffdioxid besteht, und seine Feststoffphase, die aus Calciumoxid und, falls vorhanden, nicht umgesetztem Calciumcarbonat besteht, getrennt. Die Gasphase verlässt als Gasstrom die Trenneinrichtung 4 an deren ersten Ausgang 4B. Der Gasstrom kann einer weiteren Abgasnachbehandlung 5 unterzogen werden (Pfeil E). Die Feststoffphase verlässt als Partikelstrom die Trenneinrichtung 4 an deren zweiten Ausgang 4C. Von dort tritt der Partikelstrom in ein Feststofflager 6 ein (Pfeil F). Im Feststofflager 6 oder in der Leitung zum Feststofflager 6 kann der Partikelstrom abkühlen, beispielsweise unter Verwendung eines Wärmeübertragers 7. Die - falls vorgesehen, abgekühlten - Calciumoxid-Partikel können anschließend einer Nutzung 8 zugeführt werden.
Der Partikelstrom, der die Trenneinrichtung 4 verlässt, umfasst Calciumoxid. Vorzugsweise besteht der Partikelstrom vollständig aus Calciumoxid-Partikeln. Er kann aber auch nicht umgesetzte Calciumcarbonat-Partikel enthalten. Der Gasstrom, der die Trenneinrichtung 4 verlässt, umfasst das Konvertergas, das aus dem Hochtemperaturprozess stammt. Er umfasst zusätzlich Kohlenstoffdioxid, das aus der Stoffumsetzung von Calciumcarbonat in Calciumoxid stammt.
Beispiel 2
Beispiel 2 veranschaulicht eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Das Beispiel 2 zeigt die direkte Nutzung von Abgas mittels der Flugstrom-Kalzinierung von Kalksteinpartikeln (siehe Gl. 1 von Beispiel 1) im Kühlkamin eines Stahlkonverters.
2 zeigt eine Vorrichtung 101 zur Flugstrom-Kalzinierung. Die Vorrichtung 101 weist einen Behälter 102, in dem Calciumcarbonat in Partikelform bereitgestellt wird, auf. Die Partikel weisen einen Durchmesser in einem Bereich von mehr als 500 Mikrometer und weniger als 1500 Mikrometer auf. Aus dem Behälter 102 wird das Calciumcarbonat über einen Trichter 103 in eine Einrichtung 104 zur Feststoffdosierung und -eindüsung geführt. Mittels der Einrichtung 104 wird Calciumcarbonat in einem vorgegebenen Massenstrom zum ersten Eingang 105A eines Kühlkamins 105 gefördert (Pfeil I). Dort tritt Calciumcarbonat in den Kühlkamm 105 ein.
Der Kühlkamin 105 gehört zum Abgassystem des Stahlkonverters 201. Der Stahlkonverter 201 dient zum Frischen des in einem Hochofen hergestellten Roheisens. Dazu wird im Stahlkonverter 201 Sauerstoff in die Roheisenschmelze geblasen. Calciumoxid, das nach dem Stand der Technik extern in Kalkwerken gebrannt wird, wird im Stahlkonverter 201 als Schlackebildner oder zur Erzeugung von Erzsinter für den Hochofen verwendet. Das entstehende, heiße Konvertergas wird in den Kühlkamm 105 gesaugt. Luft, die über den Spalt (nicht gezeigt) zwischen Konvertergefäß und Kühlkamin 105 eintritt, bewirkt eine Verbrennung des im Konvertergas enthaltenen Kohlenstoffmonoxids. Das Frischen des Roheisens ist ein Hochtemperaturprozess, bei dem das Konvertergas als Abgas entsteht. Während des Frischens werden so Abgastemperaturen von über 1750 °C erreicht. Die Verweilzeit des Konvertergases innerhalb des Kühlkamins 105 beträgt einige Sekunden. Während dieser Verweildauer soll das Konvertergas auf rund 850 °C abgekühlt werden. Nach dem Stand der Technik war vorgesehen, dass das Konvertergas nach dem Verlassen des Kühlkamins direkt in eine Entstaubung eintritt. Erfindungsgemäß wird das Konvertergas nach dem Verlassen des Kühlkamins als Teil des Flugstroms zu einem Fliehkraftabscheider 106 geführt (siehe unten) und erst dann, falls vorgesehen, einer Entstaubung zugeführt.
