DE102021201549A1

DE102021201549A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Brennen und/oder Kalzinieren von stückigem Gut

Info

Publication number: DE102021201549A1
Application number: DE102021201549.2A
Authority: DE
Inventors: Hannes Piringer
Original assignee: Maerz Ofenbau AG; ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Current assignee: Maerz Ofenbau AG; ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 2021-02-18
Filing date: 2021-02-18
Publication date: 2022-08-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Brennen von insbesondere karbonathaltigem Material in einem Schachtofen (1) mit einem Schacht (2), wobei das Material durch einen Materialeinlass (3) in eine Vorwärmzone (21) zum Vorwärmen des Materials, eine Brennzone (20) zum Kalzinieren des Materials und eine Kühlzone (22) zum Kühlen des gebrannten Materials zu einem Materialauslass (40) strömt, wobei Kühlluft in die Kühlzone (22) eingelassen wird, wobei das Abgas über einen Abgasauslass (19) aus dem Schacht (2) ausgelassen wird, wobei das über den Abgasauslass (19) aus dem Schacht (2) ausgelassene Abgas zumindest teilweise in die Brennzone (20) geleitet wird und wobei das über den Abgasauslass (19) aus dem Schacht (2) ausgelassene Abgas vor dem Einleiten in die Brennzone (20) mittels einer Heizvorrichtung (54) auf eine Temperatur von 800°C bis 1500°C, insbesondere 1000°C bis 1200°C erhitzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und Verfahren zum Brennen und/oder Kalzinieren von stückigem Gut, insbesondere von Kalkstein oder anderen Karbonaten, mit einem Schachtofen, der wenigstens eine Brennzone und eine Kühlzone aufweist.
Aus der CH 378 217 A ist ein Schachtofen zum kontinuierlichen Brennen von mineralischen Werkstoffen mit einer Brennzone und einer Kühlzone bekannt, wobei die Heißgase der Brennzone und die Brenngutkühlluft über einen im Übergangsbereich zwischen Brenn- und Kühlzone ausgebildeten Absaugraum abgeführt werden.
Aus der DE 10 2010 060 866 B3 ist ein Kalkofen bekannt, der eine Brennzone aufweist, die mit ihrem unteren Ende in die Kühlzone des Schachtes hineinragt. Mit dieser Bauweise ist lediglich eine maximale Durchsatzleistung von 250t/d möglich. In der Kalkindustrie werden derzeit allerdings Kalkschachtöfen mit einer Durchsatzleistung von etwa 400 bis 600t/d gefordert. Des Weiteren ist Kalk mit einer hohen Reaktivität gewünscht, wobei gleichzeitig das entstehende Abgas eine hohe CO2-Konzentration aufweisen soll, um eine anschließende Sequestierung zu ermöglichen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schachtofen und ein Verfahren zum Brennen und/oder Kalzinieren von stückigem Gut bereitszustellen, das die Herstellung von Kalk mit einer hohen Reaktivität und CO2 Abscheidung ermöglicht, wobei gleichzeitig die Kalzinierung mit hoher Energieeffizienz erfolgt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Ein Schachtofen zum Brennen von insbesondere karbonathaltigem Material mit einem Schacht aufweisend in Strömungsrichtung des Materials einen Materialeinlass, eine Vorwärmzone zum Vorwärmen des Materials, eine Brennzone zum Kalzinieren des Materials, eine Kühlzone zum Kühlen des gebrannten Materials, und einen Materialauslass zum Auslassen des Materials aus dem Schachtofen. Der Schachtofen weist einen Abgasauslass zum Auslassen von Abgas aus dem Schacht auf, und wobei der Abgasauslass zur Rezirkulation zumindest eines Teils des Abgases mit der Brennzone verbunden ist. Zwischen dem Abgasauslass und der Brennzone ist eine Heizvorrichtung zum Erhitzen des Abgases auf eine Temperatur von 800°C bis 1500°C, insbesondere 1000°C bis 1200°C, angeordnet.
Bei dem zu brennenden Material handelt es sich beispielsweise um körniges Material, insbesondere Kalkstein oder Dolomitstein, mit einer für Korngröße von 2 bis 200mm, vorzugsweise 30 bis 100mm, insbesondere 40 bis 80 mm. Das Abgas weist vorzugsweise einen CO₂-Anteil von mindestens 30% bis mindestens 90% auf, vorzugsweise mindestens 35% bis mindestens 45% auf, vorzugsweise bezogen auf trockenes Gas.
Der Materialeinlass ist insbesondere an dem oberen Ende des Schachtes angeordnet. In Strömungsrichtung des Materials vor der Brennzone ist die Vorwärmzone zum Vorwärmen des Materials angeordnet. Die Vorwärmzone schließt sich vorzugsweise direkt an einen Materialeinlass des Materials in den Schachtofen an und dient der Vorwärmung des Materials auf eine Temperatur von etwa 600°C bis 800°C. Die Brennzone schließt sich vorzugsweise direkt an die Vorwärmzone an und dient dem Brennen des Materials, wobei dieses vorzugsweise auf eine Temperatur von etwa 900°C bis 1500°C erhitzt wird. Die Kühlzone schließt sich vorzugsweise direkt an die Brennzone an und dient der Kühlung des gebrannten Materials auf eine Temperatur von beispielsweise 100 °C. Der Materialauslass ist beispielsweise in einem sich an die Kühlzone anschließenden Auslasstrichter angeordnet, wobei der Materialauslass beispielsweise einen Drehteller oder Schubtische aufweist zum Austragen von Material aus der Kühlzone in den Auslasstrichter. Die Kühlluft wird vorzugsweise über einen Kühllufteinlass in die Kühlzone des Schachtofens einblasen. Der Kühllufteinlass ist vorzugsweise in der Schachtwand der Kühlzone angeordnet.
In der Brennzone des Schachts sind vorzugsweise eine oder mehrere Brennkammerebenen angeordnet, in denen materialfreie Räume, insbesondere Brennkammern, vorzugsweise umfangsmäßig um die Brennzone herum angeordnet sind. In jedem materialfreien Raum, vorzugsweise in jeder Brennkammer, ist zumindest ein Gaseinlass zum Einlassen des rezirkulierten Abgases angeordnet. Unter dem Begriff „materialfrei“ ist vorzugsweise „frei von Brenngut“ zu verstehen. Bei einem materialfreien Raum handelt es sich vorzugsweise um einen Raum, in dem kein zu brennendes Material vorhanden ist.
Der Abgasauslass ist vorzugsweise im oberen Bereich des Schachts, insbesondere in der Vorwärmzone oder in dem oberen Bereich der Brennzone angeordnet
An den Abgasauslass schließt sich vorzugsweise eine Abgasauslassleitung an zum Leiten des aus dem Schacht, insbesondere der Vorwärmzone, abgezogenen Abgases. Die Abgasauslassleitung weist beispielsweise in Strömungsrichtung des Abgases optional eine Wassereinspritzvorrichtung zum Befeuchten und gleichzeitigen Abkühlen des Abgases auf. Das aus der Vorwärmzone über den Abgasauslass abgeführte Abgas weist vorzugsweise eine Temperatur von etwa 400°C auf und wird in der Wassereinspritzvorrichtung beispielsweise auf eine Temperatur von 200°C abgekühlt und weist vorzugsweise einen Wassergehalt von 10% bis 25% auf.
Die Abgasauslassleitung weist beispielsweise in Strömungsrichtung des Abgases im Anschluss an den Abgasauslass und optional an die Wassereinspritzvorrichtung, einen Verdichter, insbesondere einen Ventilator, und einen Abgasfilter auf. Vorzugsweise schließt sich in Strömungsrichtung eine Kühleinrichtung, wie beispielsweise ein Wärmetauscher mit einer Wasserkühlung, an. Die Kühleinrichtung kühlt das Abgas vorzugsweise auf eine Temperatur von 30°C. Im Anschluss an die Kühleinrichtung weist die Abgasauslassleitung vorzugsweise eine Abzweigung auf, wobei ein Teilstrom des Abgases über einen Ventilator oder Verdichter ausgeschleust und ein weiterer Teilstrom vorzugsweise über zumindest einen weiteren Ventilator oder Verdichter der Brennzone zugeführt, insbesondere rezirkuliert wird. Optional ist in Strömungsrichtung des Abgases vor der Kühleinrichtung ebenfalls eine Abzweigung zum Abzweigen eines Teilstroms des Abgases angeordnet, sodass lediglich ein Teilstrom des Abgases in die Kühleinrichtung und der übrige Teilstrom des Abgases in die Brennzone rezirkuliert wird.
Die Rückführung des über den Abgasauslass aus dem Schacht ausgelassene Abgas zumindest teilweise in die Brennzone ermöglicht eine Erwärmung der Atmosphäre in der Brennzone mittels des abgezogenen CO2-haltigen Abgases. Somit wird vorzugsweise reines CO2 in die Brennzone eingeführt und sichergestellt, dass das Abgas einen sehr hohen Anteil an CO2 von beispielsweise mehr als 90% aufweist. Vorzugweise wird lediglich ein Teil des Abgases, beispielsweise etwa 20% bis 50%, der Brennzone wieder zugeführt, wobei der übrige Teil des Abgases aus dem Schachtofen abgeführt und beispielsweise für eine anschließenden Sequestierung gespeichert wird.
Die Heizvorrichtung zum Erhitzen des Abgases auf eine Temperatur von 800°C bis 1500°C, insbesondere 1000°C bis 1200°C bietet den Vorteil, dass auf Brenner innerhalb der Brennzone verzichtet werden kann. Vorzugsweise stellt die Heizvorrichtung die gesamte zur Kalzinierung erforderliche Energie zur Verfügung.
Vorzugsweise ist die Heizvorrichtung außerhalb der Brennzone angeordnet, sodass das Abgas vor dem Einlassen in die Brennzone bereits die zur Kalzinierung erforderliche Temperatur aufweist. Beispielsweise weist der Schachtofen zumindest zwei oder eine Mehrzahl von Heizvorrichtungen auf, die beispielsweise parallel zueinander geschaltet sind und jeweils einen Teilstrom des über den Abgasauslass abgezogenen Abgases erhitzen.
