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Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Feststoffen unterschiedlicher
Korngröße mit Gasen in einer Wirbelschicht
Bei einer Anzahl von Wirbelschichtverfahren,
z. B. bei der Röstung von sulfidischen, karbonatischen oder oxydischen Erzen, der
chlorierenden Röstung von Schwefelkiesahbränden, dem Brennen von Kallkstein, wird
der Rohstoff einer Mahlung unterworfen, damit er auf eine für Wirbelschichtprozesse
brauchbare Korngröße gebracht wird. M'an wird dabei eine weitgehende Eeinmahlung
anstreben, Ida mit abnehmender Teilchengröße der Feststoff leichter in einen wirbelnden
Zustand gebracht werden kann und die Reakbionsgeschwindigkeit größer wird. Es gibt
aber praktische Gründe, welche einer Feinmahlrung entgegenstehen: Die Mahlkosten
werden sehr hoch, und in manchen Fällen ist für die Weiterverarbeitung des aus dem
Wirbelschichtprozeß hervorgehenden Materials eine Feinmahlung ungünstig. In der
Praxis erfollgt im allgemeinen eine Mahlung auf Korngröß;en unter 4 bis 6 mm, so
daß der Rohstoff danach in einer Korngrößenverteilung zwischen feinstem Staub und
groben Körnern von 4 bis 6 mm vorliegt. Diese breite Korn größenaufteilung ist nun
insofern von Nachteil, als die kleinen Körner nur eine kurze, die groben aber eine
lange Reaktionszeit benötigen. Um ein gleichmäßiges Reaktionsprodukt zu erhalten,
müssen nach dem bisherigen Verfahren zwangläufig alle Teilchen so lange in der Wirbelschicht
verweilen, bis auch die groben Körner vollständig reagiert haben. Anderenfalls wird
bei höherer Ausnutzung der Reaktiionsapparatur das Endprodukt durch die groben Anteile,
in welchen die Reaktion noch nicht beendet ist, verunreinigt. Die Reaktionsapparatur
wird also bei Feststoffen unterschiedlicher Korngröße nur ungenügend ausgenutzt.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Durchführung Idieses Verfahrens, welche ermöglichen, auch bei einer breiten
Korngrößenverteilung des Feststoffes aus einem Wirbelschichtreaktor unter Ausnutzung
seiner maximalen Kapazität ein einheitLiches Reaktionsprodukt zu gewinnen.
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Dieses - Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoff
durch die heißen Abgase der Wirbelschicht getrocknet und vorgewärmt wird und daß
er anschließend in Kornfraktionen getrennt wird und die Kornfraktionen der Wirbelschicht
an verschiedenen Stellen derartzugeführt werden, daß der von der jeweiligen Kornfraktion
in Ider Wirbelschicht bis zum Austrag zurückzulegende Weg um so länger ist, je größer
die jeweilige Kornfraktion ist.
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Zur Durchführung der Trocknung; Vorwärmung und Trennung in mehrere
Kornfraktionen wird der Feststoff z. B. in einem über der Wirbeischicht angeordneten
- Strömungsaustauscher, wie er in den Strömungstrocknçrn bekauntgewörden ist, riiit
den heißen Abgasen gemischt und ganz oder teilweise mit dem Gasstrom in eine Abscheidevorrichtung
getragen, welche aus einer oder mehreren Stufen bestehen kann.
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Bei Überführung des gesamten Feststoffes in die Abscheidevorricht,ung
wird die Trennung in Fraktionen verschiedener Korngrößen durch stufenweise Herabsetzung
der Gasgeschwindigkeit in den einzelnen Stufen der Abscheidevornichtung erreicht,
wodurch die Körner gemäß der ihrer Größe entsprechenden Schwebegeschwindigkeit fraktioniert
absinken. Als letzte Stufe verwendet man zwechmäßigerweise einen Fliehkraftahscheider
oder einen anderen bekannten Feinstaubabscheider. Die in den einzelnen Stufen anfallenden
Kornfraktionen werden durch Verbindungsleitungen der Wirbelschicht an verschiedenen
Stellen zugeführt.
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Bei Überführung von nur einem Teil des Feststoffes in die Abscheidevorrichtung
wird die erste Kornfraktion bereits im Strömungsaustauscher abgetrennt, indem man
hierin die Gasgeschwindigkeit so wählt, daß die groben Körner Idirekt nach unten
in die Wirbelschicht absinken. Der übrige Teil des Feststoffes wird in die Abscheidevorrichtung
übergeführt und, wie im vorhergehenden beschrieben, in einer oder mehreren Stufen
abgeschieden.