Nach dem Stand der Technik war vorgesehen, dass im Kühlkamin des Stahlkonverters 201 Abgaswärme über wasserdurchströmte Rohrwände abgeführt und zur Erzeugung von Sattdampf genutzt wird. Auf diese Weise wurde eine Abkühlung des Konvertergases auf rund 850 °C erreicht. Bekannte Systeme erlauben dabei eine maximale Dampftemperatur von 270 °C, was die geringe exergetische Ausbeute des Abgaswärmepotentials verdeutlicht. Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt hingegen die Abgaswärme für eine endotherme Stoffumwandlung. Die endotherme Stoffumwandlung ist mit einer Abkühlung des Konvertergases verbunden. Wasserdurchströmte Rohrwände des Kühlkamins sind daher nicht zwingend erforderlich. Es sind keine Wärmeübertragereinbauten in dem Kühlkamm 105 vorgesehen. Durch die Stoffumwandlung kann das Konvertergas auf rund 850 °C abgekühlt werden.
Erfindungsgemäß bildet der Kühlkamin 105 gleichzeitig die Reaktionskammer der erfindungsgemäßen Vorrichtung 101. Aus dem Stahlkonverter 201 wird ein Abgasstrom in den Kühlkamm 105 geführt, der an dessen zweiten Eingang 105B in den Kühlkamm 105 eintritt (Pfeil II). Dort reißt er die Calciumcarbonat-Partikel mit, die am Eingang 105A in den Kühlkamm 105 eintreten, wodurch ein Flugstrom gebildet wird. Im Flugstrom werden die Calciumcarbonat-Partikel aufgeheizt. Eine endotherme Kalzinierung der Calciumcarbonat-Partikel erfolgt, sobald die Gleichgewichtstemperatur von ca. 800 °C von den Calciumcarbonat-Partikeln überschritten wird. In den hohen Temperaturen des Konvertergases können die Calciumcarbonat-Partikel innerhalb von etwa vier Sekunden vollständig kalziniert werden. Es bilden sich aus den Calciumcarbonat-Partikeln über die endotherme Kalzinierungsreaktion Calciumoxid-Partikel, wobei Kohlenstoffdioxid freigesetzt wird (Gl. 1).
Die Einrichtung 104 zur Feststoffdosierung und -eindüsung ermöglicht die Injektion von Calciumcarbonat-Partikeln in den Abgasstrom des Stahlkonverters 201. Der Massenstrom an Calciumcarbonat-Partikeln, die auf diese Weise in das Konvertergas eingetragen werden, wird mittels der Einrichtung 104 so eingestellt, dass die Abgastemperatur, das heißt, die Temperatur des Konvertergases bei dessen Eintritt in den Kühlkamm 105, nicht bereits durch die Aufheizung der Calciumcarbonat-Partikel unter die benötigte Reaktionstemperatur nach dem chemischen Gleichgewicht abfällt.
In dem Flugstrom werden die Calciumcarbonat-Partikel in Calciumoxid-Partikel vollständig oder zumindest möglichst vollständig umgesetzt. Das dabei entstehende Kohlenstoffdioxid wird dabei Teil der Gasphase des Flugstroms. Der Flugstrom, der am Ausgang 105C des Kühlkamins 105 austritt, weist eine Gasphase, die aus dem Abgas aus dem Stahlkonverter 201 und dem bei der Kalzinierung gebildeten Kohlenstoffdioxid besteht und eine Feststoffphase auf, die ganz oder überwiegend aus Calciumoxid-Partikeln besteht. Der Flugstrom wird zu einem Fliehkraftabscheider 106 geführt (Pfeil III), in dem die Gasphase von der Feststoffphase getrennt wird.
Die Gasphase verlässt als Gasstrom den Fliehkraftabscheider 106 (Pfeil VII). Der Gasstrom kann über ein weiteres Abgassystem 202 einer Nachbehandlung zugeführt werden (Pfeile VIII).
Die Feststoffphase verlässt als Partikelstrom den Fliehkraftkraftabscheider 106 (Pfeil IV). Der Partikelstrom, der eine Temperatur von ca. 800 °C aufweist, wird von dem Fliehkraftabscheider 106 umgelenkt und über eine Abdichtungseinrichtung 107, bei der es sich beispielsweise um einen Gasverschluss, der auch als Loop-Seal bezeichnet wird, oder ein L-Ventil, das auch als L-Valve bezeichnet wird, handeln kann, ausgetragen. Abschließend wird der ausgetragene Partikelstrom zu einer Kühleinrichtung 108 geführt (Pfeil V), in der die Partikel mittels eines oder mehrerer Wärmeübertragereinbauten 109 abgekühlt werden. Es kann vorgesehen sein, die mittels des oder der Wärmeübertragereinbauten aus den Partikeln abgeführte Wärme zur Erzeugung von Dampf oder Heißwasser zu nutzen. Die abgekühlten Partikel können zu einem Speicherbehälter 110 geführt werden (Pfeil VI). Bei den Partikeln handelt es sich vollständig oder überwiegend um Calciumoxid, das in dem Speicherbehälter gelagert werden kann. Calciumoxid-Partikel können aus dem Speicherbehälter 110 entnommen und im Stahlwerk anstelle des extern gebrannten Kalkes eingesetzt werden.