Gemäß einer ersten Ausführungsform umfasst die Heizvorrichtung eine elektrische Heizvorrichtung, eine Solareinrichtung, einen Verbrennungsreaktor und/ oder einen Wärmetauscher. Bei der Heizvorrichtung handelt es sich beispielsweise um eine elektrisch betriebene Heizvorrichtung. Insbesondere wird die Heizvorrichtung mittels Solarenergie betrieben und umfasst vorzugsweise einen Solarreceiver, insbesondere eine Photovoltaikanlage zur Erzeugung von elektrischer Energie mittels Solarenergie. Die Heizeinrichtung umfasst beispielsweise eine Solarthermie-Anlange, wobei beispielsweise ein Wärmetauscherfluid mittels Solarenergie erhitzt und in einem Wärmetauscher vorzugsweise im Gegenstrom zu dem rezirkulierten Abgas dieses erhitzt. Beispielsweise umfasst die Heizvorrichtung einen Solarreceiver, der das rezirkulierte Abgas insbesondere direkt erhitzt. Der Solarreceiver umfasst dazu beispielsweise einen Teil der Abgasauslassleitung. Die Heizvorrichtung weist beispielsweise einen Verbrennungsreaktor auf, der vorzugsweise zur Verbrennung von erneuerbaren Energieträgern, wie beispielsweise Holz, ausgebildet ist. Vorzugsweise umfasst die Heizvorrichtung einen Wärmetauscher zur Erhitzung des Abgases im Gegenstrom zu einem Wärmeträgerfluid. Das Wärmeträgerfluid wird beispielsweise mittels Solarenergie und/ oder dem Verbrennungsreaktor erhitzt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zwischen dem Abgasauslass und der Heizvorrichtung zumindest ein Wärmetauscher zum Erhitzen des Abgases auf eine Temperatur von 300°C bis 600°C, insbesondere 400°C bis 500°C, angeordnet. Beispielsweise sind zwei Wärmetauscher parallel zueinander angeordnet zu jeweiligen Erwärmen eines Teilstroms des Abgases vor dem Einlassen in die Brennzone, insbesondere vor der Heizvorrichtung. Bei dem Wärmetauscher handelt es sich beispielsweise um einen Gegenstromwärmetauscher, wobei das Wärmeträgerfluid beispielsweise aus der Kühlzone und/ oder der Brennzone ausgelassenes Abgas ist, das das über den Abgasauslass abgezogene Abgas im Gegenstrom erwärmt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist in der Brennzone zumindest ein materialfreier Raum ausgebildet, der zur Leitung des Abgases in die Brennzone mit dem Abgasauslass verbunden ist. Der materialfreie Raum ist beispielsweise eine Brennkammer. Vorzugsweise ist der materialfreie Raum radial auswärts in der Brennzone angeordnet. Beispielsweise sind mehrere materialfreie Räume auf einer Höhe umfangsmäßig um die Brennzone angeordnet. Optional ist der materialfreie Raum als ein Ringraum ausgebildet, der sich vorzugsweise umfangsmäßig um die Brennzone erstreckt. Der Ringraum wird beispielsweise zwischen der Vorwärmzone und der Brennzone ausgebildet und wird beispielsweise durch die äußere Schachtwand der Vorwärmzone und die innere Schachtwand der Brennzone begrenzt.
Optional sind mehrere materialfreie Räume in zumindest zwei oder mehr Ebenen der Brennzone angeordnet. Die materialfreien Räume in der Brennzone sind vorzugsweise zur Leitung zumindest eines Teilstroms des Abgases in die Brennzone mit dem Abgasauslass verbunden und weisen jeweils zumindest einen Gaseinlass auf, wobei vor jedem Gaseinlass vorzugsweise eine Heizvorrichtung angeordnet ist. Vorzugsweise weist die Brennzone in Strömungsrichtung des Materials zumindest zwei materialfreie Räume auf unterschiedlichen Höhenniveaus mit jeweils einem Gaseinlass zum Einlassen von Abgas auf.
Beispielsweise ist stromabwärts der materialfreien Räume mit jeweils zumindest einem Gaseinlass ein weiterer materialfreier Raum mit einem Gasauslass innerhalb der Brennzone zum Auslassen von Abgas aus der Brennzone angeordnet. Das aus der Brennzone ausgelassene Abgas wird vorzugsweise einem Wärmetauscher zur Erwärmung zumindest eines Teilstroms des Abgases zugeführt, wobei der Wärmetauscher vorzugsweise in Strömungsrichtung des rezirkulierten Abgases vor der Heizvorrichtung angeordnet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der materialfreie Raum eine Mehrzahl von Gaseinlässen auf, über welche das Abgas in die Brennzone eingelassen wird. Vorzugsweise sind die Gaseinlässe auf unterschiedlichen Höhen oder in einer Ebene in der Außenwand des materialfreien Raums angeordnet. Vorzugsweise weist der materialfreie Raum genau einen Gaseinlass auf, der insbesondere mittig in der Außenwand des materialfreien Raums angeordnet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Schachtofen eine Kühlgasabzugseinrichtung zum Auslassen von Kühlluft aus dem Schacht auf. Beispielsweise ist die Kühlgasabzugseinrichtung als materialfreier Raum in der Kühlzone ausgebildet. Die Kühlgasabzugseinrichtung zum Auslassen von Kühlluft aus dem Schacht, erstreckt sich insbesondere von der Kühlzone in die Brennzone und von der Brennzone aus dem Schacht heraus. Die Kühlluftabzugseinrichtung ist vorzugsweise mit dem Wärmetauscher zum Erhitzen des Abgases im Gegenstrom verbunden.
Die Kühlgasabzugseinrichtung ist vorzugsweise mit einer Kühlluftabzugsleitung zum Leiten des aus dem Schacht abgeführten Gases verbunden und wobei die Kühlluftabzugsleitung in Strömungsrichtung des Gases einen Wärmetauscher, optional einen Filter zum Entstauben der Kühlabluft und/oder ein Regelorgan aufweist. Der Wärmetauscher wird vorzugsweise mit dem Abgas aus der Abgasauslassleitung betrieben. Des Weiteren wird beispielsweise ein Kühlgas, wie Luft, in die Kühlluftabzugsleitung geleitet. Es ist ebenfalls denkbar, die Kühlabluft nicht durch einen Wärmetauscher zu leiten, sondern beispielsweise zur Erzeugung von Strom, Trocknung von Mahlgut oder zu Heizzwecken zu verwenden.
Die Kühlgasabzugseinrichtung erstreckt sich vorzugsweise mittig durch die Brennzone. Dies ermöglicht ein gleichmäßiges Brennen des in der Brennzone vorhandenen Materials, ohne dass die Kühlgasabzugseinrichtung den Brennvorgang negativ beeinflusst. Vorzugsweis erstreckt sich die Kühlgasabzugseinrichtung über die gesamte Länge der Brennzone. Bei der Kühlgasabzugseinrichtung handelt es sich beispielsweise um ein Rohr oder einen Schacht mit einem insbesondere kreisförmigen oder eckigen Querschnitt.
Die Brennzone ist vorzugsweise zumindest teilweise kreisringförmig ausgebildet und konzentrisch mit der Kühlgasabzugseinrichtung angeordnet. Die Breite des Kreisrings beträgt beispielsweise etwa 0,5m bis 2m, vorzugsweise 1 m. Beispielsweise ist die Brennzone vollständig oder teilweise als Hohlzylinder ausgebildet, wobei das Innere des Hohlzylinders durch die Kühlgasabzugseinrichtung gebildet wird. Vorzugsweise ist die Kühlgasabzugseinrichtung abgeschlossen, sodass die Kühlgasabzugseinrichtung im Betrieb des Schachtofens einen materialfreien Raum ausbildet.
Der Gasauslass der Kühlgasabzugseinrichtung zum Auslassen des Gases in eine außerhalb des Schachtes angeordnet Kühlgasabzugsleitung ist vorzugsweise innerhalb der Brennzone oder der Vorwärmzone angeordnet. Über die Kühlluftabzugsleitung wird vorzugsweise Kühlluft oder Kühlluft zusammen mit vorzugsweise einem begrenzten Anteil Abgas aus der Brennzone aus dem Schacht geleitet.
Durch die spezielle Ausbildung und Anordnung der Kühlluftabzugseinrichtung, wird eine einfache Beeinflussung des Kühlgasabzugs ermöglicht. Die Atmosphäre in der Brennzone wird von der Atmosphäre in der Kühlzone im Wesentlichen nur durch das im untersten Teil der Brennzone befindliche Material getrennt. Das mit Überdruck in die Brennzone eingeführte Kühlgas nimmt grundsätzlich den Weg des geringsten Widerstandes. Durch das beispielsweise in der Kühlgasabzugsleitung angeordnete und als eine Klappe oder Ventil geregelte Regelorgan lässt sich die Menge an abzuziehendem Gas sehr einfach steuern, sodass beispielsweise das gesamte Kühlgas über die Kühlgasabzugseinrichtung abgezogen wird und nicht über die Materialschüttung in die Brennzone gelangt. Selbstverständlich ist es durch eine geeignete Stellung des Regelorgans auch möglich, dass lediglich eine Teilmenge des Kühlgases über die Kühlgasabzugseinrichtung abgezogen und der Rest der Brennzone zugeführt wird. Schließlich ist es grundsätzlich auch denkbar, dass das Regelorgan so weit geöffnet wird, dass ein Teil des Abgases aus der Brennzone durch die Materialschüttung in die Kühlzone und von dort über die Kühlgasabzugseinrichtung abgezogen wird.