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Für den Eintrag der Kornfraktionen in die Wirbelschicht an verschiedenen
Stellen mit dem Zweck, abgestufte Verweilzeiten zu erzielen, erhält die Wirbelschicht
eine solche geometrische Form, Idaß die groben Körner einen weiteren Weg von der
Stelle ihres Eintrags zum Austrag haben als die kleineren. Dies kann dadurch erreicht
werden, daß man die Wirbelschicht z. B. als langen, schmalen Raum ausbildet, an
dessen einer Stirnseite der Austrag angeordnet ist. Die Fraktion mit den groben
Körnern wird an der dem gemeinsamen
Austrag entgegengesetzten Stirnseite
eingetragen und hat dadurch den längsten Weg zum Austrag. Die Fraktion mit den feinen
Körnern wird in der Nähe des Austrags eingetragen, die mittleren Fraktionen an einer
oder mehreren Stellen an der Längsseite des Wirbeiraumes. Eine weit wirksamere Abstsufúng
der Verweilzeiten erreicht man dadurch, daß man die Wirbelschicht durch Einbauten
in mehrere Sinzelraume, welche durch Durchlässe miteinander verbunden sind, unterteilt.
Die einzelnen Wirbelräume können verschieden groß sein und der im jeweiligen Fall
vorliegenden Verteilung des Feststoffes auf Grobform, Mittelkorn- und Feinkornfraktionen
und deren Reaktionszeiten angepaßt werden. Eine Unterteilung der Wirbelschicht in
mehrere hintereinandergeschaltete Einzelräume ist auch noch aus einem weiteren Grunde
vorteilhaft, da auf diese Weise jeder Wirbelraum eine gesondert regelbare Wirbelgaszuführung
erhalten kann, wodurch es möglich ist, jedem Raum gegebenenfalls die Wirbelgase
in einer anderen Menge, Zusammensetzung oder Temperatur zuzuführen.
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Der Strömungsaustauscher wird zweckmäßigerweise immer so über der
Wirbelschicht angeordnet. daß die in ihm nach unten absinkenden Körner in der Wirbelschicht
den weitesten Weg zum Austrag haben.
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Es kann erwünscht sein, Menge oder Temperatur der Gase im Strömungsaustauscher
oder beide zusammen zu variieren, um Schwankungen im Rohmaterial auszugleichen.
Dies kann durch Zufuhr von Luft oder/ und heißen oder wärmeerzeugenden Gasen in
den Strömungsaustauscher oberhalb der Wirbelschicht erreicht werden. Man kann -auch
einen Teil der Abgase unter Umgehung des Strömungsaustauschers direkt in den Feinstaubabscheider
führen.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird auch die Wärmebilanz des
Prozesses verbessert, da durch den im Strömungsaustauscher stattfindenden Wärmeaustausch
der größere Teil der in den Abgasen enthaltenden Wärme mit dem getrockneten und
erwärmten Feststoff der Wirbeischicht wieder zugeführt wird.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, daß der
mit den Abgasen aus der Wirbelschicht ausgetragene Staub über den Strömlmgsaustauscher
und die Abscheirdevorrichtung der Wirbelschicht automatisch wieder zugeführt wird.
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Eine Vorrichtung nach der vorstehenden Beschreibung, in welcher der
gesamte Feststoff in eine dreistufige Abscheidevorrichtung übergeführt wird, ist
in Fig. 1 dargestellt: Aus den Gaszuleitungen 1 treten die Wirbelgase durch die
Roste 2 in die Wirbelräume 3, 4 und 5, welche durch mit Durchlässen 6 versehene
Wände 7 voneinander getrennt sind, ein und verlassen diese durch den Strömungsaustauscher
8. Der gemahlene Feststoff fällt aus dem Vorratsbunker 9 über den Zuteildrehteller
10 und durch die Rutsche 11 in den unteren Teil des Strömungsaustauschers 8, wird
von den heißen Abgasen nach oben mitgeführt, getrocknet, vorgewärmt und in die erste
Stufe 12 der Abscheidevorrichtung geführt. Durch Querschnittserweiterung wird hierin
die GasgeschwSindigkeit so weit herabgesetzt, daß die groben Anteile des Feststoffes
nach unten absinken und über die Rutsche 13 in den Wirbeiraum 3 eingetragen werden.