Eine Abkühlung der Partikel des Partikelstroms ist allerdings nur dann erforderlich, wenn die Partikel nicht bei der Temperatur, mit der der Partikelstrom den Fliehkraftabscheider 106 verlässt, genutzt werden können. Ist eine solche Nutzung möglich, so kann vorgesehen sein, dass der Partikelstrom von dem Fliehkraftabscheider 106 oder der Abdichtungseinrichtung 107 direkt einer Weiternutzung zugeführt wird, ohne dass eine Abkühlung und/oder Lagerung vorgenommen wird. Eine Kühleinrichtung 108 und/oder ein Speicherbehälter 110 sind dann nicht erforderlich.
Alternativ oder zusätzlich zu der Kühleinrichtung 108 kann vorgesehen sein, dass in dem Speicherbehälter 110 ein Wärmeübertragereinbau oder mehrere Wärmeübertragereinbauten zur Kühlung der Partikel vorgesehen sind. Mittels des Wärmeübertragereinbaus oder der Wärmeübertragereinbauten können die Partikel, die mit einer Temperatur von 800 °C den Fliehkraftabscheider verlassen, abgekühlt werden. Das ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn ein Heißeinsatz der Partikel nicht möglich ist. Es kann vorgesehen sein, die mittels des oder der Wärmeübertragereinbauten aus den Partikeln abgeführte Wärme zur Erzeugung von Dampf oder Heißwasser zu nutzen.
Bezugszeichenliste

1: Hochtemperaturprozess
2: Reaktionskammer
2A: erster Eingang
2B: zweiter Eingang
2C: Ausgang
3: Einrichtung zur Feststoffdosierung und -eindüsung
4: Trenneinrichtung
4A: Eingang
4B: erster Ausgang
4C: zweiter Ausgang
5: Abgasnachbehandlung
6: Feststofflager
7: Wärmeübertrager
8: Nutzung
101: Vorrichtung zur Flugstrom-Kalzinierung
102: Behälter
103: Trichter
104: Einrichtung zur Feststoffdosierung und -eindüsung
105: Kühlkamin
105A: erster Eingang
105B: zweiter Eingang
105C: Ausgang
106: Fliehkraftabscheider
107: Abdichtungseinrichtung
108: Kühleinrichtung
109: Wärmeübertragereinbau
110: Speicherbehälter
201: Stahlkonverter
202: weiteres Abgassystem

Claims

Verfahren zur Nutzung von Wärme eines Abgasstromes, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes partikelförmiges Material in den Abgasstrom eingeleitet und dort in ein zweites partikelförmiges Material stofflich umgewandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste partikelförmige Material über eine Einleitungseinrichtung in den Abgasstrom eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste partikelförmige Material in einer vorgegebenen Menge in den Abgasstrom eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Menge des ersten partikelförmigen Materials mittels einer Dosierungseinrichtung bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite partikelförmige Material aus dem Abgasstrom abgetrennt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite partikelförmige Material mittels Fliehkraftabscheidung aus dem Abgasstrom abgetrennt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffliche Umwandlung des ersten partikelförmigen Materials in das zweite partikelförmige Material in einem Flugstrom erfolgt, dessen Gasphase das Abgas des Abgasstromes enthält.
Vorrichtung zur Nutzung von Wärme eines Abgasstromes, wobei die Vorrichtung (101) eine Reaktionskammer (105) zur Stoffumwandlung eines ersten partikelförmigen Materials in ein zweites partikelförmiges Material in einem Abgasstrom, der durch die Reaktionskammer (105) geführt ist, eine Einleitungseinrichtung zur Einleitung des ersten partikelförmigen Materials in die Reaktionskammer (105) und eine Einrichtung (106) zur Abtrennung des zweiten partikelförmigen Materials aus dem Abgasstrom aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Dosierungseinrichtung zur Bestimmung einer vorgegebenen Menge des ersten partikelförmigen Materials, die mittels der Einleitungseinrichtung in die Reaktionskammer eingeleitet wird, aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (106) zur Abtrennung des zweiten partikelförmigen Materials ein Fliehkraftabscheider ist.