Die Kühlgasabzugseinrichtung ist vorzugsweise mit einem Regelorgan zur Regelung der Menge an Gas, das durch die Kühlgasabzugseinrichtung strömt, verbunden. Bei dem Regelorgan handelt es sich beispielsweise um ein Ventil oder eine Klappe. Dies ermöglicht eine gezielte Abfuhr einer bestimmten Menge an Kühlabluft durch die Kühlgasabzugseinrichtung, wobei beispielsweise die Kühlluft vollständig oder teilweise aus der Kühlzone abgezogen werden kann. Bei einem Teilabzug der Kühlluft aus der Kühlzone durch die Kühlgasabzugseinrichtung strömt der übrige Teil der Kühlluft in die Brennzone und wird über die Abgasauslassleitung aus dem Schacht abgeführt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist in der Brennzone ein weiterer materialfreier Raum angeordnet, der einen Gasauslass zum Auslassen von Abgas aus der Brennzone aufweist. Vorzugsweise ist der Gasauslass mit einem Wärmetauscher verbunden zum Erwärmen zumindest eines Teilstroms des über den Abgasauslass abgezogenen Abgases, vorzugsweise im Gegenstrom. Der weitere materialfreie Raum mit dem Gasauslass ist vorzugsweise in Strömungsrichtung des Materials vor dem materialfreien Raum mit einem Gaseinlass zum Einlassen zumindest eines Teilstroms des Abgases angeordnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind zwischen dem Abgasauslass und der Heizvorrichtung zwei Wärmetauscher zum Erhitzen des Abgases angeordnet, wobei ein Wärmetauscher mit der Kühlluftabzugseinrichtung und ein Wärmetauscher mit dem Gasauslass zum Auslassen von Abgas aus der Brennzonen zum Erhitzen des Abgases vorzugsweise im Gegenstrom verbunden ist. Die Wärmetauscher sind insbesondere parallel zueinander geschaltet zur Erwärmung von jeweils einem Teilstrom des Abgases.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind in der Brennzone eine Mehrzahl von Brennern angebracht. Bei den Brennern handelt es sich beispielsweise um Brennerlanzen, die insbesondere jeweils in einem materialfreien Raum, insbesondere einer Brennkammer angebracht sind. Beispielsweise erstrecken sich die Brenner durch die Schachtwand hindurch in die Brennzone hinein und sind insbesondere radial verschiebbar angebracht, sodass die Einstecktiefe der Brenner einstellbar ist. Die Brenner sind beispielsweise auf gleicher Höhe oder in unterschiedlichen Ebenen, vorzugsweise gleichmäßig zueinander beabstandet angebracht. Insbesondere sind die Brenner umfangsmäßig um die Brennzone angeordnet. Die Brenner sind vorzugsweise mit einer Oxidationsmittelleitung und einer Brennstoffleitung verbunden. In der Brennzone ist beispielsweise zumindest eine Brennkammerebene ausgebildet, in der zumindest eine Brennkammer mit einem Brenner angeordnet ist, wobei in der Brennzone zumindest ein zusätzlicher Brenner angeordnet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Schachtofen eine Oxidationsmittelzuleitung zur Leitung von Oxidationsmittel, insbesondere sauerstoffreichem Gas, in die Brennzone auf. Insbesondere ist der Abgasauslass mit der Oxidationsmittelzuleitung zur Leitung des Abgases über die Oxidationsmittelzuleitung in die Brennzone verbunden. Bei dem Oxidationsmittel handelt es sich beispielsweise um reinen Sauerstoff, Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder ein Gas mit einem Sauerstoffanteil von mindestens 90%. Das Oxidationsmittel wird vorzugsweise über eine Oxidationsmittelleitung in die Brennzone geleitet. Die Oxidationsmittelleitung ist vorzugsweise zumindest teilweise als Ringleitung um den Schacht herum ausgebildet. Insbesondere ist die Oxidationsmittelleitung eine Oxidationsmittellanze, die sich in die Brennzone des Schachtofens erstreckt und einen Auslass zum Auslassen von Oxidationsmittel in die Brennzone aufweist. Vorzugsweise ist die Oxidationsmittellanze an der Brennerlanze oder direkt unterhalb der Brennerlanze angebracht. Es ist ebenfalls denkbar, dass die Oxidationsmittellanze durch die Brennerlanze verläuft. Vorzugsweise ist die Brennerlanze so ausgeführt, dass Oxidationsmittel zusammen mit Verbrennungsluft und Brennstoff durch die Brennerlanze strömt.
Das Oxidationsmittel wird gemäß einer weiteren Ausführungsform vor dem Eintreten in die Brennzone mit dem Abgas gemischt. Vorzugsweise weist der Schachtofen einen Gasmischer auf, in den das Oxidationsmittel und das Abgas vorzugsweise geregelt geleitet werden.
Der Schachtofen weist insbesondere zumindest eine Brennstoffleitung zum Leiten von Brennstoff in die Brennzone auf, wobei es sich bei dem Brennstoff beispielsweise um Wasserstoff oder Erdgas handelt.
Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum Brennen von insbesondere karbonathaltigem Material in einem Schachtofen mit einem Schacht, wobei das Material durch einen Materialeinlass in eine Vorwärmzone zum Vorwärmen des Materials, eine Brennzone zum Kalzinieren des Materials und eine Kühlzone zum Kühlen des gebrannten Materials zu einem Materialauslass strömt. In die Kühlzone wird Kühlluft eingelassen, wobei das Abgas über einen Abgasauslass aus dem Schacht ausgelassen wird, und wobei das über den Abgasauslass aus dem Schacht ausgelassene Abgas zumindest teilweise in die Brennzone geleitet wird. Das über den Abgasauslass aus dem Schacht ausgelassene Abgas wird vor dem Einleiten in die Brennzone mittels einer Heizvorrichtung auf eine Temperatur von 800°C bis 1500°C, insbesondere 1000°C bis 1200°C erhitzt.
Die mit Bezug auf den Schachtofen beschriebenen Ausführungsformen und Vorteile treffen in verfahrensgemäßer Entsprechung ebenfalls auf das Verfahren zum Brennen des Materials zu.
Das Erhitzen des Abgases erfolgt vorzugsweise ausschließlich außerhalb der Brennzone. Der Abgasauslass ist an dem oberen Ende des Schachtes, insbesondere in der Vorwärmzone, am oberen Ende der Vorwärmzone angeordnet.
Das Erhitzen des über den Abgasauslass aus dem Schacht ausgelassenen Abgases erfolgt gemäß einer Ausführungsform elektrisch, mittels Solarenergie, mittels Verbrennung und/ oder mittels eines Wärmetausches.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das über den Abgasauslass aus dem Schacht ausgelassenen Abgases vor dem Erhitzen mittels der Heizvorrichtung auf eine Temperatur von 300°C bis 600°C, insbesondere 400°C bis 500°C mittels eines Wärmetauschers erwärmt.
Das Abgas weist gemäß einer weiteren Ausführungsform einen CO₂-Anteil von mindestens 90% auf. Die Kühlluft wird gemäß einer weiteren Ausführungsform über eine Kühlluftabzugseinrichtung aus dem Schacht ausgelassen.
Zumindest ein Teil des über den Abgasauslass aus dem Schacht abgezogenen Abgases wird gemäß einer weiteren Ausführungsform durch die über die Kühlluftabzugseinrichtung aus dem Schacht abgezogene Kühlluft erwärmt. Die über die Kühlluftabzugseinrichtung aus dem Schacht abgezogene Kühlluft wird vorzugsweise zur Erwärmung zumindest eines Teils des über den Abgasauslass aus dem Schacht abgezogenen Abgases im Gegenstrom geleitet. Insbesondere wird die über die Kühlluftabzugseinrichtung aus dem Schacht abgezogene Kühlluft in einen Wärmetauscher zur Erwärmung des Abgases geleitet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird Abgas aus der Brennzone und/ oder der Vorwärmzone abgezogen und zur Erwärmung zumindest eines Teils des über den Abgasauslass aus dem Schacht abgezogenen Abgases im Gegenstrom geleitet.
Das Material wird vorzugsweise innerhalb der Brennzone mittels Brennern gebrannt, wobei vorzugsweise ein Oxidationsmittel, insbesondere sauerstoffreiches Gas, in die Brennzone geleitet wird. Das Oxidationsmittel wird insbesondere vor dem Eintreten in die Brennzone mit dem Abgas gemischt. Insbesondere wird ein Brennstoff, insbesondere Wasserstoff oder Erdgas in die Brennzone geleitet.
Innerhalb der Brennzone wird beispielsweise eine Gleichstrombrennzone ausgebildet. Innerhalb der Gleichstrombrennzone strömt das Gas vorzugsweise in gleicher Richtung zu der Materialströmung durch die Brennzone des Schachts. Zusätzlich zu der Gleichstrombrennzone wird innerhalb der Brennzone vorzugsweise eine Gegenstrombrennzone ausgebildet. In der Gegenstrombrennzone strömt das Material vorzugsweise entgegen der Gasströmung durch den Schacht. Die Gegenstrombrennzone bildet sich insbesondere oberhalb der Gleichstrombrennzone und vorzugsweise oberhalb der Brenner der Brennzone aus. Optional wird der Schachtofen ausschließlich im Gegenstrom betrieben, wobei sich keine Gleichstrombrennzone ausbildet.
Innerhalb des Schachtofens wird vorzugsweise ein Überdruck eingestellt. Der Überdruck beträgt beispielsweise etwa 300 mbar. Zur Erzeugung des Überdrucks wird vorzugsweise das rezirkulierte Abgas, Kühlgas und ein Oxidationsmittel, wie Verbrennungsluft, über einen oder mehrere Ventilatoren oder Verdichter in den Schachtofen eingeblasen. Es ist ebenfalls denkbar, dass innerhalb des Schachtofens ein Unterdruck eingestellt wird.
Die Kühlgasabzugseinrichtung weist beispielsweise eine Mehrzahl von Gasauslässen zum Auslassen des aus dem Schacht abgezogenen Gases aus dem Schacht auf. Beispielsweise ist die Kühlgasabzugseinrichtung mit vier, insbesondere einem bis zehn Gasauslässen verbunden. Die Gasauslässe sind vorzugsweise sternförmig zueinander um die Kühlgasabzugseinrichtung herum angeordnet und insbesondere gleichmäßig zueinander beabstandet. Vorzugsweise ist jeder Gasauslass mit einem jeweiligen Wärmetauscher zum Kühlen des über die Kühlgasabzugseinrichtung abgezogenen Gases im Gegenstrom mit dem Abgas verbunden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform entspricht die Anzahl der Wärmetauscher stromabwärts der Kühlgasabzugseinrichtung der Anzahl der Gasauslässe.