In der zweiten Stufe 14 der Abscheidevorrichtung erfolgt eine weitere Herabsetzung
der Gasgeschwindigkeit, so daß die mittelgroßen Körner des Feststoffes nach unten
absinken. Sie werden über die Rutsche 15 dem Wirbelraum 4 zugeführt. Die Abgase
treten nunmehr zur Abscheidung der feinen Körner in den Zyklon 16 ein und verlassen
denselben durch die Abgasleitung 17. Der
abgeschiedene feine Anteil des Feststoffes
wird über die Rutsche 18 dem Wirbelraum 5 zugeführt. Das Reaktionsprodukt wird durch
die Austragsrutsche 19 in dem Maße abgezogen, wie Feststoff aus dem Bunker 9 über
die Rutsche 11 der Apparatur zugeführt wird.
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Dadurch kann eine beliebige Höhe der Wirbelschicht eingestellt werden,
welche in allen drei Wirbel räumen 3, 4 tund 5 etwa gleich groß ist, da sich infolge
der Durchlaßöffnungen6 annähernd gleiches Niveau einstellt. Die Fraktion der groben
Körner des Feststoffes hat auf diese Weise, da sie dieWirbelräume3, 4 und 5 durchwandern
muß, die längste Verweilzeit, die Fraktion der feinen Körner, da sle nur im Raum
5 wirbelt, die -kürzeste--Verweilzeit in der-Apparatur.
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Dlie Fraktion der mittelgroßen Körner hat eine dazwischenliegende
Verweilzeit.
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In Fig. 2 ist eine Vorrichtung dargestellt, in welcher der Feststoff
nur in zwei Kornfraktionen aufgeteilt wird. Die Wirbelgase treten aus den Gaszuleitungen
1 dadurch die Roste 2 in die Wirbelräume 4 und 5, welche durch eine mit Durchlaß
6 versehene Wand 7 voneinander g;etrennt- sind, ein und verlassen diese durch den
Strömungsaustauscher 8. Der gemahlene Feststoff fällt aus dem Vorratsbunker 9 über
den Zuteildrehteller 10 und durch die Rutsche 11 in den unteren Teil des Strömungsaustauschers
8, in welchem die heißen Abgase eine solche Strömungsgeschwindigkeit haben, daß
die gröberen Körner (direkt nach unten in den Wirbel raum 4 absinken, wobei sie
Jm Gegenstrom mit den heißen Abgasen Wärme austauschen. Der feinere Anteil des Feststoffes
wird durch die Abgase im Strömungsaustauscher nach oben mitgeführt, getrocknet,
vorgewärmt, imAbscheider 16 abgeschieden und durch die Rutsche 18 dem Wirbelraum
5 zugeführt. Die vom Feststoff befreiten Abgase verlassen den Abscheider durch die
Leitung 17. Das Reaktioiisprodukt wird durch die Austragsrutschel9 in dem Maße abgezogen,
wie Feststoff aus dem Bunker 9 zugeführt wird. Dadurch kann eine beliebige Höhe
der Wirbelschicht eingestellt werden, welche in beiden Räumen 4 und 5 etwa gleich
groß ist, da sich infolge der Durchlaßöffnung 6 annähernd gleiches Niveau einstellt.
Die .grobe Fraktion des Feststoffes hat auf diese Weise, da sie die Wirbelräume4
und 5 durchwandern muß, eine längere Verweilzeit als die feine Fraktion, welche
nur im Raum 5 wirbelt.
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In Fig. 2 sind fernerhin Vorrichtungen dargestellt, mittels welcher
Menge oder Temperatur der Gase im Strömungsaustauscher oder auch beide zusammen
variiert werden können. Mit Hilfe der Brennerköpfe 20 und/oder 21 können den Gasen
gegebenenfalls heiße oder wärmeerzeugende Gase oder/und Luft zugesetzt werden. Leitung
22 mit Reguliervorrichtung 23 ist eineUmgehungsleitung, vermittels welcher gegebenenfalls
ein Teil der die Wirbelschicht verlassenden Abgase unter Umgehung des Strömungsaustauschers
8 direkt in den Abscheider 16zugeführt werden kann.