Figurenliste
Die Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Schachtofens in einer Längsschnittansicht gemäß einem Ausführungsbeispiel.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Schachtofens in einer Längsschnittansicht gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
bis 3a-f zeigt eine schematische Darstellung der materialfreien Räume eines Schachtofens der 1 in mehreren Querschnittsansichten gemäß jeweils einem Ausführungsbeispiel.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Schachtofens in einer Längsschnittansicht gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Schachtofens in einer Längsschnittansicht gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
6 bis 8 zeigt eine schematische Darstellung eines Ringschachtofens in einer Längsschnittansicht gemäß jeweils einem weiteren Ausführungsbeispiel.
9a-h zeigt eine schematische Darstellung eines Ringschachtofens in einer Querschnittsansicht gemäß jeweils einem weiteren Ausführungsbeispiel.

1 zeigt einen Schachtofen 1, der vorzugsweise bei geringeren Produktionsleistungen von beispielweise 250t/d eingesetzt wird. Der Schachtofen 1 zum Brennen von körnigem Material umfasst einen Schacht 2, der sich vorzugsweise in vertikaler Richtung erstreckt und beispielsweise einen im Wesentlichen konstanten Querschnitt aufweist. Beispielsweise weist der Schacht 2 einen runden, insbesondere kreisförmigen, oder eckigen, insbesondere viereckigen Querschnitt auf. Der Schacht 2 ist von einer Schachtwand umgeben, die beispielsweise aus Stahl mit einer sich daran anschließenden gemauerten, feuerfesten Innenwand ausgebildet ist. Der Schacht 2 weist an seinem oberen Ende einen Materialeinlass 3 auf, der beispielsweise als obere Öffnung des Schachts 2 und insbesondere als Schleuse 3 ausgebildet ist und sich vorzugsweise über den gesamten oder einen Teil des Querschnitts des Schachts 2 erstreckt. Der Materialeinlass 3 dient dem Einlassen von zu brennenden Material in den Schachtofen 1. Ein als Schleuse 3 ausgebildeter Materialeinlass ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass lediglich das zu brennende Rohmaterial in den Schacht 2 gelangt, nicht aber die Umgebungsluft. Vorzugsweise ist die Schleuse 3 derart ausgebildet, dass sie den Schacht 2 luftdicht gegen die Umgebung abdichtet und einen Eintritt von Feststoffen, wie das zu brennende Gut, in den Schacht erlaubt.
Der Schacht 2 weist in einem oberen Bereich einen Abgasauslass 19 zum Abführen von Ofenabgas aus dem Schacht 2 auf. Das Abgas wird aus dem Abgasauslass 19 in eine Abgasauslassleitung 39 geführt. Innerhalb des Schachts 2 wird das zu brennende Material schwerkraftbedingt von oben nach unten durch den Schacht 2 gefördert, wobei der Schacht 2 in Förderrichtung des Materials eine Vorwärmzone 21 zum Vorwärmen des Materials, eine Brennzone 20 zum Brennen des Materials und eine Kühlzone 22 zum Kühlen des gebrannten Materials aufweist. Die Vorwärmzone 21 erstreckt sich vorzugsweise von dem Materialeinlass 3 zu der Brennzone 20 und dient der Vorwärmung des Materials vor dem Brennen. In der Brennzone 20 findet im Unterschied zur Vorwärmzone 21 ein Brennen, insbesondere Kalzinieren, vorzugsweise durch eine Entsäuerung, des Materials statt.
Der Schacht 2 weist beispielhaft zwei materialfreie Räume 48, 49 auf, wobei sich ein in Strömungsrichtung des Materials erster materialfreier Raum 48 in der Brennzone 20 und ein zweiter materialfreier Raum 49 stromabwärts in der Kühlzone 22 befindet. Der Schacht 2 erstreckt sich beispielhaft in zwei parallel zueinander versetzten, vertikalen Abschnitten, wobei die materialfreien Räume 48, 49 jeweils lokale Durchmesservergrößerungen des Schachtes 2 darstellen, in welche das Material schwerkraftbedingt nicht einströmt. Die materialfreien Räume 48, 49 erstrecken sich beispielhaft radial nach außen und sind durch eine sich von oben vertikal zwischen den materialfreien Raum 48, 49 und dem Schacht 2 erstreckende Wand teilweise von dem Schacht 2 getrennt.
Der erste materialfreie Raum 48 in der Brennzone 20 weist beispielhaft ein Gaseinlass 53 zum Einlassen von aus dem Abgasauslass 19 aus dem Schacht 2 abgeführten Abgas auf. Der zweite materialfreie Raum 49 ist vorzugsweise als Kühlgasabzugseinrichtung ausgebildet und weist beispielhaft einen Gasauslass 12 zum Auslassen von insbesondere Kühlluft über eine mit dem Gasauslass 12 verbundene Kühlluftabzugsleitung 11 auf.
Am unteren Ende des Schachts 2 ist ein Materialauslass 40 zum Abführen des gebrannten Materials angeordnet. Bei dem Materialauslass handelt es sich beispielsweise um eine wie mit Bezug auf den Materialeinlass 3 beschriebene Schleuse. An die Kühlzone 22 schließt sich In Materialförderrichtung ein Auslasstrichter 25, insbesondere ein unterer Materialbunker, an, der in dem Materialauslass 40 zum Auslassen des Materials aus dem Schachtofen 1 mündet. In dem Auslasstrichter 25 ist beispielhaft eine Austragsvorrichtung 41 angeordnet, die dem Auslassen von Material aus der Kühlzone 22 des Schachtofens 1 in den Auslasstrichter 25 dient. Bei der Austragsvorrichtung 41 handelt es sich beispielsweise um einen Drehteller oder Schubtische.
Der Schachtofen 1 weist einen oder mehrere Kühllufteinlässe zum Einbringen von Kühlluft in den Schachtofen 1 auf. Beispielhaft ist in dem Schachtofen 1 der 1 ein Kühllufteinlass angeordnet, der Kühlluft in den Auslasstrichter 25 einleitet. Vorzugsweise wird die Kühlluft mit einem Druck von bis zu 500 mbar in den Auslasstrichter 25 mittels eines Kühlluftverdichters 26 eingeblasen.
Das Material strömt Im Betrieb des Schachtofens 1 im Wesentlichen schwerkraftbedingt durch den Schacht 2 und wird im Gegenstrom oder teilweise im Gleichstrom thermisch behandelt.
Die Höhe des Schachts 2 ist vorzugsweise durch die verfahrensgemäß im Zusammenhang mit der Einstellung der Fördergeschwindigkeit mittels der Austragsvorrichtung 41 zu bestimmenden Verweilzeiten des Brennmaterials bestimmt. Diese Verweilzeiten verteilen sich auf die obere, sich an den Materialeinlass 3 anschließende Vorwärmzone 21, auf die nach unten folgende Brennzone 20 und die zumindest bis zur Austragsvorrichtung 41 verlaufende Kühlzone 22. Vorzugsweise wird in der Vorwärmzone 21 das Material bis auf eine Temperatur von bis zu ca. 800°C vorgewärmt, wobei die Brennzone 22 beispielsweise eine Temperatur von 800°C bis 1500°C aufweist und in der Kühlzone 22 das Material wieder bis auf ca. 100°C abgekühlt wird.
Im Betrieb des Schachtofens 1 bildet sich in der Brennzone 20 des Schachts 2 eine Materialsäule mit dem über die Materialaufgabe 3 zugeführten Gut aus, wobei das Gut durch Schwerkraft nach unten wandert und im Bereich der Kühlzone 22 über den Materialauslass 40 als kalziniertes Produkt, beispielweise Branntkalk, abgezogen wird. Das Gut füllt dabei die Brennzone 20 vorzugsweise über den gesamten vorzugsweise kreisringförmigen Querschnitt und die Kühlzone 22 aus. Das Kühlgas durchströmt die Materialschüttung und gelangt in den zweiten materialfreien Raum 49, insbesondere die Kühlgasabzugseinrichtung. Zumindest teilweise gelangt vorzugsweise zusätzlich zu dem Kühlgas Abgas aus der Brennzone 20 in den zweiten materialfreien Raum 49.
Der zweite materialfreie Raum 49 ist vorzugsweise über die Kühlluftabzugsleitung 11 mit einem Regelorgan 46 in Form von beispielsweise einer Klappe verbunden zur Regelung der Menge an Gas, das durch den zweiten materialfreien Raum 49, insbesondere die sich daran anschließende Kühlluftabzugsleitung 11 strömt.
Der Abgasauslass 19 zum Abführen des Abgases aus der Vorwärmzone 21 ist vorzugsweise über die Abgasauslassleitung 39 mit einem Abgasfilter 31 zur Entstaubung des Abgases und optional mit einer Kühleinrichtung 32, insbesondere einem Wärmetauscher, zur Kühlung des heißen Abgases verbunden. Über die Abgasauslassleitung 39 wird zumindest teilweise oder vollständig das Abgas der Brennzone 20 aus dem Schacht 2 abgeführt. Das über den Abgasauslass 19 und die Abgasauslassleitung 39 aus dem Schacht 2 abgezogene Abgas wird insbesondere in dem Abgasfilter 31 entstaubt und dann beispielsweise zur weiteren Verarbeitung als entstaubtes Abgas mittels eines Ventilators 33 abgeführt. Optional kann stromabwärts des Abgasfilters 31 eine Kühlung des Abgases, insbesondere in einem Wärmetauscher mit einer Wasserkühlung, in einer Kühleinrichtung 32 erfolgen. Das vor oder nach der Kühleinrichtung 32 abgeführte Abgas weist einen hohen C02-Anteil auf und kann beispielsweise einer Sequestrierung und/ oder einer weiteren industriellen Verwertung, wie beispielsweise der Herstellung von Soda oder gefälltem Calciumcarbonat, zugeführt werden.
Beispielsweise wird ein Teil des mittels der Abgasauslassleitung 39 abgeführten Abgases in die Brennzone 20 eingeführt, beispielsweise um der Brennzone 20 Wärme zuzuführen und die Verbrennungstemperatur einzustellen.
Der rezirkulierte Teil des Abgases wird vorzugsweise in dem beispielsweise durch die abgezogen Kühlluft betriebenen Wärmetauscher 35 auf insbesondere 500°C bis 800°C vorgewärmt. Damit die Wärmeübertragung in dem Wärmetauscher 35 nicht durch Ablagerungen vermindert wird, kann es zweckmäßig sein, dass das über den zweiten materialfreien Raum 49 abgezogene Kühlgas, welches beispielsweise eine Temperatur von 900°C hat, zuvor auf unter 800°C, vorzugsweise unter 700°C, abzukühlen, wobei die Abkühlung beispielsweise durch Vermischung mit Luft oder in der Kühleinrichtung 35 erfolgen kann. Vorzugsweise ist ein Ventilator 34 oder Verdichter, insbesondere ein Hochdruckventilator, Drehkolben- oder Schraubenverdichter, zum Beschleunigen des rezirkulierten Abgases in Richtung des Wärmetauschers 35 vorgesehen. Es ist ebenfalls denkbar, dass das rezirkulierte Abgas ausschließlich einem einzigen Wärmetauscher, nämlich dem Wärmetauscher 35, vor dem Einleiten des Abgases in die Brennzone 20 zugeführt wird. Die als Wärmetauscher ausgebildete Kühleinrichtung 32 ist vorzugsweise in Strömungsrichtung des Abgases nach der Abzweigung des abzuführenden Abgases und beispielsweise vor dem Ventilator 33 angeordnet.
Die Kühlluftabzugsleitung 11 ist insbesondere mit dem Wärmetauscher 35 und im Anschluss daran optional mit einem Filter 50 verbunden, sodass die über den zweiten materialfreien Raum 49 abgezogene Kühlluft gekühlt und entstaubt wird. Zur weiteren Kühlung der abgezogenen Kühlluft wird optional ein Kühlmittel, wie Luft mit der abgezogenen Kühlluft vermischt, vorzugsweise vor dem Eintritt in den Wärmetauscher 35. In Strömungsrichtung der abgezogenen Kühlluft ist optional vor dem Regelorgan 46 ein Filter zur Staubabscheidung angeordnet. In der Kühlgasabzugsleitung 11 sind somit nacheinander der Wärmetauscher 35, das Regelorgan 46 und optional ein Filter 50 vor oder nach dem Regelorgan 46 angeordnet. Es ist ebenfalls denkbar, die Kühlabluft nicht durch einen Wärmetauscher 35 zu leiten, sondern beispielsweise zur Erzeugung von Strom, Trocknung von Mahlgut oder zu Heizzwecken zu verwenden.
Das aus der Vorwärmzone 21 über den Abgasauslass 19 abgezogene Abgas wird optional in einer Wassereinspritzvorrichtung 42 gekühlt und befeuchtet. Die Wassereinspritzvorrichtung 42 ist vorzugsweise in Strömungsrichtung des Gases vor dem zumindest einen Wärmetauscher 35 angeordnet. Vor dem Einlassen des abgezogenen Abgases in die Brennzone 20, insbesondere in den Gaseinlass 53 des ersten materialfreien Raum 48, wird das Abgas mittels des Wärmetauschers 35 durch die im Gegenstrom strömende abgezogene Kühlluft auf eine Temperatur von etwa 500°C bis 800°C erwärmt. Zwischen dem Wärmetauscher 35 und dem Gaseinlass 53 in die Brennzone 20 ist eine Heizvorrichtung 54 angeordnet zum Erhitzen des Abgases auf eine Temperatur von 800°C bis 1500°C, insbesondere 1000°C bis 1200°C. Bei der Heizvorrichtung 54 handelt es sich beispielsweise um eine elektrisch betriebene Heizvorrichtung. Insbesondere wird die Heizvorrichtung mittels Solarenergie betriebenen. Es ist ebenfalls denkbar, dass die Heizvorrichtung 54 einen Wärmetauscher umfasst, wobei das im Gegenstrom strömende Wärmemittel über Solarenergie erhitzt wird. Die Heizvorrichtung 54 ist vorzugsweise als Verbrennungsreaktor zur Verbrennung von vorzugsweise erneuerbaren Energieträgern, wie Holz, ausgebildet.
Vorzugsweise ist zusätzlich zu der Heizvorrichtung 54 keine weitere Heizeinrichtung, wie beispielsweise Brenner, in dem Schacht 2, insbesondere der Brennzone 20, vorgesehen, sodass die Kalzinierung ausschließlich über das heiße in die Brennzone 20 rückgeführte Abgas bereitgestellt wird.
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schachtofens 1, wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Die Leitungen zur Rezirkulation des Abgases und der Kühlluft sind in 2 nicht dargestellt und entsprechen der in 1. In 2 sind die materialfreien Räume 48, 49 als Ringräume ausgebildet. Beispielhaft sind die Brennzone 20 und die Kühlzone 22 jeweils trichterförmig ausgebildet, wobei der jeweils obere Bereich der Brennzone 20 und der Kühlzone 22 einen größeren Durchmesser als der jeweilige untere Bereich aufweist. Die Vorwärmzone 21 der 2 ist zylinderförmig ausgebildet und erstreckt sich mit ihrem unteren Bereich teilweise in den oberen Bereich der Brennzone 20 hinein, sodass zwischen der äußeren Wand der Vorwärmzone 21 und der inneren Wand der Brennzone 20 der erste materialfreie Raum 48 ausgebildet ist. Die Brennzone 20 erstreckt sich vorzugsweise mit ihrem unteren Bereich in den oberen Bereich der Kühlzone 22 hinein, sodass zwischen der äußeren Wand der Brennzone 20 und der inneren Wand der Kühlzone 22 der zweite materialfreie Raum 49 ausgebildet ist.
3 zeigt eine Übersicht der Schnittebenen der 3a bis 3d, wobei die 3e und 3f jeweils Varianten der 3b und 3c sind. Der Gaseinlass 53 in die Brennzone 20, insbesondere in den ersten materialfreien Raum 48 ist beispielhaft mittig in der äußeren Seitenwand des materialfreien Raums 48 angeordnet. Beispielhaft ist ausschließlich ein Gaseinlass 53 zum Einlassen des rezirkulierten Abgases vorgesehen. Der Schacht 2 weist beispielhaft einen rechteckigen Querschnitt auf, wobei abgerundete, kreisförmige oder ovale Querschnitte ebenfalls denkbar sind. Aus 3b geht hervor, dass beispielhaft innerhalb der Vorwärmzone 21 oder der Brennzone 20 keine Brenner angebracht sind, sodass die thermische Behandlung des Materials vorzugsweise ausschließlich durch das über den Gaseinlass 53 in die Brennzone 20 eingeführte Gas erfolgt. In dem Ausführungsbeispiel der 3c sind eine Mehrzahl von Gaseinlässen 53 in der äußeren Seitenwand des ersten materialfreien Raums 48 angebracht. Die Gaseinlässe sind beispielhaft auf der gleichen Höhe und gleichmäßig zueinander beabstandet angeordnet. Vorzugsweise ist jeder der Gaseinlässe 53 mit der Abgasauslassleitung 39 zur Leitung des rezirkukierten Abgases in die Brennzone 20 verbunden. 3d zeigt ein Ausführungsbeispiel des zweiten materialfreien Raums 49, der als Kühlluftabzug dient. Beispielhaft sind in der äußeren Seitenwand des zweiten materialfreien Raums 49 eine Mehrzahl von Gasauslässen 12 angeordnet, aus welchen zumindest ein Teil des Kühlgases in die Kühlluftabzugsleitung strömt. Die Gasauslässe 12 sind vorzugsweise auf gleicher Höhe und im Wesentlichen gleichmäßig zueinander beabstandet angeordnet. Es ist ebenfalls denkbar, dass lediglich ein Gasauslass zum Auslassen des Gases aus dem zweiten materialfreien Raum 49 vorgesehen ist.
Optional sind in dem Schacht 2 eine Mehrzahl von Brennern 10, vorzugsweise innerhalb des erste materialfreien Raums 48 und/ oder eine Mehrzahl von Seitenbrennern 38, insbesondere Brennerlanzen, innerhalb des Schachtes 2, beispielsweise innerhalb der Brennzone 20 oder der Vorwärmzone 21. 3e zeigt ein Ausführungsbeispiel des ersten materialfreien Raums 48 mit zwei Brennern 10, die beispielhaft auf der gleichen Höhe und gleichmäßig zu dem Gaseinlass 53 beabstandet angeordnet sind. 3f zeigt eine Mehrzahl von als Brennerlanzen ausgebildeten Seitenbrennern 38, die sich durch die Schachtwand innerhalb der Brennzone 20 erstrecken und beispielhaft alle in einer Ebene und gleichmäßig zueinander umfangsmäßig um die Brennzone 20 herum angeordnet sind.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schachtofens 1, wobei dieser größtenteils dem Schachtofen 1 der 1 entspricht und gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Im Unterschied zu der 1 weist der Schachtofen der 4 drei materialfreie Räume 48, 49, 55 auf, wobei der dritte materialfreie Raum 55 zusätzlich zu dem ersten materialfreien Raum 48 ebenfalls in der Brennzone 20 angeordnet ist. Der dritte materialfreie Raum 55 ist beispielhaft in Strömungsrichtung des Materials vor dem ersten materialfreien Raum 48, insbesondere an dem Übergang zwischen der Brennzone 20 und der Vorwärmzone 21 angeordnet. Der dritte materialfreie Raum 55 weist einen Gasauslass 56 zum Auslassen von Abgas aus der Brennzone 20 auf, wobei der Gasauslass 56 insbesondere mit dem Wärmetauscher 35 zur Erwärmung des über den Abgasauslass 19 abgezogenen Abgases verbunden ist. Insbesondere wird das über den dritten materialfreie Raum 55 aus der Brennzone abgeführte Gas in den Wärmetauscher 35 und anschließend in die Abgasauslassleitung 39 zur zumindest teilweisen Rezirkulation in die Brennzone 20 geleitet. Der Schachtofen 1 des Ausführungsbeispiels der 4 weist zwei Wärmetauscher 35a,b auf, denen jeweils ein Teil des über den Abgasauslass 19 abgezogenen Abgases zur Erwärmung zugeführt wird. Die Menge der Abgasteilströme wird vorzugsweise über Regeleirichtungen, wie beispielsweise eine Klappe oder ein Ventil, in der Abgasauslassleitung 39 eingestellt.
Die Erwärmung des Teilstroms des Abgases erfolgt in einem der Wärmetauschern 35a mit dem über den dritten materialfreien Raum 55 abgezogenen Gases und in dem anderen der Wärmetauscher 35b mit dem über den zweiten materialfreie Raum 49 abgezogenen Kühlgases jeweils im Gegenstrom. Der in dem Wärmetauscher 35a mittels des aus der Brennzone 20 abgezogenen Gases erwärmte Abgasteilstrom wird vorzugsweise in Strömungsrichtung vor der Heizvorrichtung 54 mit dem in dem Wärmetauscher 35b mittels des aus der Kühlzone 22 abgezogenen Gases erwärmten Abgasteilstrom zusammengeführt. Es ist ebenfalls möglich, dass der Schachtofen 1 einen in den Figuren nicht dargestellten vierten materialfreien Raum aufweist, der in Strömungsrichtung des Materials hinter dem dritten materialfreien Raum 55 und vor dem ersten materialfreien Raum 48 angeordnet ist und einen Gaseinlass zum Einlassen von rezirkuliertem Abgas aufweist. Vorzugsweise wird der in dem Wärmetauscher 35a mittels des aus der Brennzone 20 abgezogenen Gases erwärmte Abgasteilstrom dem Gaseinlass des vierten materialfreien Raums der Brennzone 20 zugeführt. Vorzugsweise weist der Schachtofen 1 zwei Heizvorrichtungen 54 auf, wobei jeweils eine Heizvorrichtung 54 in Strömungsrichtung des rezirkulierten Abgases vor dem jeweiligen Gaseinlass in die Brennzone 20 angeordnet ist.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schachtofens 1, das im Wesentlichen dem der 2 entspricht, wobei ein weiterer als Ringschacht ausgebildeter materialfreier Raum gemäß dem Ausführungsbeispiel der 4 angebracht ist.
6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schachtofens 1. Der Schachtofen 1 entspricht größtenteils dem Schachtofen der 1 mit dem Unterschied, dass der Schachtofen 1 der 6 als Ringschachtofen ausgebildet ist. Beispielhaft erfolgt der Abzug des Abgases über einen materialfreien Ringspalt 37. In der Brennzone 20 des Schachts 2 sind die materialfreien Räume vorzugsweise als Brennkammerebenen 8, 9 ausgebildet, wobei in jeder Brennkammerebene 8, 9 zumindest eine Brennkammer 4, 5 angeordnet ist. In 6 sind beispielhaft zwei Brennkammerebenen 8, 9 in dem Schacht 2 angeordnet. Es ist ebenfalls denkbar, dass leidglich eine Brennkammerebene 8, 9 oder mehr als zwei Brennkammerebenen vorhanden sind. Die Brennkammerebenen 8, 9 sind im Detail mit Bezug auf die 9a bis h beschrieben. Beispielhaft ist in jeder Brennkammer 4, 5 der Brennkammerebenen 8, 9 ein Brenner 10 angebracht. Der Brenner 10 ist beispielsweise eine Brennerlanze, die sich im Wesentlichen horizontal in die Brennkammer 4, 5 erstreckt.
Der Schacht 12 weist des Weiteren eine Kühlgasabzugseinrichtung 29 zum Abführen zumindest eines Teils der Kühlluft aus dem Schacht 2 auf. Die Kühlgasabzugseinrichtung 29 ist beispielsweise als konzentrisch zu dem Schacht 2 und innerhalb dessen angeordneter Innenzylinder ausgebildet. Die Kühlluft durchströmt den Schachtofen 1, insbesondere den Schacht 2, von unten nach oben in vertikaler Richtung und im Gegenstrom zu dem Material und verlässt den Schacht 2 durch die Abgasauslassleitung 39 des Abgasauslass 19 und/ oder durch die Kühlgasabzugseinrichtung 29. Die Kühlgasabzugseinrichtung 29 erstreckt sich beispielhaft mittig durch die Brennzone 20 des Schachts 2 hindurch. Vorzugsweise ist die Brennzone 20 des Schachts 2 zumindest teilweise oder vollständig als Ringraum ausgebildet, der konzentrisch zu der Kühlgasabzugseinrichtung 29 angeordnet ist. Optional erstreckt sich die Kühlgasabzugseinrichtung 29 von der Kühlzone 22 oder der Grenze zwischen der Brennzone 20 und der Kühlzone 22 durch die Brennzone 20 hindurch beispielsweise bis in die Vorwärmzone 21 und durch die Schachtwand aus dem Schacht 2 hinaus. Die Kühlgasabzugseinrichtung 29 ist mit einem Gasauslass 12 zum Auslassen der Kühlluft und beispielsweise Abgas aus dem Schacht 2 ausgestattet. Das aus dem Gasauslass 12 austretende Gas strömt vorzugsweise in eine Kühlluftabzugsleitung 11. Die Kühlgasabzugseinrichtung 29 erstreckt sich durch den Schacht 2 beispielsweise bis zu dem Gasauslass oder über diesen hinaus. Der Gasauslass 12 ist vorzugsweise auf dem Höhenniveau der Brennzone 20 angeordnet.
Zur Kühlung der Kühlgasabzugseinrichtung 29 weist der Schacht 2 vorzugsweise einen Kühllufteinlass auf, durch welchen Kühlluft oberhalb der Austragsvorrichtung 41 mittels eines Kühlluftverdichters 27 in eine Kühlluftleitung 47 eingeleitet wird. Die Kühlluftleitung 47 erstreckt sich vorzugsweise entlang der Kühlgasabzugseinrichtung 29, insbesondere entlang der Außenwand der zylinderförmigen Kühlgasabzugseinrichtung 29 und mündet vorzugsweise in die Kühlluftabzugsleitung 11. Optional mündet die Kühlluftleitung 47 in die zur Kühlen des oberen Innenzylinders 6 angeordnete weitere Kühlluftleitung 7. Die Kühlluftleitungen 7, 47 sind vorzugsweise über eine Regeleinrichtung, wie eine Klappe oder ein Ventil mit der Kühlluftabzugsleitung 11 zur geregelten Zufuhr von Kühlluft in die Kühlluftabzugsleitung 11 verbunden.
Die Kühlgasabzugseinrichtung 29 weist vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt auf und ist nach oben geschlossen, sodass kein zu brennendes Material in die Kühlgasabzugseinrichtung 29 eintritt. Die Brennzone 20 weist insbesondere einen kreisringförmigen Querschnitt auf, wobei die Breite des Kreisrings etwa 0,5 bis 2m, vorzugsweise etwa 1 m beträgt.
Der Schachtofen 1 weist des Weiteren optional einen oberen Innenzylinder 6 auf, der sich zumindest teilweise durch die Vorwärmzone 21 erstreckt und oberhalb der Kühlgasabzugseinrichtung 29 angeordnet ist. Der obere Innenzylinder 6 weist einen Auslass zum Auslassen von Gas aus dem Schacht 2 auf, wobei dieser Auslass vorzugsweise verschlossen ist, sodass das in den oberen Innenzylinder 6 eintretende Gas nicht aus dem Schacht 2 austreten kann. Im Betrieb des Schachtofens 1 dient der obere Innenzylinder 6 einer Vergleichmäßigung des Materialflusses innerhalb der Vorwärmzone 21. Vorzugsweise ist in der Vorwärmzone 21 ein Kühllufteinlass zum Kühlen des oberen Innenzylinders 6 angeordnet. Durch den Kühllufteinlass strömt vorzugsweise mittels eines Ventilators 28 beschleunigte Kühlluft in eine um die Vorwärmzone 21 herum angeordnete Ringleitung und/ oder eine zumindest teilweise innerhalb des oberen Innenzylinders 6 angebrachte Kühlluftleitung 7.
Vorzugsweise bildet sich innerhalb der Brennzone 20 eine Gegenstrombrennzone 23 aus, in welcher das Material entgegen der Gasströmung durch den Schacht 2 strömt. Die Gegenstrombrennzone 23 bildet sich beispielhaft oberhalb der unteren Brennkammerebene 9 aus. Optional bildet sich innerhalb der Brennzone 20 zusätzlich eine Gleichstrombrennzone 24 aus, in welcher die Gasströmung in gleicher Richtung zu der Materialströmung durch den Schacht 2 verläuft. Die Gleichstrombrennzone 24 ist beispielhaft unterhalb der unteren Brennkammerebene 9 ausgebildet. Die Anordnung der Gleichstrombrennzone 24 und der Gegenstrombrennzone kann je nach Fließgeschwindigkeit des Materials und der Gasströmung variieren, wobei die Gegenstrombrennzone 23 vorzugsweise immer oberhalb der Gleichstrombrennzone 24 ausgebildet ist. Es ist ebenfalls denkbar, dass sich ausschließlich eine Gegenstrombrennzone und keine Gleichstrombrennzone ausbildet.
Die Kühlgasabzugseinrichtung 29 ist vorzugsweise materialfrei. Das Kühlgas durchströmt die Materialschüttung und gelangt in die Kühlgasabzugseinrichtung 29. Zumindest teilweise gelangt vorzugsweise zusätzlich zu dem Kühlgas Abgas aus der Brennzone 20 in die Kühlgasabzugseinrichtung 29.
Die Kühlgasabzugseinrichtung 29 ist über die Kühlluftabzugsleitung 11 mit einem Regelorgan 46 in Form von beispielsweise einer Klappe verbunden zur Regelung der Menge an Luft, die durch die Kühlgasabzugseinrichtung 29, insbesondere die sich daran anschließende Kühlluftabzugsleitung 11 strömt.
Jede Brennkammer 4, 5 der jeweiligen Brennkammerebenen 8, 9 weist vorzugsweise zumindest einen Gaseinlass 53 zum Einlassen von Gas in die Brennzone 20 auf. Die Abgasauslassleitung 39 ist mit der Brennzone 20, insbesondere mit zumindest einem Gaseinlass 53 der Brennkammern 4, 5 verbunden, sodass das über den Abgasauslass 19 aus dem Schacht 2 abgezogene Abgas in die Brennzone rezirkuliert wird. Die Abgasauslassleitung 39 weist vorzugsweise in Strömungsrichtung des Abgases eine Wassereinspritzvorrichtung 42, einen Verdichter 30, einen Abgasfilter 31, eine Kühleinrichtung 32, eine Abzweigung mit einem Verdichter 33 zum Auslassen eines Teilstroms des Abgases, einen Verdichter 34 zum Verdichten des nicht ausgelassenen Abgasteilstroms und einen Wärmetauscher 35 zum Erwärmen des Abgasteilstroms im Gegenstrom zu dem über die Kühlgasabzugseinrichtung 29 abgezogenen Gases.
Zwischen dem Wärmetauscher 35 und dem Gaseinlass 53 in die Brennzone 20 ist insbesondere eine Heizvorrichtung 54 angeordnet, die derjenigen mit Bezug auf 1 entspricht. Beispielhaft wird das rezirkulierte Abgas stromabwärts des Wärmetauschers 35 in zwei Teilströme aufgeteilt und in jeweils eine der beiden Brennkammerebenen 8, 9 eigeführt. Vorzugsweise sind zwei Heizvorrichtungen 54 vorgesehen, die jeweils in einer der Abzweigungen vor dem Einlassen des Abgases in die jeweilige Brennkammerebene 8, 9 angeordnet sind. Die Mengen der Abgasteilströme stromabwärts des Wärmetauschers 35 sind vorzugsweise über jeweils eine Regeleinrichtung 44, 45 innerhalb der jeweiligen Abzweigung einstellbar. Bei der Regeleinrichtung 44, 45 handelt es sich beispielsweise um eine Klappe oder ein Ventil.
Die Kühlluftabzugsleitung 11 ist insbesondere mit dem Wärmetauscher 35 und im Anschluss daran optional mit einem Filter 50 verbunden, sodass die über die Kühlgasabzugseinrichtung 29 abgezogene Kühlluft gekühlt und entstaubt wird. Zur weiteren Kühlung der abgezogenen Kühlluft wird optional ein Kühlmittel, wie Luft mit der abgezogenen Kühlluft vermischt, vorzugsweise vor dem Eintritt in den Wärmetauscher 35.
Das Regelorgan 46 steht ferner mit einer in 1 nicht dargestellten Steuereinrichtung in Verbindung, die mit einem oder mehreren Sensoren verbunden ist. Der Schachtofen 1 weist zumindest einen Sensor auf, der zur Messung der Druckdifferenz zwischen der Brennzone 20 und der Kühlgasabzugseinrichtung 29 ausgebildet und eingerichtet ist. Des Weiteren können Sensoren zur Messung des Sauerstoffgehaltes und/oder des CO2-Gehaltes in der Kühlluftabzugsleitung 11 und/ oder Abgasauslassleitung 39 angeordnet sein.
Die Messwerte geben Aufschluss darüber, welche Menge des über die Kühllufteinlässe der Kühlzone 22 zugeführten Kühlgases über die Kühlgasabzugseinrichtung 29 abgeführt wird. Die Menge lässt sich dabei über das Regelorgan 46 einstellen. Das Kühlgas wird immer den Weg des geringsten Widerstandes wählen. So lässt sich beispielsweise bei einer bestimmten Stellung des Regelorgans 46 erreichen, dass der Kühlgasabzug so eingestellt ist, dass das Kühlgas weder in die Brennzone 20 noch das Abgas der Brennzone 20 in die Kühlzone 22 strömt.
7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schachtofens 1, das größtenteils dem der 6 entspricht. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Im Unterschied zur 6 weist der Schachtofen 1 der 7 einen weiteren Gasauslass 13 auf, der in dem oberen Innenzylinder 6 ausgebildet ist und Abgas aus der Brennzone 20 aus dem Schacht 2 abführt. Der Gasauslass 13 des oberen Innenzylinders 6 ist beispielhaft mit einem zweiten Wärmetauscher 35b verbunden, wobei der erste Wärmetauscher 35a dem Wärmetauscher 35 der 6 entspricht. Der zweite Wärmetauscher 35b dient der Erwärmung eines Teilstroms des Abgases, der vorzugsweise stromaufwärts des ersten Wärmetauschers 35a abgezweigt wird, im Gegenstrom mit dem über den oberen Innenzylinder abgezogenen Gases.
8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schachtofens 1, das größtenteils dem der 6 entspricht. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Im Unterschied zur 6 weist der Schachtofen 1 der 8 keinen oberen Innenzylinder auf. Die Kühlgasabzugseinrichtung 29 weist beispielhaft einen Bereich auf, der sich in der Höhe über den Gasauslass 12 hinweg in die Vorwärmzone 21 hinein erstreckt, sodass abgezogenes Kühlgas innerhalb der Kühlgasabzugseinrichtung 29 bis auf die Höhe der Vorwärmzone 21 strömt. Diese in der Höhe verlängerte Kühlgasabzugseinrichtung 29 dient der Vergleichmäßigung des Materialflusses in der Vorwärmzone 21 und beim Eintritt in die Brennzone 20.
9a bis 9h sind Querschnitte durch den Schachtofen 1 der 6 an den Brennkammerebenen 8, 9 und dem Gasauslass der Kühlgasabzugseinrichtung 29 dargestellt, wobei beispielsweise 9a bis 9c die obere Brennkammerebene 8 und 9e bis 9g die untere Brennkammerebene 9 darstellt. Jede Brennkammerebene 8, 9 weist beispielhaft vier Brennkammern 4, 5 auf, die vorzugsweise sternförmig in dem Brennraum 20 angeordnet und gleichmäßig zueinander beabstandet sind. Es ist ebenfalls denkbar, dass eine oder mehrere Brennkammerebenen 8, 9 mehr oder weniger als vier Brennkammern 4, 5 aufweisen. Die Brennkammern 4, 5 der Brennkammerebenen 8, 9 sind beispielhaft in einem Winkel von etwa 45° versetzt zueinander angeordnet. Davon abweichende Anordnungen sind ebenfalls denkbar. Die Brennkammern 4, 5 sind vorzugsweise durch seitliche Querwände abgegrenzt und nach unten und oben in Richtung des Schachtes 2 geöffnet, sodass das in der Brennkammer 4, 5 erwärmte Gas in die Brennzone 20 strömt. Zwischen benachbarten Brennkammern 4, 5 sind jeweils Durchlässe angeordnet, sodass das Material und das Gas entlang des Schachtes 2 strömen können.
In den Ausführungsbeispielen der 9b, 9c, 9f und 9g sind in den Brennkammern 4, 5 zusätzlich zu den Gaseinlässen 53 zum Einlassen des rezirkulierten Abgases Brenner 10 angebracht, die beispielsweise als Brennerlanzen ausgebildet sind und sich durch die Außenwand in die Brennkammer 4, 5 hinein erstrecken. Die Brenner 10 werden beispielsweise mit Brennstoff und einem Oxidationsmittel betrieben.
Sofern der Schachtofen 1 Brenner 10 oder zusätzliche Brennerlanzen 38 aufweist, sind des Weiteren eine nicht dargestellte Brennstoffleitung zum Einführen von Brennstoff und eine nicht dargestellte Oxidationsmittelzuleitung zum Einführen eines Oxidationsmittels in die Brennzone 20 des Schachts 2 vorhanden. Die Brennstoffleitung zweigt sich beispielhaft in zwei Brennstoffringleitungen auf, die sich jeweils um den Umfang der Schachtwand erstrecken, wobei eine obere Brennstoffringleitung mit dem Brenner 10 der oberen Brennkammerebene 8 und eine untere Brennstoffringleitung 15 mit dem Brenner 10 der unteren Brennkammerebene 9 zur Zufuhr von Brennstoff verbunden ist. Die Brennstoffleitung ist vorzugsweise jeweils mit jeder der Brennstoffringleitungen über ein Ventil verbunden, sodass die Brennstoffzufuhr geregelt zugeführt werden kann. Die Brennstoffringleitungen sind zumindest teilweise als Ringleitungen und beispielsweise teilweise als Zuleitung zu der Ringleitung ausgebildet.
Die Oxidationsmittelzuleitung zweigt sich beispielhaft in zwei Oxidationsmittelringleitungen auf, die sich jeweils um den Umfang der Schachtwand erstrecken, wobei eine obere Oxidationsmittelringleitung mit dem Brenner 10 der oberen Brennkammerebene 8 und eine untere Oxidationsmittelringleitung mit dem Brenner 10 der unteren Brennkammerebene 9 zur Zufuhr von Oxidationsmittel verbunden ist. Die Oxidationsmittelzuleitungen ist vorzugsweise jeweils mit jeder der Oxidationsmittelringleitungen über ein Ventil verbunden, sodass das Oxidationsmittel geregelt zugeführt werden kann. Die Oxidationsmittelringleitungen sind zumindest teilweise als Ringleitungen und beispielsweise teilweise als Zuleitung zu der Ringleitung ausgebildet. Bei dem Oxidationsmittel handelt es sich beispielsweise um Luft, mit Sauerstoff angereicherter Luft, reinem Sauerstoff oder einem Gas mit einem Sauerstoffanteil von etwa mindestens 90%.
Die Oxidationsmittelzuleitung und die Brennstoffleitung stehen beispielsweise jeweils mit einem Ventilator, vorzugsweise einem Verdichter, in Verbindung, sodass das Oxidationsmittel und/ oder der Brennstoff in Richtung der Brenner 10 beaufschlagt wird.
Die Abgasauslassleitung 39 ist optional mit einer der Oxidationsmittelzuleitungen, insbesondere mit den Oxidationsmittelringleitungen verbunden, sodass Abgas in die Oxidationsmittelringleitungen strömt. Der Abgasauslass 19, vorzugsweise die Kühleinrichtung 32, ist beispielsweise über eine Regeleinrichtung, wie beispielsweise eine Klappe oder ein Ventil, zur geregelten Zuführung des Abgases in die jeweilige Oxidationsmittelringleitung verbunden. Optional weist jede Oxidationsmittelringleitung jeweils einen Gasmischer zur Mischung des Oxidationsmittels mit dem rezirkulierten Abgas auf.
Beispielhaft wird ein Teil des mittels der Kühleinrichtung 32 abgekühlten Abgases zusammen oder separat mit dem Oxidationsmittel der Brennzone 20 zugeführt. Zwischen der Kühleinrichtung 32 und den Oxidationsmittelringleitungen ist beispielsweise ein Wärmetauscher 35 angeordnet.
Vorzugsweise ist ein Ventilator 34 oder Verdichter, insbesondere ein Hochdruckventilator, Drehkolben- oder Schraubenverdichter, zum Beschleunigen des rezirkulierten Abgases in Richtung der Oxidationsmittelringleitungen vorgesehen.
9c und 9g zeigen jeweils ein Ausführungsbeispiel, wobei in der Brennkammerebene 8, 9 zusätzlich zu den Brennern 10, weitere als Seitenbrenner 38 ausgeführte Brenner angeordnet sind. Die Seitenbrenner 38 sind beispielsweise jeweils mit der Brennstoffleitung über die jeweilige Brennstoffringleitung und mit der Oxidationsmittelzuleitung über die jeweilige Oxidationsmittelringleitung verbunden. Die Seitenbrenner 38 der jeweiligen Brennkammerebenen 8, 9 sind beispielhaft jeweils zwischen benachbarten Brennkammern 4, 5 angeordnet und vorzugsweise gleichmäßig zueinander beabstandet. Es ist ebenfalls denkbar, dass die Seitenbrenner 38 oberhalb oder unterhalb der Brennkammerebenen 8, 9 angebracht sind. Bei den Seitenbrennern 38 handelt es sich beispielsweise um Brennerlanzen, die sich durch die Schachtwand in die Brennzone erstrecken.
9d und 9h zeigen jeweils ein Ausführungsbeispiel eines Querschnitts durch die Ebene des Gasauslasses 12 der Kühlgasabzugseinrichtung 29. In 9d weist die Kühlgasabzugseinrichtung 29 beispielhaft lediglich einen Gasauslass 12 auf, der sich von der Kühlgasabzugseinrichtung 29 nach außen aus dem Schacht 2 hinaus erstreckt. Das Ausführungsbeispiel der 9h weist beispielhaft vier Gasauslässe 12 auf, die sich sternförmig zueinander von der Kühlgasabzugseinrichtung 29 radial nach außen erstrecken und vorzugsweise gleichmäßig zueinander beabstandet sind. Die Anzahl der Gasauslässe 12 beträgt beispielsweise eins bis zehn. Die Gasauslässe 12 sind vorzugsweise jeweils mit einem jeweiligen Wärmetauscher 35 verbunden, sodass der Schachtofen 1 beispielhaft vier Wärmetauscher 35 aufweist. Es ist ebenfalls denkbar, dass der Schachtofen 1 lediglich einen, zwei oder drei Wärmetauscher 35 aufweist, die mit den Gasauslässen 12 verbunden sind. Vorzugsweise entspricht die Anzahl der Gasauslässe 12 der Anzahl der Wärmetauscher 35.
Bezugszeichenliste

1: Schachtofen
2: Schacht
3: Materialeinlass/ Schleuse
4: Brennkammer der oberen Brennkammerebene
5: Brennkammer der unteren Brennkammerebene
6: oberer Innenzylinder
7: Kühlluftleitung
8: obere Brennkammerebene
9: untere Brennkammerebene
10: Brenner
11: Kühlluftabzugsleitung
12: Gasauslass
13: Gasauslass
19: Abgasauslass
20: Brennzone
21: Vorwärmzone
22: Kühlzone
23: Gegenstrombrennzone
24: Gleichstrombrennzone
25: Auslasstrichter
26: Kühlluftverdichter
27: Kühlluftverdichter
28: Verdichter / Ventilator
29: Kühlluftabzugseinrichtung
30: Verdichter / Ventilator
31: Abgasfilter
32: Kühleinrichtung
33: Verdichter / Ventilator
34: Verdichter / Ventilator
35a,b: Wärmetauscher
37: Ringspalt
38: Seitenbrenner
39: Abgasauslassleitung
40: Materialauslass/ Schleuse
41: Austragsvorrichtung
42: Wassereinspritzvorrichtung
44: Regeleinrichtung
45: Regeleinrichtung
46: Regelorgan
47: Kühlluftleitung
48: erster materialfreier Raum
49: zweiter materialfreier Raum
50: Filter
53: Gaseinlass in die Brennzone
54: Heizvorrichtung
55: dritter materialfreier Raum
56: Gasauslass

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

CH 378217 A [0002]
DE 102010060866 B3 [0003]

Claims

Schachtofen (1) zum Brennen von insbesondere karbonathaltigem Material mit einem Schacht (2) aufweisend in Strömungsrichtung des Materials einen Materialeinlass (3), eine Vorwärmzone (21) zum Vorwärmen des Materials, eine Brennzone (20) zum Kalzinieren des Materials, eine Kühlzone (22) zum Kühlen des gebrannten Materials, und einen Materialauslass (40) zum Auslassen des Materials aus dem Schachtofen (1), wobei der Schachtofen (1) einen Abgasauslass (19) zum Auslassen von Abgas aus dem Schacht (2) aufweist, und wobei der Abgasauslass (19) zur Rückführung des Abgases mit der Brennzone (20) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Abgasauslass (19) und der Brennzone (20) eine Heizvorrichtung (54) zum Erhitzen des Abgases auf eine Temperatur von 800°C bis 1500°C, insbesondere 1000°C bis 1200°C, angeordnet ist.
Schachtofen (1) nach Anspruch 1, wobei die Heizvorrichtung (54) eine elektrische Heizvorrichtung, eine Solareinrichtung, ein Verbrennungsreaktor und/ oder einen Wärmetauscher umfasst.
Schachtofen (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Abgasauslass (19) und der Heizvorrichtung (54) zumindest ein Wärmetauscher (35) zum Erhitzen des Abgases auf eine Temperatur von 300°C bis 600°C, insbesondere 400°C bis 500°C, angeordnet ist.
Schachtofen (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in der Brennzone (20) zumindest ein materialfreier Raum (4,5; 48) ausgebildet ist, der zur Leitung des Abgases in die Brennzone (20) mit dem Abgasauslass (19) verbunden ist.
Schachtofen nach Anspruch 4, wobei der materialfreie Raum (4,5; 48) eine Mehrzahl von Gaseinlässen (53) aufweist, über welche das Abgas in die Brennzone (20) eingelassen wird.
Schachtofen (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Schachtofen (1) eine Kühlgasabzugseinrichtung (29; 49) zum Auslassen von Kühlluft aus dem Schacht (2) aufweist und wobei die Kühlluftabzugseinrichtung (29; 49) mit dem Wärmetauscher (35) zum Erhitzen des Abgases im Gegenstrom verbunden ist.
Schachtofen (1) nach Anspruch 4 oder 5, wobei in der Brennzone (20) ein weiterer materialfreier Raum (55) angeordnet ist, der einen Gasauslass (56) zum Auslassen von Abgas aus der Brennzonen (20) aufweist.
Schachtofen (1) nach Anspruch 7, wobei zwischen dem Abgasauslass (19) der Heizvorrichtung (54) zwei Wärmetauscher (35a) zum Erhitzen des Abgases angeordnet sind, wobei ein Wärmetauscher (35b) mit der Kühlluftabzugseinrichtung (49) und ein Wärmetauscher (35a) mit dem Gasauslass (56) zum Auslassen von Abgas aus der Brennzonen (20) zum Erhitzen des Abgases verbunden ist.
Schachtofen (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in der Brennzone (20) eine Mehrzahl von Brennern (10, 38) angebracht sind.
Schachtofen (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Schachtofen (1) eine Oxidationsmittelzuleitung (16) zur Leitung von Oxidationsmittel, insbesondere sauerstoffreichem Gas, in die Brennzone (20) aufweist.
Verfahren zum Brennen von insbesondere karbonathaltigem Material in einem Schachtofen (1) mit einem Schacht (2), wobei das Material durch einen Materialeinlass (3) in eine Vorwärmzone (21) zum Vorwärmen des Materials, eine Brennzone (20) zum Kalzinieren des Materials und eine Kühlzone (22) zum Kühlen des gebrannten Materials zu einem Materialauslass (40) strömt, wobei Kühlluft in die Kühlzone (22) eingelassen wird, wobei das Abgas über einen Abgasauslass (19) aus dem Schacht (2) ausgelassen wird, und wobei das über den Abgasauslass (19) aus dem Schacht (2) ausgelassene Abgas zumindest teilweise in die Brennzone (20) geleitet wird dadurch gekennzeichnet, dass das über den Abgasauslass (19) aus dem Schacht (2) ausgelassene Abgas vor dem Einleiten in die Brennzone (20) mittels einer Heizvorrichtung (54) auf eine Temperatur von 800°C bis 1500°C, insbesondere 1000°C bis 1200°C erhitzt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Erhitzen des über den Abgasauslass (19) aus dem Schacht (2) ausgelassenen Abgases elektrisch, mittels Solarenergie, mittels Verbrennung und/ oder mittels eines Wärmetausches erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 12, wobei das über den Abgasauslass (19) aus dem Schacht (2) ausgelassenen Abgases vor dem Erhitzen mittels der Heizvorrichtung (54) auf eine Temperatur von 300°C bis 600°C, insbesondere 400°C bis 500°C mittels eines Wärmetauschers (35) erwärmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Abgas einen CO₂-Anteil von mindestens 90% aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei Kühlluft über eine Kühlluftabzugseinrichtung (29) aus dem Schacht (2) ausgelassen wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei zumindest ein Teil des über den Abgasauslass (19) aus dem Schacht (2) abgezogenen Abgases durch die über die Kühlluftabzugseinrichtung (29; 49) aus dem Schacht (2) abgezogene Kühlluft erwärmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei Abgas aus der Brennzone (20) und/ oder der Vorwärmzone (21) abgezogen und zur Erwärmung zumindest eines Teils des über den Abgasauslass (19) aus dem Schacht (2) abgezogenen Abgases im Gegenstrom geleitet wird.